伺服系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第版阮毅陳伯時(shí)ppt課件

1、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)*第第9章章伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng) 第第3篇篇 伺服系統(tǒng) l伺服伺服Servo意味著意味著“伺候和伺候和“服從服從”。l廣義的伺服系統(tǒng)是精確地跟蹤或復(fù)廣義的伺服系統(tǒng)是精確地跟蹤或復(fù)現(xiàn)某個(gè)給定過程的控制系統(tǒng)，也可現(xiàn)某個(gè)給定過程的控制系統(tǒng)，也可稱作隨動(dòng)系統(tǒng)。稱作隨動(dòng)系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng) l狹義伺服系統(tǒng)又稱位置隨動(dòng)系統(tǒng)，狹義伺服系統(tǒng)又稱位置隨動(dòng)系統(tǒng)，其被控制量輸出量是負(fù)載機(jī)械其被控制量輸出量是負(fù)載機(jī)械空間位置的線位移或角位移，當(dāng)位空間位置的線位移或角位移，當(dāng)位置給定量輸入量作任意變化時(shí)，置給定量輸入量作任意變化時(shí)，系統(tǒng)的主要任務(wù)是使輸出量快速而

2、系統(tǒng)的主要任務(wù)是使輸出量快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)給定量的變化。準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)給定量的變化。內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要n伺服系統(tǒng)的特征及組成伺服系統(tǒng)的特征及組成n伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型n伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)9.1伺服系統(tǒng)的特征及組成伺服系統(tǒng)的特征及組成l伺服系統(tǒng)的功能是使輸出快速而準(zhǔn)確地伺服系統(tǒng)的功能是使輸出快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)給定，對(duì)伺服系統(tǒng)具有如下的基本復(fù)現(xiàn)給定，對(duì)伺服系統(tǒng)具有如下的基本要求：要求：l(1) 穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 伺服系統(tǒng)在給定輸入和外伺服系統(tǒng)在給定輸入和外界干擾下，能在短暫的過渡過程后，達(dá)界干擾下，能在短暫的過渡過程后，達(dá)到新的平衡狀態(tài)，或者恢復(fù)到原先的平到新

3、的平衡狀態(tài)，或者恢復(fù)到原先的平衡狀態(tài)。衡狀態(tài)。9.1.1伺服系統(tǒng)的基本要求伺服系統(tǒng)的基本要求及特征及特征(2) 精度高精度高 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量跟隨給定值的精確程度，如精密加工的跟隨給定值的精確程度，如精密加工的數(shù)控機(jī)床，要求很高的定位精度。數(shù)控機(jī)床，要求很高的定位精度。(3) 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 動(dòng)態(tài)響應(yīng)是伺服系統(tǒng)重動(dòng)態(tài)響應(yīng)是伺服系統(tǒng)重要的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，要求系統(tǒng)對(duì)給定的要的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，要求系統(tǒng)對(duì)給定的跟隨速度足夠快、超調(diào)小，甚至要求無跟隨速度足夠快、超調(diào)小，甚至要求無超調(diào)。超調(diào)。9.1.1伺服系統(tǒng)的基本要求伺服系統(tǒng)的基本要求及特征及特征(4) 抗擾動(dòng)能力強(qiáng)抗

4、擾動(dòng)能力強(qiáng) 在各種擾動(dòng)作用時(shí)，在各種擾動(dòng)作用時(shí)，系統(tǒng)輸出動(dòng)態(tài)變化小，恢復(fù)時(shí)間快，振系統(tǒng)輸出動(dòng)態(tài)變化小，恢復(fù)時(shí)間快，振蕩次數(shù)少，甚至要求無振蕩。蕩次數(shù)少，甚至要求無振蕩。伺服系統(tǒng)的特征伺服系統(tǒng)的特征l必須具備高精度的傳感器，能準(zhǔn)確地給出必須具備高精度的傳感器，能準(zhǔn)確地給出輸出量的電信號(hào)。輸出量的電信號(hào)。l功率放大器以及控制系統(tǒng)都必須是可逆的。功率放大器以及控制系統(tǒng)都必須是可逆的。l足夠大的調(diào)速范圍及足夠強(qiáng)的低速帶載性足夠大的調(diào)速范圍及足夠強(qiáng)的低速帶載性能。能。l快速的響應(yīng)能力和較強(qiáng)的抗干擾能力。快速的響應(yīng)能力和較強(qiáng)的抗干擾能力。9.1.2伺服系統(tǒng)的組成伺服系統(tǒng)的組成l伺服系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)、功率驅(qū)

