第7章 伺服系统课件.pptVIP

运动控制系统 概述 伺服（Servo）意味着“伺候”和“服从”，广义的伺服系统是指精确地跟踪或复现某个过程的反馈控制系统，也可称作随动系统。而狹义伺服系统的被控制量（输出量）是负载机械空间位置的线位移或角位移，当位置给定量（输入量）作任意变化时，系统的主要任务是使输出量快速而准确地复现给定量的变化，又称作位置随动系统。 概述 伺服系统和调速系统一样，都是反馈控制系统，即通过对输出量和给定量的比较，组成闭环控制，两者的控制原理是相同的。 它们的主要区别在于，调速系统的主要作用是保证稳定和抵抗扰动；而伺服系统要求输出量准确跟随给定量的变化，更突出快速响应能力。 概述 总起来看，稳态精度和动态稳定性是两种系统都必须具备的，但在动态性能中，调速系统多强调抗扰性，而伺服系统则更强调快速跟随性能。 内容提要 7.1 伺服系统的特征及组成 7.2 伺服系统的的跟随性能 7.3 伺服系统控制对象的数学模型 7.4 伺服系统的设计 7.1伺服系统的特征及组成 伺服系统的功能是使输出快速而准确地复现给定，伺服系统的给定量是随机变化的，要求输出量准确跟随给定量的变化，系统在保证稳定的基础上，更突出快速响应能力。 7.1.1伺服系统的基本要求及特征 伺服系统的基本要求： 1. 稳定性好 2. 精度高 3. 动态响应快 4. 抗扰动能力强 伺服系统的基本要求及特征 伺服系统的基本特征： 1. 必须具备高精度的传感器，能准确地给出输出量的电信号； 2. 功率放大器以及控制系统都必须是可逆的； 3. 足够大的调速范围及足够强的低速带载性能； 4. 快速的响应能力和较强的抗干扰能力。 7.1.2伺服系统的组成 图7-1 位置伺服系统结构示意图 伺服系统的组成 1. 伺服电机与功率驱动器 伺服电机是伺服系统的执行机构。 功率驱动器主要起功率放大的作用，根据不同的伺服电机，控制伺服电机的转矩和转速，满足伺服系统的实际需求，达到预期的性能指标。 伺服系统的组成 2. 伺服系统控制器 控制器是伺服系统的关键所在，伺服系统的控制规律体现在控制器上，控制器应根据位置偏差信号，经过必要的控制算法，产生功率驱动器的控制信号。 7.1.3位置传感器 精确而可靠地发出位置给定信号并检测被控对象的实际位置是位置伺服系统工作良好的基本保证。 然后根据偏差信号实施控制，最终消除偏差。 位置传感器 1.电位器 2.基于电磁感应原理的位置传感器 3.光电编码器 4．磁性编码器 绝对值式编码器 图7-2 绝对值式编码器的码盘 a) 二进制码盘 b)循环码盘 7.2伺服系统的跟随性能 1. 检测误差 检测误差包括给定位置传感器和反馈位置传感器的误差。取决于传感器的原理和制造精度，是传感器本身所固有的，控制系统无法克服。 伺服系统的跟随性能 2 系统误差 系统误差包括由系统本身的结构和参数造成的稳态给定误差和在扰动作用下的稳态扰动误差，与系统的结构、参数、以及给定和扰动输入量的类型、大小与作用点有关。 线性位置伺服系统一般动态结构图 和 是给定输入和系统输出，F代表扰动输入。 线性位置伺服系统一般动态结构图 系统的开环传递函数 系统输出 在给定 和扰动输入F的共同作用下，系统输出 系统误差 系统误差 系统误差分析 根据拉氏变换的终值定理可以求出给定误差和扰动误差的稳态值。 系统误差分析 将传递函数的分母和分子都写成积分环节与多项式的乘积，则线性传递函数可分别写成 系统误差分析 当趋近于0时，各多项式均趋近于1，则给定误差 系统误差分析 扰动误差 系统误差分析 给定误差与系统的开环增益和前向通道中所有积分环节的总数有关； 扰动误差则只与扰动作用点以前部分的增益和积分环节个数有关。 位置伺服系统的典型给定输入信号 位置伺服系统的典型给定输入信号 1. 位置输入（即位置阶跃输入） 位置输入误差 单位位置输入信号 位置输入误差 对于Ⅰ型系统， 速度输入误差 单位速度输入信号 速度输入误差 对于Ⅰ型系统， 加速度输入误差 单位加速度输入信号 加速度输入误差 对于Ⅰ型系统， 稳态误差 7.3伺服系统控制对象的数学模型 根据伺服电机的种类，伺服系统可分为直流和交流两大类，以下分析两种伺服系统控制对象的数学模型，伺服系统控制对象包括伺服电机、驱动装置和机械传动机构。 7.3.1直流伺服系统控制对象的数学模型 直流伺服系统的执行元件为直流伺服电机，中、小功率的伺服系统采用直流永磁伺服电机，当功率较大时，也可采用电励磁的直流伺服电机，直流无刷电机与直流电机有相同的控制特性，也可归入直流伺服系统。 直流伺服电机的数学模型 直流伺服电机的数学模型与调速电机无本质的区别，假定气