電力拖動自動控制系統(tǒng)概述

1、第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)6 6- -1 1 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的特征特征及及組成組成本本 章章 小小 結(jié)結(jié)6 6- -2 2 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型6 6- -3 3 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的設(shè)計設(shè)計特征及組成特征及組成第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)前前 言言n伺服（伺服（Servo）意味著）意味著“伺候伺候”和和“服從服從”。n廣義的廣義的伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是精確地跟蹤或復(fù)現(xiàn)某個給是精確地跟蹤或復(fù)現(xiàn)某個給定過程的控制系統(tǒng)，也可稱作定過程的控制系統(tǒng)，也可稱作隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)。n狹義狹義伺服

2、系統(tǒng)伺服系統(tǒng)又稱又稱位置隨動系統(tǒng)位置隨動系統(tǒng)，其被控制，其被控制量（輸出量）是負(fù)載機械空間位置的線位移量（輸出量）是負(fù)載機械空間位置的線位移或角位移，當(dāng)位置給定量（輸入量）作任意或角位移，當(dāng)位置給定量（輸入量）作任意變化時，系統(tǒng)的主要任務(wù)是使輸出量快速而變化時，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。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)概概 述述n伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的功能是使輸出快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)的功能是使輸出快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)給定，對給定，對伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)具有如下的基本要求：具有如下的基本要求：穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 伺服系統(tǒng)在給定輸入和外界干擾下，能伺服系統(tǒng)在給定輸入

3、和外界干擾下，能在短暫的過渡過程后，達(dá)到新的平衡狀態(tài)，在短暫的過渡過程后，達(dá)到新的平衡狀態(tài)，或者恢復(fù)到原先的平衡狀態(tài)?；蛘呋謴?fù)到原先的平衡狀態(tài)。精度高精度高 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量跟隨給定值伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量跟隨給定值的精確程度，如精密加工的數(shù)控機床，要求的精確程度，如精密加工的數(shù)控機床，要求很高的定位精度。很高的定位精度。動態(tài)響應(yīng)快動態(tài)響應(yīng)快 動態(tài)響應(yīng)是伺服系統(tǒng)重要的動態(tài)性能指動態(tài)響應(yīng)是伺服系統(tǒng)重要的動態(tài)性能指標(biāo)，要求系統(tǒng)對給定的跟隨速度足夠快、超標(biāo)，要求系統(tǒng)對給定的跟隨速度足夠快、超調(diào)小，甚至要求無超調(diào)。調(diào)小，甚至要求無超調(diào)?？箶_動能力強抗擾動能力強 在各種擾動作用時，系統(tǒng)輸出動態(tài)

4、變化在各種擾動作用時，系統(tǒng)輸出動態(tài)變化小，恢復(fù)時間快，振蕩次數(shù)少，甚至要求無小，恢復(fù)時間快，振蕩次數(shù)少，甚至要求無振蕩。振蕩。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的特征特征n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。輸出量的電信號。n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。n足夠大的調(diào)速范圍及足夠強的低速帶載性足夠大的調(diào)速范圍及足夠強的低速帶載性能。能。n快速的響應(yīng)能力和較強的抗干擾能力?？焖俚捻憫?yīng)能力和較強的抗干擾能力。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的組成組成n 伺服系統(tǒng)由伺服電動

5、伺服系統(tǒng)由伺服電動機、功率驅(qū)動器、控機、功率驅(qū)動器、控制器和傳感器四大部制器和傳感器四大部分組成。分組成。n 除了位置傳感器外，除了位置傳感器外，可能還需要電壓、電可能還需要電壓、電流和速度傳感器。流和速度傳感器。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)第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的組成組成n 旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器圖圖9-2 絕對值式編碼器的碼盤絕對值式編碼器的碼盤a) 二進(jìn)制碼盤二進(jìn)制碼盤 b)循環(huán)碼碼盤循環(huán)碼碼盤第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的性能指標(biāo)性能指標(biāo)