5、動(dòng)器、控伺服系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)器、控制器和傳感器四大部分組成。制器和傳感器四大部分組成。l除了位置傳感器外，可能還需要電壓、電除了位置傳感器外，可能還需要電壓、電流和速度傳感器。流和速度傳感器。9.1.2伺服系統(tǒng)的組成伺服系統(tǒng)的組成圖圖9-1 位置伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖位置伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖A開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng) b半閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng) c全閉環(huán)系統(tǒng)全閉環(huán)系統(tǒng)9.1.2伺服系統(tǒng)的組成伺服系統(tǒng)的組成l伺服系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)器、控伺服系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)器、控制器和傳感器四大部分組成。制器和傳感器四大部分組成。圖圖9-2 絕對(duì)值式編碼器的碼盤絕對(duì)值式編碼器的碼盤a) 二進(jìn)制碼盤二進(jìn)制

6、碼盤 b)循環(huán)碼碼循環(huán)碼碼盤盤9.1.3 伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)圖圖9-3 線性位置伺服系統(tǒng)一般動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖線性位置伺服系統(tǒng)一般動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖9.1.3 伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)l伺服系統(tǒng)實(shí)際位置與目標(biāo)值之間的誤差，伺服系統(tǒng)實(shí)際位置與目標(biāo)值之間的誤差，稱作系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差。稱作系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差。l由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差可由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差可分為三類：位置誤差、速度誤差和加速度分為三類：位置誤差、速度誤差和加速度誤差。誤差。l伺服系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程中性能指標(biāo)稱為伺服系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程中性能指標(biāo)稱為動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，如超調(diào)量、跟隨速度及時(shí)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)

7、，如超調(diào)量、跟隨速度及時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間、振蕩次數(shù)、抗擾動(dòng)能力等。間、調(diào)節(jié)時(shí)間、振蕩次數(shù)、抗擾動(dòng)能力等。9.1.3 伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)圖圖9-4 位置伺服系統(tǒng)的典型輸入信號(hào)位置伺服系統(tǒng)的典型輸入信號(hào)a位置階躍輸入位置階躍輸入 b速度輸入速度輸入 c加速度輸入加速度輸入9.1.3 伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)l伺服系統(tǒng)在三種單位輸入信號(hào)的作用下給伺服系統(tǒng)在三種單位輸入信號(hào)的作用下給定穩(wěn)態(tài)誤差定穩(wěn)態(tài)誤差 9.2 伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型學(xué)模型l根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)的種類，伺服系統(tǒng)可分為根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)的種類，伺服系統(tǒng)可分為直流和交流兩大類。直流和交流兩大類。l伺

8、服系統(tǒng)控制對(duì)象包括伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)控制對(duì)象包括伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。裝置和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。9.2.1 直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型象的數(shù)學(xué)模型l直流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為直流伺服電動(dòng)直流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為直流伺服電動(dòng)機(jī)，中、小功率的伺服系統(tǒng)采用直流永磁機(jī)，中、小功率的伺服系統(tǒng)采用直流永磁伺服電動(dòng)機(jī)，當(dāng)功率較大時(shí)，也可采用電伺服電動(dòng)機(jī)，當(dāng)功率較大時(shí)，也可采用電勵(lì)磁的直流伺服電動(dòng)機(jī)。勵(lì)磁的直流伺服電動(dòng)機(jī)。l直流無刷電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)有相同的控直流無刷電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)有相同的控制特性，也可歸入直流伺服系統(tǒng)。制特性，也可歸入直流伺服系統(tǒng)。9.2.1 直流伺服系

