伺服控制系统随动系统.PPT

第一章 绪 论 特点与回顾 伺服控制技术的发展 伺服系统的组成 伺服系统技术指标 伺服系统设计内容与步骤 特点与回顾 综合性、专业性，知识面宽，内容多而杂 注重实践 和自控原理的比较 什么是伺服系统（Servo System） 控制系统形式 反馈的特点与作用 两类基本反馈控制系统的比较 特点与回顾 综合性、专业性，知识面宽，内容多而杂 数学、电子线路、电机学、机械基础、控制理论、力学、计算机、液压与气动、电力电子学都要涉及 具有穿线的作用 注重实践 控制系统设计、实现、调试、试验 和自控原理的比较 舵机控制系统θr 主指令信号；θy 舵角信号 e =θr -θy 偏差信号e = 0 时，达到一致。舵角连续跟踪θr 必须自动克服水流的干扰。 伺服控制技术的发展 1944年，世界上第一个伺服系统由美国麻省理工学院辐射实验室研制成功。 火炮自动跟踪目标伺服系统 第二次世界大战期间，对系统提出了大功率、高精度、快速响应等一系列高性能要求，液压伺服技术迅速发展起来。它表现出无以伦比的快速性、低速平稳性等一系列优点。到50年代末期和60年代初期，有关电液伺服技术的基本理论日趋完善，从而使电液伺服系统的应用达到了前所未有的高度。 伺服系统的组成 例：仿型铣床随动系统 r(t)为模杆的位移，c(t)是铣刀杆的位移。希望铣刀的运动c(t)完全复现模杆的运动r(t)。使得加工出来的零件尺寸和模型一样。 伺服系统技术指标 每个科研项目，都必须有“设计任务书”或“技术规 格书”，按要求完成设计与实现 给出两类典型系统的技术基本要求 调速系统的技术基本要求 伺服系统的技术基本要求 伺服系统设计内容与步骤 系统的设计工作大体上归纳为以下四个方面 1、系统方案的制订与稳态设计 根据技术发展、市场情况，制订出系统的设计方案。 结合设计技术要求，制订系统线路方案，进行稳态设计 （主要元器件计算与选择：执行元件、功率放大器、敏感元 件、传动装置、接口方式、系统控制方式、主干线路、辅助 线路、电源型形式、匹配关系等） 2、建立系统的数学模型 尽量反映实际，不宜复杂 基本方法: 原理推导、实验数据建模、辨识 9、开环频率特性指标 剪切频率ωc、 相角裕度γ、 幅值裕度 Kg 10、等速跟踪状态下，负载扰动引起的系统 响应特性 系统作等速跟踪时，负载扰动(阶跃或脉冲扰动) 所造成系统最大瞬时误差emf和过渡过程时间tsf均应 有具体要求。 * * 什么是伺服系统（Servo System） 随动系统 — 调节系统 是控制系统中的一类系统 它用来控制被控对象的转角或位移，使其自动、连续、精确地复现输入指令的变化。（一般具有负反馈闭环） 例：雷达系统、机器人机械臂、猎雷声纳平台 控制系统形式 开环和闭环 反馈的特点与作用 特点： 1、连续的检测偏差量； 2、回路增益可以较高，使误差很小，输出接近希望值； 3、对环境有适应性，抗干扰性强； 4、闭开环系统复杂，成本高。 作用：（增益、稳定、灵敏度、抗干扰） 1、反馈对增益的影响 H(s)=0时，即为开环，增益为G(s) H(s)≠0时，即为闭环，增益为 │1+G(jω)H(jω)│1时，增益减小 │1+G(jω)H(jω)│1时，增益增大 G(jω)H(jω)在不同频段都可能出现上面的情况 2、反馈对稳定性的影响 当1+G(jω)H(jω)=0或特征根分布在右半平面时， Φ（ jω）→∞，系统不稳定。 通过控制，可使不稳定系统达到稳定，选择F(s) 例：倒立摆系统 已知：杆的质量为m，车的质量为M，车为一个自由度，左右运动；杆有两个自由度，左右运动，绕铰链转动。f为垂向力，F为水平力。 杆旋转运动： 杆垂直直线运动： 杆水平直线运动： 车水平直线运动： 当车静止时，u = 0，系统处于不稳定平衡； 加入控制力u后，取 很小角运动，有 设状态变量: 得到状态方程： A的特征根del(sI-A)=0，有正根，系统不稳定 可通过配置系统极点，使系统稳定。 3、反馈对系统参数灵敏度的影响 工作中，控制系统的元件总是随时间环境变化 的。希望这种变化越小越好。 灵敏度的定义：G(s)参数可变，Φ(s)对G(s)的 变化的灵敏度为 可以用增大G(s) H(s)的办法，使 任意小。 开环时，使按1：1相应G(s)的变化的。