6、n伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的實際位置與目標(biāo)值之間的誤差，的實際位置與目標(biāo)值之間的誤差，稱作系統(tǒng)的稱作系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差。n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)跟蹤誤差可分為兩類：檢測誤差與系統(tǒng)誤差。為兩類：檢測誤差與系統(tǒng)誤差。n伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)在動態(tài)調(diào)節(jié)過程中性能指標(biāo)稱為在動態(tài)調(diào)節(jié)過程中性能指標(biāo)稱為動動態(tài)性能指標(biāo)態(tài)性能指標(biāo)，如超調(diào)量、跟隨速度及時間、，如超調(diào)量、跟隨速度及時間、調(diào)節(jié)時間、振蕩次數(shù)、抗擾動能力等。調(diào)節(jié)時間、振蕩次數(shù)、抗擾動能力等。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的性能指標(biāo)性能指標(biāo)圖圖9-4 位置伺服系統(tǒng)的典型輸入信號位置伺服系統(tǒng)的典

7、型輸入信號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）加速度輸入第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的性能指標(biāo)性能指標(biāo)n伺服系統(tǒng)在三種單位輸入信號的作用下給伺服系統(tǒng)在三種單位輸入信號的作用下給定穩(wěn)態(tài)誤差：定穩(wěn)態(tài)誤差： 第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖圖9-3 線性位置伺服系統(tǒng)一般動態(tài)結(jié)構(gòu)圖線性位置伺服系統(tǒng)一般動態(tài)結(jié)構(gòu)圖第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)6 6- -1 1 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的特征特征及及組成組成本本 章章 小小 結(jié)結(jié)6 6- -2 2 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)

8、學(xué)模型數(shù)學(xué)模型6 6- -3 3 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的設(shè)計設(shè)計數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)概概 述述n根據(jù)伺服電動機的種類，伺服系統(tǒng)可分為根據(jù)伺服電動機的種類，伺服系統(tǒng)可分為直流和交流兩大類。直流和交流兩大類。n伺服系統(tǒng)控制對象包括伺服電動機、驅(qū)動伺服系統(tǒng)控制對象包括伺服電動機、驅(qū)動裝置和機械傳動機構(gòu)。裝置和機械傳動機構(gòu)。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型n直流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為直流伺服電動直流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為直流伺服電動機，中、小功率的伺服系統(tǒng)采用直流永磁機，中、小功率的伺服系統(tǒng)采用直流永磁伺服電動機，當(dāng)功率較大

9、時，也可采用電伺服電動機，當(dāng)功率較大時，也可采用電勵磁的直流伺服電動機。勵磁的直流伺服電動機。n直流無刷電動機與直流電動機有相同的控直流無刷電動機與直流電動機有相同的控制特性，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)。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型n直流伺服電動機的狀態(tài)方程直流伺服電動機的狀態(tài)方程n機械傳動機構(gòu)的狀態(tài)方程機械傳動機構(gòu)的狀態(tài)方程 01111dddLeULELILRdtdITJTJdtdmddtjId：電樞電流：電樞電流R：包括驅(qū)動器內(nèi)阻的電樞回：包括驅(qū)動器內(nèi)阻的電樞回路電阻路電阻L：電樞回路電感：電樞回路電感第

10、六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型n驅(qū)動裝置的近似等效傳遞函數(shù)驅(qū)動裝置的近似等效傳遞函數(shù)n狀態(tài)方程狀態(tài)方程 1ssKT scssdsduTKUTdtdU001第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型n控制對象的數(shù)學(xué)模型控制對象的數(shù)學(xué)模型 0001111mTdLdeddldsdcssddtjCdITdtJJdICIUdtTLLdUKUudtTT 第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型圖圖9-5 直流伺服系統(tǒng)控制對象結(jié)構(gòu)圖直流伺服系統(tǒng)控制對象結(jié)

11、構(gòu)圖第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型n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)控制的對象為慣性環(huán)節(jié)，故帶有電流閉環(huán)控制的對象數(shù)學(xué)模型為數(shù)學(xué)模型為*111mTdLdddiiddtjCdITdtJJdIIIdtTT 第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型圖圖9-6 帶有電流閉環(huán)控制的對象結(jié)構(gòu)圖帶有電流閉環(huán)控制的對象結(jié)構(gòu)圖第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型n用交流伺服電動機作為伺