9、統(tǒng)控制對(duì)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型象的數(shù)學(xué)模型l直流伺服電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程直流伺服電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程l機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)方程機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)方程 01111dddLeULELILRdtdITJTJdtdmddtj9.2.1 直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型象的數(shù)學(xué)模型l驅(qū)動(dòng)裝置的近似等效傳遞函數(shù)驅(qū)動(dòng)裝置的近似等效傳遞函數(shù)l狀態(tài)方程狀態(tài)方程 1ssKT scssdsduTKUTdtdU0019.2.1 直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型象的數(shù)學(xué)模型l控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 0001111mTdLdeddldsdcssddtjCdITdtJJdICIU

10、dtTLLdUKUudtTT 9.2.1 直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型象的數(shù)學(xué)模型圖圖9-5直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象結(jié)構(gòu)圖直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象結(jié)構(gòu)圖9.2.1 直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型象的數(shù)學(xué)模型l采用電流閉環(huán)后，電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)采用電流閉環(huán)后，電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)為慣性環(huán)節(jié)，故帶有電流閉環(huán)控制的對(duì)象為慣性環(huán)節(jié)，故帶有電流閉環(huán)控制的對(duì)象數(shù)學(xué)模型為數(shù)學(xué)模型為*111mTdLdddiiddtjCdITdtJJdIIIdtTT 9.2.1 直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型象的數(shù)學(xué)模型圖圖9-6 帶有電流閉環(huán)控制的對(duì)象結(jié)構(gòu)圖帶有電流閉環(huán)控制的

11、對(duì)象結(jié)構(gòu)圖9.2.2交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型象的數(shù)學(xué)模型l用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行電用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，稱作交流伺服系統(tǒng)。動(dòng)機(jī)，稱作交流伺服系統(tǒng)。l常用的交流伺服電動(dòng)機(jī)有三相異步電動(dòng)機(jī)、常用的交流伺服電動(dòng)機(jī)有三相異步電動(dòng)機(jī)、永磁式同步電動(dòng)機(jī)和磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等，永磁式同步電動(dòng)機(jī)和磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等，也可用電勵(lì)磁的同步伺服電動(dòng)機(jī)。也可用電勵(lì)磁的同步伺服電動(dòng)機(jī)。l無論是異步電動(dòng)機(jī)，還是同步電動(dòng)機(jī)，經(jīng)無論是異步電動(dòng)機(jī)，還是同步電動(dòng)機(jī)，經(jīng)過矢量變換、磁鏈定向和電流閉環(huán)控制均過矢量變換、磁鏈定向和電流閉環(huán)控制均可等效為電流控制的直流電動(dòng)機(jī)?？傻刃?/p>

12、電流控制的直流電動(dòng)機(jī)。9.2.2交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型象的數(shù)學(xué)模型l異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的數(shù)學(xué)模型為異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的數(shù)學(xué)模型為sstsmstrsmrrsrrsmstssmstsmrsmrrsrrrsmsmsmrmrrrLprstrmpLuiiLLLRLRLLLdtdiLuiiLLLRLRTLLLdtdiiTLTdtdTJniJLLndtd12221222219.2.2交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型象的數(shù)學(xué)模型l采用電流閉環(huán)控制后，對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為采用電流閉環(huán)控制后，對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為*111mTstLstststiiddtjCdiTdtJ

13、JdiiidtTT 9.2.2交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型象的數(shù)學(xué)模型lCT為包含磁鏈作用在內(nèi)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，電流為包含磁鏈作用在內(nèi)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，電流轉(zhuǎn)矩分量相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流，轉(zhuǎn)矩分量相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流，電流閉環(huán)控制的交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖與電流閉環(huán)控制的交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖與直流電動(dòng)機(jī)相仿。直流電動(dòng)機(jī)相仿。l對(duì)于同步伺服電動(dòng)機(jī)也可得到相同結(jié)論，對(duì)于同步伺服電動(dòng)機(jī)也可得到相同結(jié)論，不重復(fù)論述。不重復(fù)論述。9.2.2交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型象的數(shù)學(xué)模型l采用電流閉環(huán)控制后，交流伺服系統(tǒng)與采用電流閉環(huán)控制后，交流伺服系統(tǒng)與直流伺服系統(tǒng)具有相同的

