伺服系统电力拖动自动控制系统_2.pptVIP

电力拖动自动控制系统

—运动控制系统;伺服（Servo）意味着“伺候”和“服从”。

广义伺服系统是准确地跟踪或复现某个给定过程控制系统,也可称作随动系统。;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线位移或角位移,当位置给定量（输入量）作

任意改变时,系统主要任务是使输出量快速而准确地复现给定量改变。;内容提要

伺服系统特征及组成

伺服系统控制对象数学模型伺服系统设计;9.1伺服系统特征及组成

伺服系统功效是使输出快速而准确地复现给定，对伺服系统含有以下基本要求:

(1)稳定性好伺服系统在给定输入和外界干扰下，能在短暂过渡过程后，到达新平衡状态，或者恢复到原先平衡状态。;9.1.1伺服系统基本要求及特征

(2)精度高伺服系统精度是指输出量跟随给定值准确程度,如精密加工数控机床,要求很高定位精度。

(3)动态响应快动态响应是伺服系统主要动态性能指标,要求系统对给定跟随速度足够快、超调小,甚至要求无超调。;;;9.1.2伺服系统组成

伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、控制器和传感器四大部分组成。除了位置传感器外,可能还需要电压、电流和速度传感器。;9.1.2伺服系统组成

图9-1位置伺服系统结构示意图

A）开环系统b）半闭环系统c）全闭环系统;;9.1.3伺服系统性能指标

图9-3线性位置伺服系统普通动态结构图;;;;9.2.1直流伺服系统控制对象数学模型

直流伺服系统执行元件为直流伺服电动机,中、小功率伺服系统采取直流永磁伺服电动机,当功率较大时,也可采取电励磁直流伺服电动机。

直流无刷电动机与直流电动机有相同控制特征,也可归入直流伺服系统。;9.2.1直流伺服系统控制对象数学模型

直流伺服电动机状态方程

机械传动机构状态方程;9.2.1直流伺服系统控制对象数学模型;9.2.1直流伺服系统控制对象数学模型

图9-5直流伺服系统控制对象结构图;9.2.1直流伺服系统控制对象数学模型

采取电流闭环后,电流环等效传递函数为惯性步骤,故带有电流闭环控制对象数学模型为;9.2.1直流伺服系统控制对象数学模型

图9-6带有电流闭环控制对象结构图;9.2.2交流伺服系统控制对象数学模型

用交流伺服电动机作为伺服系统执行电动机,称作交流伺服系统。

惯用交流伺服电动机有三相异步电动机、永磁式同时电动机和磁阻式步进电动机等,也可用电励磁同时伺服电动机。不论是异步电动机,还是同时电动机,经过矢量变换、磁链定向和电流闭环控制均可等效为电流控制直流电动机。;9.2.2交流伺服系统控制对象数学模型

异步电动机按转子磁链定向数学模型为;9.2.2交流伺服系统控制对象数学模型

采取电流闭环控制后,对象数学模型为;9.2.2交流伺服系统控制对象数学模型

CT为包含磁链作用在内转矩系数,电流转矩分量相当于直流电动机电枢电流,电流闭环控制交流伺服电动机结构图与直流电动机相仿。

对于同时伺服电动机也可得到相同结论,不重复叙述。;9.2.2交流伺服系统控制对象数学模型

采取电流闭环控制后,交流伺服系统与直流伺服系统含有相同控制对象数学模型。称作在电流闭环控制下交、直流伺服系统控制对象统一模型。

用相同方法设计交流或直流伺服系统。;伺服系统结构因系统详细要求而异,对于闭环伺服控制系统,惯用串联校正或并联校正方式进行动态性能调整。;;9.3.1调整器校正及其传递函数

惯用调整器有百分比－微分（PD）调整器、百分比－积分（PI）调整器以及百分比－积分－微分（PID）调整器,设计中可依据实际伺服系统特征进行选择。;假如系统稳态性能满足要求,并有一定稳定裕量,而稳态误差较大,则能够用PI调整器进行校正。

PI调整器传递函数为;将PD串联校正和PI串联校正联合使用,组成PID调整器。

假如合理设计则能够综合改进伺服系统动态和静态特征。

PID串联校正装置传递函数为;9.3.2单环位置伺服系统

图9-7单环位置伺服系统

APR—位置调整器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

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

用系统开环零点消去惯性时间常数最大开环极点,以加紧系统响应过程。系统开环传递函数;9.3.2单环位置伺服系统

伺服系统闭环传递函数

闭环传递函数特征方程式;9.3.2单环位置伺服系统

用Routh稳定判据,为确保系统稳定,须使

图9-10单位置环伺服系统开环传递函数对数幅频特征;9.3.3双环伺服系统

在电流闭环控制基础上,