12、服系統(tǒng)的執(zhí)行電用交流伺服電動機作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行電動機，稱作交流伺服系統(tǒng)。動機，稱作交流伺服系統(tǒng)。n常用的交流伺服電動機有三相異步電動機、常用的交流伺服電動機有三相異步電動機、永磁式同步電動機和磁阻式步進(jìn)電動機等，永磁式同步電動機和磁阻式步進(jìn)電動機等，也可用電勵磁的同步伺服電動機。也可用電勵磁的同步伺服電動機。n無論是異步電動機，還是同步電動機，經(jīng)無論是異步電動機，還是同步電動機，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機?？傻刃殡娏骺刂频闹绷麟妱訖C。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型

13、數(shù)學(xué)模型n異步電動機按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的數(shù)學(xué)模型為異步電動機按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的數(shù)學(xué)模型為sstsmstrsmrrsrrsmstssmstsmrsmrrsrrrsmsmsmrmrrrLprstrmpLuiiLLLRLRLLLdtdiLuiiLLLRLRTLLLdtdiiTLTdtdTJniJLLndtd1222122221第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型n采用電流閉環(huán)控制后，對象的數(shù)學(xué)模型為采用電流閉環(huán)控制后，對象的數(shù)學(xué)模型為*111mTstLstststiiddtjCdiTdtJJdiiidtTT 第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)交

14、流伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型nCT 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)于直流電動機的電樞電流，轉(zhuǎn)矩分量相當(dāng)于直流電動機的電樞電流，電流閉環(huán)控制的交流伺服電動機結(jié)構(gòu)圖與電流閉環(huán)控制的交流伺服電動機結(jié)構(gòu)圖與直流電動機相仿。直流電動機相仿。n對于同步伺服電動機也可得到相同結(jié)論，對于同步伺服電動機也可得到相同結(jié)論，不重復(fù)論述。不重復(fù)論述。n采用電流閉環(huán)控制后，交流伺服系統(tǒng)與直采用電流閉環(huán)控制后，交流伺服系統(tǒng)與直流伺服系統(tǒng)具有相同的控制對象數(shù)學(xué)模型。流伺服系統(tǒng)具有相同的控制對象數(shù)學(xué)模型。n稱作在電流閉環(huán)控制下交、直流伺服系統(tǒng)稱作在電流閉環(huán)控

15、制下交、直流伺服系統(tǒng)控制對象的統(tǒng)一模型?？刂茖ο蟮慕y(tǒng)一模型。n用相同的方法設(shè)計交流或直流伺服系統(tǒng)。用相同的方法設(shè)計交流或直流伺服系統(tǒng)。 第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)6 6- -1 1 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的特征特征及及組成組成本本 章章 小小 結(jié)結(jié)6 6- -2 2 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)控制對象控制對象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型6 6- -3 3 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的設(shè)計設(shè)計工程設(shè)計工程設(shè)計第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)概概 述述n 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)因系統(tǒng)的具體要求而異，對于閉的結(jié)構(gòu)因系統(tǒng)的具體要求而異，對于閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，常用環(huán)伺服控制系統(tǒng)，常用串聯(lián)校正串聯(lián)校正或

16、并聯(lián)校正方式或并聯(lián)校正方式進(jìn)行動態(tài)性能的調(diào)整。進(jìn)行動態(tài)性能的調(diào)整。n 校正裝置串聯(lián)配置在前向通道的校正方式稱為校正裝置串聯(lián)配置在前向通道的校正方式稱為串串聯(lián)校正聯(lián)校正，一般把串聯(lián)校正單元稱作調(diào)節(jié)器，所以，一般把串聯(lián)校正單元稱作調(diào)節(jié)器，所以又稱為又稱為調(diào)節(jié)器校正調(diào)節(jié)器校正。n 若校正裝置與前向通道并行，則稱為若校正裝置與前向通道并行，則稱為并聯(lián)校正并聯(lián)校正；信號流向與前向通道相同時，稱作信號流向與前向通道相同時，稱作前饋校正前饋校正；信；信號流向與前向通道相反時，則稱作號流向與前向通道相反時，則稱作反饋校正反饋校正。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)器校正調(diào)節(jié)器校正及其及其傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)n常用