14、控制對(duì)象數(shù)學(xué)直流伺服系統(tǒng)具有相同的控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型。模型。l稱作在電流閉環(huán)控制下交、直流伺服系稱作在電流閉環(huán)控制下交、直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的統(tǒng)一模型。統(tǒng)控制對(duì)象的統(tǒng)一模型。l用相同的方法設(shè)計(jì)交流或直流伺服系統(tǒng)。用相同的方法設(shè)計(jì)交流或直流伺服系統(tǒng)。 9.3伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)l伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)因系統(tǒng)的具體要求而異，伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)因系統(tǒng)的具體要求而異，對(duì)于閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，常用串聯(lián)校正對(duì)于閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，常用串聯(lián)校正或并聯(lián)校正方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能的調(diào)整?；虿⒙?lián)校正方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能的調(diào)整。9.3伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)l校正裝置串聯(lián)配置在前向通道的校正方校正裝置串聯(lián)配置在前向通道的校正方式稱

15、為串聯(lián)校正，一般把串聯(lián)校正單元式稱為串聯(lián)校正，一般把串聯(lián)校正單元稱作調(diào)節(jié)器，所以又稱為調(diào)節(jié)器校正。稱作調(diào)節(jié)器，所以又稱為調(diào)節(jié)器校正。l若校正裝置與前向通道并行，則稱為并若校正裝置與前向通道并行，則稱為并聯(lián)校正；信號(hào)流向與前向通道相同時(shí)，聯(lián)校正；信號(hào)流向與前向通道相同時(shí)，稱作前饋校正；信號(hào)流向與前向通道相稱作前饋校正；信號(hào)流向與前向通道相反時(shí)，則稱作反饋校正。反時(shí)，則稱作反饋校正。9.3.1調(diào)節(jié)器校正及其傳遞調(diào)節(jié)器校正及其傳遞函數(shù)函數(shù)l常用的調(diào)節(jié)器有比例微分常用的調(diào)節(jié)器有比例微分PD調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器、比例積分器、比例積分PI調(diào)節(jié)器以及比例調(diào)節(jié)器以及比例積分微分積分微分PID調(diào)節(jié)器，設(shè)計(jì)中調(diào)節(jié)器，設(shè)計(jì)中

16、可根據(jù)實(shí)際伺服系統(tǒng)的特征進(jìn)行選擇?？筛鶕?jù)實(shí)際伺服系統(tǒng)的特征進(jìn)行選擇。PD調(diào)節(jié)器校正調(diào)節(jié)器校正 l在系統(tǒng)的前向通道上串聯(lián)在系統(tǒng)的前向通道上串聯(lián)PD調(diào)節(jié)器校調(diào)節(jié)器校正裝置，可以使相位超前，以抵消慣性正裝置，可以使相位超前，以抵消慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)使相位滯后而產(chǎn)生的不環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)使相位滯后而產(chǎn)生的不良后果。良后果。lPD調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為( )(1)PDpdWsKsPI調(diào)節(jié)器校正調(diào)節(jié)器校正 l如果系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能滿足要求，并有一如果系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能滿足要求，并有一定的穩(wěn)定裕量，而穩(wěn)態(tài)誤差較大，則可定的穩(wěn)定裕量，而穩(wěn)態(tài)誤差較大，則可以用以用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正。調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正。lPI調(diào)節(jié)

17、器的傳遞函數(shù)為調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為1( )()iPIpisWsKsPID調(diào)節(jié)器校正調(diào)節(jié)器校正 l將將PD串聯(lián)校正和串聯(lián)校正和PI串聯(lián)校正聯(lián)合使用，串聯(lián)校正聯(lián)合使用，構(gòu)成構(gòu)成PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。l如果合理設(shè)計(jì)則可以綜合改善伺服系統(tǒng)如果合理設(shè)計(jì)則可以綜合改善伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。lPID串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為(1)(1)( )idPIDpissWsKs9.3.2單環(huán)位置伺服系統(tǒng)單環(huán)位置伺服系統(tǒng)l對(duì)于直流伺服電動(dòng)機(jī)可以采用單位置環(huán)對(duì)于直流伺服電動(dòng)機(jī)可以采用單位置環(huán)控制方式，直接設(shè)計(jì)位置調(diào)節(jié)器控制方式，直接設(shè)計(jì)位置調(diào)節(jié)器APR。l為了避免在過渡過程中電流

