伺服系统与执元件.ppt

本节知识 ;定义：又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。 主要任务：按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。 在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。;4.1.1 伺服系统;伺服系统驱动装置 ;伺服系统组成原理框图;比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。;控制器通常是计算机或PID控制电路（比例、积分、微分电路），其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作 ;比例电路;积分电路;微分电路;A1是比例电路，其放大倍数与环路增益有关，调节RP1，可使反相器的增益在0.5一∞范围内变化 A2是积分电路，积分时间常数可在22一426S范围内变化 A3是微分电路，时间常数由C1(R1+R（RP3）)决定 A4将比例、积分、微分各电路输出倒相后合成为U;执行环节的作用是按控制信号的要求,将输入的各种形式的能量转化成机械能,驱动被控对象工作.机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。 ;指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体。一般包括传动系统、执行装置和负载。被控对象指机械参数量，包括位移、速度、加速度、力合力矩 ;指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路 ;指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路 ;在实际的伺服控制系统中，上述的每个环节在硬件特征上并不独立，可能几个环节在一个硬件中，如测速直流电机即是执行元件又是检测元件。 ;常见的分类方法有以下三种 (1)按被控量参数特性分类 (2)按驱动元件的类型分类 (3)按控制原理分类;(1)按被控量参数特性分类;(2)按驱动元件的类型分类 ;(3)按控制原理分类  ;半闭环控制系统 在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。 半闭环系统不包括移动部件的传动丝杠螺母，所以传动丝杠螺母机构的误差仍会影响移动部件的位移精度，但调试维修方便，稳定性好，为大多数中小型数控机床所采用。 ;开环控制伺服系统结构简单、成本低廉、易于维护，但由于没有检测环节，系统精度低、抗干扰能力差。 闭环控制伺服系统能及时对输出进行检测，并根据输出与输入的偏差，实时调整执行过程，因此系统精度高，但成本也大幅提高。 半闭环控制伺服系统的检测反馈环节位于执行机构的中间输出上，因此一定程度上提高了系统的性能。如位移控制伺服系统中，为了提高系统的动态性能，增设的电机速度检测和控制就属于半闭环控制环节。 ;1.系统精度 2.稳定性 3.响应特性 4.工作频率;伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程度，以误差的形式表现，可概括为动态误差、稳态误差和静态误差三个方面组成。;静态误差：指当测量器件的测量值(或输入值)不随时间变化时，测量结果(或输出值)会有缓慢的漂移，这种误差称为静态输入误差，或称静态误差。 静态误差的幅值和方向是恒定的,或者是按一定规律缓变的(变化周期大于装置调整周期),即不需要考虑时间因素对误差的影响;稳态误差：当系统从一个稳态过度到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统可能会出现偏差，这种偏差称为稳态误差 动态误差：控制系统在任意的输入信号作用下达到稳态时的控制误差。与稳态误差不同，动态误差是以时间为变量的函数，能提供系统为稳态时控制误差随时间变化的规律;指当作用在系统上的干扰消失以后，系统能够恢复到原来稳定状态的能力 或者当给系统一个新的输入指令后，系统达到新的稳定运行状态的能力 ;响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。 响应速度与许多因素有关，如计算机的运行速度、运动系统的阻尼和质量等。 ;工作频率通常是指系统允许输入信号的频率范围。当工作频率信号输入时，系统能够按技术要求正常工作；而其它频率信号输入时，系统不能正常工作。 ;系统精度、稳定性、响应特性及工作频率四项特性是相互关联的，是系统动态特性的表现特征。 利用自动控制理论来研究、分析所设计系统的频率特性，就可以确定系统的各项动态指标。 系统设计时，在满足系统工作要求（包括工作频率）的前提下，首先要保证系统的稳定性和精度，并尽量提高系统的响应速度。;4.1.2 执行元件;执行元件是能量变换