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运动控制系统第4章位置随动系统

内容提要n位置随动系统的构成原理n位置检测方法n位置随动系统的分析和设计

q引言在生产、生活中，控制电动机的旋转角位移或直线位移与控制电动机的转速具有同样重要的意义。

4.1位置随动系统概述4.1.1位置随动系统的应用4.1.2位置随动系统的主要组成部件及其工作原理4.1.3位置随动系统的特征4.1.4位置随动系统的分类

n概述位置随动系统又称伺服(Servo)系统，主要解决对象的位置控制问题，根本任务就是实现执行机构对位置指令的准确跟踪。因此，位置随动系统必定是一个具有位置反馈的闭环控制系统。位置随动系统是狭义的随动系统。

4.1.1位置随动系统的应用火炮方位的自动跟踪；宇航设备的自动驾驶；计算机磁盘驱动器的磁头定位控制；电动阀门、挡板的开关；电动行程机构的移动。

4.1.2位置随动系统的组成及原理位置检测器电压比较放大器功率放大器执行机构LR0R2R1+Id+R0R可逆功率放大器U1-SMMs+Ud-+-++UU*UActnA21θm-θ*m负载减速器图4.1电位器式位置随动系统结构图

4.1.3位置随动系统的特征①输出位置快速准确跟踪给定位置；②必须具备一定精度的位置传感器；③电压、功率放大器、拖动系统必须可逆；④控制系统满足精度和性能的要求。位置随动系统——强调跟随能力调速系统——强调抗干扰能力

4.1.4位置随动系统的分类①按输出功率：超小?小?中?大?超大；②按位置性质：转角、位移；③按伺服电压：直流、交流；④按控制系统组成方式：模拟、数字。

4.2位置随动系统中的位置检测装置1.电位器：价格便宜、使用方便、有滑动触点容易磨损、可靠性差；2.基于电磁感应原理的位置传感器：自整角机旋转变压器、感应同步器。可靠性好、精度高；3.光电编码器：光电编码器=光源+光栅码盘+光敏元件

4.3采用自整角机的位置随动系统自整角机BS整流并反映信号极性LId相敏Ubs放大器UURP可逆功率放大器校正装置SMMUfUctUdBSTBSRphnθ*mθm负载减速器图4.12自整角机位置随动系统结构图

n系统的数学模型（1）自整角机一般，当时，

自整角机BS整流并反映信号极性LId相敏Ubs放大器Uph可逆功率放大器校正装置SMMUfUctUdBSTBSRURPnθ*mθm负载减速器图4.12自整角机位置随动系统结构图

n系统的数学模型（2）相敏整流（放大）器把幅值为U的交流电压转换为一个bs直流电压，同时增加滤波电路限制电压脉动。

自整角机BSLId相敏Ubs放大器Uph可逆功率放大器校正装置SMMUfUctUdBSTBSRURPnθ*mθm负载减速器图4.12自整角机位置随动系统结构图

n系统的数学模型（3）可逆功率放大器晶闸管或脉宽调制放大器都可以由滞后环节近似成惯性环节。

自整角机BSLId相敏Ubs放大器Uph可逆功率放大器校正装置SMMUfUctUdBSTBSRURPnθ*mθm负载减速器图4.12自整角机位置随动系统结构图

n系统的数学模型（4）执行电动机当采用直流伺服电动机时，传递函数是一个二阶环节

4.3采用自整角机的位置随动系统自整角机BS整流并反映信号极性LId相敏Ubs放大器Uph可逆功率放大器校正装置SMMUfUctUdBSTBSRURPnθ*mθm负载减速器图4.12自整角机位置随动系统结构图

n系统的数学模型（5）减速器减速器的输入量为电机转速n，输出量为机械转角θm(o)，若时间t以s为单位，则i：减速器速比经Laplace变换

n系统的数学模型θm(s)UbsUphUdnθ(s)mUctΔθmKgsKphKAP1/CeK*W(s)bs+Tphs+1APRTs+1APTTs+Ts+1-mlmθm(s)自整角机相敏整流位置功率放大直流电机减速装置调节器图4.16自整角机位置随动系统的动态结构图

4.3.2位置随动系统的稳态分析关键：误差分析。例如：高射炮的瞄准精度≤2密位跟踪卫星的雷达天线随动精度≤1′射电望远镜天线随动精度≤1″注：1密位=0.06°，1°=60′=3600″

n误差的分类检测误差：由检测元件引起，取决于元件本身的精度。原理误差：由随动系统自身结构、特征参数和给定输入信号的形式决定。误差扰动误差：由各种扰动信号引起的系统误差。

1.检测误差位置检测装置都有一定的精度等级①系统的精度不可能高于各检测元件的精度；②检测误差通常是稳态误差的主要部分；③反馈控制对反馈检测装置的误差无能为力。高精度的位置随动系统首先应选择高精度的检测元件。

n各种检测元件的误差范围感应同步器直线式旋转检测元件电位器自整角机变