18、沖擊過大，為了避免在過渡過程中電流沖擊過大，應(yīng)采用電流截止反饋保護(hù)，或者選擇允應(yīng)采用電流截止反饋保護(hù)，或者選擇允許過載倍數(shù)比較高的伺服電動(dòng)機(jī)。許過載倍數(shù)比較高的伺服電動(dòng)機(jī)。9.3.2單環(huán)位置伺服系統(tǒng)單環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖圖9-7 單環(huán)位置伺服系統(tǒng)單環(huán)位置伺服系統(tǒng)APR位置調(diào)節(jié)器位置調(diào)節(jié)器 UPE驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置SM直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) BQ位置傳感器位置傳感器9.3.2單環(huán)位置伺服系統(tǒng)單環(huán)位置伺服系統(tǒng)l忽略負(fù)載轉(zhuǎn)矩，直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象忽略負(fù)載轉(zhuǎn)矩，直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為l機(jī)電時(shí)間常數(shù)機(jī)電時(shí)間常數(shù) 2/()( )(1)(1)seobjsmlmKjCWss T sT T s

19、T seTmCCJRT9.3.2單環(huán)位置伺服系統(tǒng)單環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖圖9-8 直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象結(jié)構(gòu)圖直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象結(jié)構(gòu)圖l采用采用PD調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為( )( )(1)APRPDpdWsWsKs9.3.2單環(huán)位置伺服系統(tǒng)單環(huán)位置伺服系統(tǒng)l伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù) l系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù) 2(1)( )(1)(1)dopsmlmKsWss T sT TsT spseK KKjC9.3.2單環(huán)位置伺服系統(tǒng)單環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖圖9-9 單位置環(huán)控制直流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖單位置環(huán)控制直流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4mlTT2121(1)(1)mlmT T sT

20、 sT sT s sTTT219.3.2單環(huán)位置伺服系統(tǒng)單環(huán)位置伺服系統(tǒng)l用系統(tǒng)的開環(huán)零點(diǎn)消去慣性時(shí)間常數(shù)用系統(tǒng)的開環(huán)零點(diǎn)消去慣性時(shí)間常數(shù)最大的開環(huán)極點(diǎn)，以加快系統(tǒng)的響應(yīng)過最大的開環(huán)極點(diǎn)，以加快系統(tǒng)的響應(yīng)過程。程。l系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) 2( )(1)(1)opsKWss T sT s9.3.2單環(huán)位置伺服系統(tǒng)單環(huán)位置伺服系統(tǒng)l伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)l閉環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程式閉環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程式 3222( )()clssKWsTT sTT ssK 0)(2232KssTTsTTss9.3.2單環(huán)位置伺服系統(tǒng)單環(huán)位置伺服系統(tǒng)l用用Routh穩(wěn)定判據(jù)，為

21、保證系統(tǒng)穩(wěn)定，穩(wěn)定判據(jù)，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，須使須使22TTTTKss圖圖9-10 單位置環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)對(duì)數(shù)幅頻特性單位置環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)對(duì)數(shù)幅頻特性9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)l在電流閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)位置在電流閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)位置調(diào)節(jié)器，構(gòu)成位置伺服系統(tǒng)，位置調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器，構(gòu)成位置伺服系統(tǒng)，位置調(diào)節(jié)器的輸出限幅是電流的最大值。器的輸出限幅是電流的最大值。l以直流伺服系統(tǒng)為例，對(duì)于交流伺服以直流伺服系統(tǒng)為例，對(duì)于交流伺服系統(tǒng)也適用，只須對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也適用，只須對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)作相應(yīng)的改動(dòng)。裝置應(yīng)作相應(yīng)的改動(dòng)。9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)圖圖9-

22、11 雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)l忽略負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，帶有電流閉環(huán)控制對(duì)象忽略負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，帶有電流閉環(huán)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為的傳遞函數(shù)為l為了消除負(fù)載擾動(dòng)引起的靜差，為了消除負(fù)載擾動(dòng)引起的靜差，APR選用選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)2/()( )(1)TobjiCjJWss Ts1( )( )()iAPRPIpisWsWsKs9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)圖圖9-12 雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)l系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為l系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) 23(1)(1