17、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)計中可）調(diào)節(jié)器，設(shè)計中可根據(jù)實際根據(jù)實際伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的特征進(jìn)行選擇。的特征進(jìn)行選擇。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)PD 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器校正校正n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)器調(diào)節(jié)器校校正裝置，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。nPD 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器的的傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為為( )(1)PDpdWsKs

18、第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)PI 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器校正校正n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)器調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正。進(jìn)行校正。nPI 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器的的傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為為1( )()iPIpisWsKs第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)PID 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器校正校正n將將 PD 串聯(lián)校正和串聯(lián)校正和 PI 串聯(lián)校正聯(lián)合使串聯(lián)校正聯(lián)合使用，構(gòu)成用，構(gòu)成 PID 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器。n如果合理設(shè)計則可以綜合改善伺服系統(tǒng)如果合理設(shè)計則可以綜合改善伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性。的動態(tài)和靜態(tài)特性。nPID

19、 串聯(lián)校正裝置的串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為為(1)(1)( )idPIDpissWsKs第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)單環(huán)位置單環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n對于直流伺服電動機可以采用單位置環(huán)對于直流伺服電動機可以采用單位置環(huán)控制方式，直接設(shè)計位置調(diào)節(jié)器控制方式，直接設(shè)計位置調(diào)節(jié)器 APR。n為了避免在過渡過程中電流沖擊過大，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)比較高的伺服電動機。許過載倍數(shù)比較高的伺服電動機。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)單環(huán)位置單環(huán)位置伺服系統(tǒng)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)AP

20、R位置調(diào)節(jié)器位置調(diào)節(jié)器 UPE驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置SM直流伺服電動機直流伺服電動機 BQ位置傳感器位置傳感器第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)單環(huán)位置單環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n忽略負(fù)載轉(zhuǎn)矩，直流伺服系統(tǒng)控制對象忽略負(fù)載轉(zhuǎn)矩，直流伺服系統(tǒng)控制對象傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為n機電時間常數(shù)機電時間常數(shù) 2/()( )(1)(1)seobjsmlmKjCWss T sT TsT seTmCCJRT第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)單環(huán)位置單環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)圖圖9-8 直流伺服系統(tǒng)控制對象結(jié)構(gòu)圖直流伺服系統(tǒng)控制對象結(jié)構(gòu)圖n采用采用 PD 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器，其，其傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為為( )( )(1)APRPDpdWsW

21、sKs第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)單環(huán)位置單環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n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) n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 KKjC第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)單環(huán)位置單環(huán)位置伺服系統(tǒng)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 TsT sTsT s sTTT21?第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)單環(huán)位置單環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2( )(1)(1)opsKWss T sT sn用系統(tǒng)的開環(huán)零點消去慣性時間常數(shù)最用系統(tǒng)

22、的開環(huán)零點消去慣性時間常數(shù)最大的開環(huán)極點，以加快系統(tǒng)的響應(yīng)過程。大的開環(huán)極點，以加快系統(tǒng)的響應(yīng)過程。n系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)單環(huán)位置單環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n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)n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)(2232KssTTsTTss第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)單環(huán)位置單環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)圖圖9-10 單位置環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)對數(shù)幅頻特性單位置環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)對數(shù)幅頻特性n用用 Routh 穩(wěn)定判據(jù)，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，穩(wěn)定判據(jù)，為

23、保證系統(tǒng)穩(wěn)定，須使須使:22TTTTKss第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)雙環(huán)位置雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n在電流閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計位置調(diào)在電流閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計位置調(diào)節(jié)器，構(gòu)成位置伺服系統(tǒng)，位置調(diào)節(jié)器節(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。的輸出限幅是電流的最大值。n以直流伺服系統(tǒng)為例，對于交流伺服系以直流伺服系統(tǒng)為例，對于交流伺服系統(tǒng)也適用，只須對伺服電動機和驅(qū)動裝統(tǒng)也適用，只須對伺服電動機和驅(qū)動裝置應(yīng)作相應(yīng)的改動。置應(yīng)作相應(yīng)的改動。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)雙環(huán)位置雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)圖圖9-11 雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺

24、服系統(tǒng)雙環(huán)位置雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n忽略負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，帶有電流閉環(huán)控制對忽略負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，帶有電流閉環(huán)控制對象的象的傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為為n為了消除負(fù)載擾動引起的靜差，為了消除負(fù)載擾動引起的靜差，APR 選選用用 PI 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)，其傳遞函數(shù)2/()( )(1)TobjiCjJWss Ts1( )( )()iAPRPIpisWsWsKs第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)雙環(huán)位置雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)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n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n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)/()( )(1)(1)piiT

25、opiiiKsKsCjJWsss Tss TspTiK CKjJ23(1)(1)/()( )(1)(1)piiTopiiiKsKsCjJWsss Tss Ts第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)雙環(huán)位置雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n 伺服系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)為為n 特征方程式特征方程式n 特征方程式未出現(xiàn)特征方程式未出現(xiàn) s 的二次項，由的二次項，由 Routh 穩(wěn)定穩(wěn)定判據(jù)可知，判據(jù)可知，系統(tǒng)不穩(wěn)定系統(tǒng)不穩(wěn)定。43(1)( )icliiKsWsTssKsK430iITssKsK第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)雙環(huán)位置雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n將將 APR 改用改用 PID 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)

26、器，其，其傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)n伺服系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù) (1)(1)( )( )idAPRPIDpissWsWsKs23(1)1)(1)1)/()( )(1)(1)pididTopiiiKssKssCjJWsss Tss Ts（第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)雙環(huán)位置雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n閉環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)n系統(tǒng)特征方程式系統(tǒng)特征方程式432(1)(1)( )()idcliididKssWsTssKsKsK 432()0iididTssKsKsK 第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)雙環(huán)位置雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n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

27、統(tǒng)穩(wěn)定的條件 ()()()1idiidididiidTKT圖圖9-13 采用采用PID控制的雙環(huán)控制伺服系統(tǒng)控制的雙環(huán)控制伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)對數(shù)幅頻特性開環(huán)傳遞函數(shù)對數(shù)幅頻特性第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)雙環(huán)位置雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n若若 APR 仍采用仍采用 PI 調(diào)節(jié)器，可在位置反饋的調(diào)節(jié)器，可在位置反饋的基礎(chǔ)上，再加上微分負(fù)反饋，即基礎(chǔ)上，再加上微分負(fù)反饋，即轉(zhuǎn)速負(fù)反饋轉(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) 第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)雙環(huán)位置雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)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)圖第

28、六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)三環(huán)位置三環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n在調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再設(shè)一個位置環(huán)，形在調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再設(shè)一個位置環(huán)，形成成三環(huán)控制三環(huán)控制的的位置伺服系統(tǒng)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)速信號形成環(huán)節(jié)數(shù)字轉(zhuǎn)速信號形成環(huán)節(jié)第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)三環(huán)位置三環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n直流轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)按直流轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)按典型典型 II 型系統(tǒng)型系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計，開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù) n矢量控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)矢量

29、控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)n兩者結(jié)構(gòu)相同。兩者結(jié)構(gòu)相同。2(1)( )(1)NnnopnKsWss T s22(1)/(1)( )(1)(1)nTnNnnopniik CsJKsWss Tss Ts第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)三環(huán)位置三環(huán)位置伺服系統(tǒng)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)示意圖第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)三環(huán)位置三環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)圖圖9-19 位置環(huán)的控制對象結(jié)構(gòu)圖位置環(huán)的控制對象結(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 第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)三環(huán)位置三環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n位置環(huán)

30、控制對象的傳遞函數(shù)位置環(huán)控制對象的傳遞函數(shù)n開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù) *32( )(1)/( )( )()mNnobjnNnNsKsjWsss T ssKsK32(1)/( )( )()NnopAPRnNnNKsjWsWss T ssKsK第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)三環(huán)位置三環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n給定輸入為階躍時，給定輸入為階躍時，APR 選用選用 P 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器就可實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差，則系統(tǒng)的開環(huán)傳遞就可實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差，則系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)函數(shù)n開環(huán)放大系數(shù)開環(huán)放大系數(shù) 3232(1)/( )()(1)()pNnopnNnNnnNnNK KsjWss T ssKsKKss T ssKsKpNK KKj第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)三環(huán)位置三環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n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)n特征方程式特征方程式 KsKKsKssTsKsWnNnNnnL)() 1()(2340)(234KsKKsKs