金陵科技学院运动控制系统课件第3篇第9章 伺服系统.ppt

9.3伺服系统的设计 校正装置串联配置在前向通道的校正方式称为串联校正，一般把串联校正单元称作调节器，所以又称为调节器校正。 若校正装置与前向通道并行，则称为并联校正；信号流向与前向通道相同时，称作前馈校正；信号流向与前向通道相反时，则称作反馈校正。 9.3.1调节器校正及其传递函数 常用的调节器有比例－微分（PD）调节器、比例－积分（PI）调节器以及比例－积分－微分（PID）调节器，设计中可根据实际伺服系统的特征进行选择。 PD调节器校正 在系统的前向通道上串联PD调节器校正装置，可以使相位超前，以抵消惯性环节和积分环节使相位滞后而产生的不良后果。 PD调节器的传递函数为 PI调节器校正 如果系统的稳态性能满足要求，并有一定的稳定裕量，而稳态误差较大，则可以用PI调节器进行校正。 PI调节器的传递函数为 PID调节器校正 将PD串联校正和PI串联校正联合使用，构成PID调节器。 如果合理设计则可以综合改善伺服系统的动态和静态特性。 PID串联校正装置的传递函数为 9.3.2单环位置伺服系统 对于直流伺服电动机可以采用单位置环控制方式，直接设计位置调节器APR。 为了避免在过渡过程中电流冲击过大，应采用电流截止反馈保护，或者选择允许过载倍数比较高的伺服电动机。 9.3.2单环位置伺服系统 图9-7 单环位置伺服系统 APR—位置调节器 UPE—驱动装置 SM—直流伺服电动机 BQ—位置传感器 9.3.2单环位置伺服系统 忽略负载转矩，直流伺服系统控制对象传递函数为 机电时间常数 9.3.2单环位置伺服系统 图9-8 直流伺服系统控制对象结构图 采用PD调节器，其传递函数为 9.3.2单环位置伺服系统 伺服系统开环传递函数 系统开环放大系数 9.3.2单环位置伺服系统 图9-9 单位置环控制直流伺服系统结构图 9.3.2单环位置伺服系统 用系统的开环零点消去惯性时间常数最大的开环极点，以加快系统的响应过程。 系统的开环传递函数 9.3.2单环位置伺服系统 伺服系统的闭环传递函数 闭环传递函数的特征方程式 9.3.2单环位置伺服系统 用Routh稳定判据，为保证系统稳定，须使 图9-10 单位置环伺服系统开环传递函数对数幅频特性 9.3.3双环伺服系统 在电流闭环控制的基础上，设计位置调节器，构成位置伺服系统，位置调节器的输出限幅是电流的最大值。 以直流伺服系统为例，对于交流伺服系统也适用，只须对伺服电动机和驱动装置应作相应的改动。 9.3.3双环伺服系统 图9-11 双环位置伺服系统 9.3.3双环伺服系统 忽略负载转矩时，带有电流闭环控制对象的传递函数为 为了消除负载扰动引起的静差，APR选用PI调节器，其传递函数 9.3.3双环伺服系统 图9-12 双环位置伺服系统结构图 9.3.3双环伺服系统 系统的开环传递函数为 系统的开环放大系数 9.3.3双环伺服系统 伺服系统的闭环传递函数为 特征方程式 9.3.3双环伺服系统 伺服系统的闭环传递函数为 特征方程式 特征方程式未出现s的二次项，由Routh稳定判据可知，系统不稳定。 9.3.3双环伺服系统 将APR改用PID调节器，其传递函数 伺服系统的开环传递函数 金陵科技学院 智能科学与控制工程学院 自动化专业 电力拖动自动控制系统 —运动控制系统 *第9章 伺服系统 第3篇 伺服系统 伺服（Servo）意味着“伺候”和“服从”。 广义的伺服系统是精确地跟踪或复现某个给定过程的控制系统，也可称作随动系统。 伺服系统 狹义伺服系统又称位置随动系统，其被控制量（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。 内 容 提 要 伺服系统的特征及组成 伺服系统控制对象的数学模型 伺服系统的设计 9.1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，对伺服系统具有如下的基本要求： (1) 稳定性好 伺服系统在给定输入和外界干扰下，能在短暂的过渡过程后，达到新的平衡状态，或者恢复到原先的平衡状态。 9.1.1伺服系统的基本要求及特征 (2) 精度高 伺服系统的精度是指输出量跟随给定值的精确程度，如精密加工的数控机床，要求很高的定位精度。 (3) 动态响应快 动态响应是伺服系统重要的动态性能指标，要求系统对给定的跟随速度足够快、超调小，甚至要求无超调。 9.1.1伺服系统的基本要求及特征 (4) 抗扰动能力强 在各种扰动作用时，系统输出动态变化小，恢复时间快，振荡次数少，甚至要求无振荡。 伺服系统的特征 必须具备高精度的传感器，能准确地给出输出量的电信