23、)/()( )(1)(1)piiTopiiiKsKsCjJWsss Tss TspTiK CKjJ9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)l伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為l特征方程式特征方程式43(1)( )icliiKsWsTssKsK430iITssKsK9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)l伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為l特征方程式特征方程式l特征方程式未出現(xiàn)特征方程式未出現(xiàn)s的二次項(xiàng)，由的二次項(xiàng)，由Routh穩(wěn)穩(wěn)定判據(jù)可知，系統(tǒng)不穩(wěn)定。定判據(jù)可知，系統(tǒng)不穩(wěn)定。43(1)( )icliiKsWsTssKsK430iITssKsK9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系

24、統(tǒng)l將將APR改用改用PID調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)l伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) (1)(1)( )( )idAPRPIDpissWsWsKs23(1)1)(1)1)/()( )(1)(1)pididTopiiiKssKssCjJWsss Tss Ts（9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)l閉環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)l系統(tǒng)特征方程式系統(tǒng)特征方程式432(1)(1)( )()idcliididKssWsTssKsKsK 432()0iididTssKsKsK 9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)l由由Routh穩(wěn)定判據(jù)求得系統(tǒng)穩(wěn)定的條件穩(wěn)定判據(jù)求得系統(tǒng)穩(wěn)定的條件 ()()

25、()1idiidididiidTKT9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)圖圖9-13 采用采用PID控制的雙環(huán)控制伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)對(duì)控制的雙環(huán)控制伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)對(duì)數(shù)幅頻特性數(shù)幅頻特性9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)l若若APR仍采用仍采用PI調(diào)節(jié)器，可在位置反饋的基調(diào)節(jié)器，可在位置反饋的基礎(chǔ)上，再加上微分負(fù)反饋，即轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。礎(chǔ)上，再加上微分負(fù)反饋，即轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。圖圖9-14 帶有微分負(fù)反饋的伺服系統(tǒng)帶有微分負(fù)反饋的伺服系統(tǒng) 9.3.3雙環(huán)伺服系統(tǒng)雙環(huán)伺服系統(tǒng)圖圖9-15 帶有微分負(fù)反饋的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖帶有微分負(fù)反饋的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖9.3.4三環(huán)伺服系統(tǒng)三環(huán)伺服系統(tǒng)l在調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)

26、上，再設(shè)一個(gè)位置環(huán)，形在調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再設(shè)一個(gè)位置環(huán)，形成三環(huán)控制的位置伺服系統(tǒng)。成三環(huán)控制的位置伺服系統(tǒng)。圖圖9-16 三環(huán)位置伺服系統(tǒng)三環(huán)位置伺服系統(tǒng)APR位置調(diào)節(jié)器位置調(diào)節(jié)器 ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器BQ光電位置傳感器光電位置傳感器 DSP數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)形成環(huán)節(jié)數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)形成環(huán)節(jié)9.3.4三環(huán)伺服系統(tǒng)三環(huán)伺服系統(tǒng)l直流轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)按典型直流轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù) l矢量控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)矢量控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù) 2(1)( )(1)NnnopnKsWss T s22(1)/(1)( )(1)(1)nTnNnnopniik CsJKsWss Tss Tsl兩者結(jié)構(gòu)相同。兩者結(jié)構(gòu)相同。 9.3.4三環(huán)伺服系統(tǒng)三環(huán)伺服系統(tǒng)圖圖9-17 直流轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖直流轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖圖圖9-18 矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖9.3.4三環(huán)伺服系統(tǒng)三環(huán)伺服系統(tǒng)圖圖9-19 位置環(huán)的控制對(duì)象結(jié)構(gòu)圖位置環(huán)的控制對(duì)象結(jié)構(gòu)圖圖圖9-20 位置閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖位置閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖 9.3.4三環(huán)伺服系統(tǒng)三環(huán)伺服系統(tǒng)l位置環(huán)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)位置環(huán)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)l開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù) *32( )(1)/( )( )()