電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第10課

1、第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.1/62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)2022-4-29No.2/62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(duì)象控制對(duì)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(jì)設(shè)計(jì)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)2022-4-29No.3/62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(gè)給是精確地跟蹤

2、或復(fù)現(xiàn)某個(gè)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(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)。n狹義狹義伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)又稱又稱位置隨動(dòng)系統(tǒng)位置隨動(dòng)系統(tǒng)，其被控制，其被控制量（輸出量）是負(fù)載機(jī)械空間位置的線位移量（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(shí)，系統(tǒng)的主要任務(wù)是使輸出量快速而變化時(shí)，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)2022-4-29No.4/62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(duì)給定，

3、對(duì)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(jī)床，要求的精確程度，如精密加工的數(shù)控機(jī)床，要求很高的定位精度。很高的定位精度。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)重要的動(dòng)態(tài)性能指動(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)給定的跟隨速度足夠快、超標(biāo)，要求系

4、統(tǒng)對(duì)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(dòng)能力強(qiáng)抗擾動(dòng)能力強(qiáng) 在各種擾動(dòng)作用時(shí)，系統(tǒng)輸出動(dòng)態(tài)變化在各種擾動(dòng)作用時(shí)，系統(tǒng)輸出動(dòng)態(tài)變化小，恢復(fù)時(shí)間快，振蕩次數(shù)少，甚至要求無小，恢復(fù)時(shí)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)2022-4-29No.5/62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(hào)。輸出量的電信號(hào)。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(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

5、性能。能。n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。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.6/62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(dòng)伺服系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)器、控機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)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)2022-4-29No.7/6

6、2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(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)2022-4-29No.8/62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)伺服系統(tǒng)的實(shí)際位置與目標(biāo)值之間的誤差，的實(shí)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(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程中性能指標(biāo)稱為在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程中性能指標(biāo)稱為動(dòng)動(dòng)態(tài)性能指

7、標(biāo)態(tài)性能指標(biāo)，如超調(diào)量、跟隨速度及時(shí)間、，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。調(diào)節(jié)時(shí)間、振蕩次數(shù)、抗擾動(dòng)能力等。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.9/62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(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）加速度輸入第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.10/62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(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： 第六章第六章 伺服系

8、統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.11/62伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖圖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)圖第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.12/62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(duì)象控制對(duì)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(jì)設(shè)計(jì)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)2022-4-29No.13/62概概 述述n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

9、，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(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)。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.14/62直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象控制對(duì)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(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)。n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

10、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)。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.15/62直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象控制對(duì)象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型n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n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 01111dddLeULELILRdtdITJTJdtdmddtjId：電樞電流：電樞電流R：包括驅(qū)動(dòng)器內(nèi)阻的電樞回：包括驅(qū)動(dòng)器內(nèi)阻的電樞回路電阻路電阻L：電樞回路電感：電樞回路電感第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.16/62直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象控制對(duì)象的的數(shù)

11、學(xué)模型數(shù)學(xué)模型n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)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)2022-4-29No.17/62直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象控制對(duì)象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型n控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型控制對(duì)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)2022-4-29No.18/62直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象控制對(duì)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(duì)象結(jié)構(gòu)圖直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象結(jié)構(gòu)圖第

12、六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.19/62直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象控制對(duì)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(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 第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.20/62直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象控制對(duì)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(duì)象結(jié)構(gòu)圖帶有電流閉環(huán)控制的對(duì)象結(jié)構(gòu)圖第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No

13、.21/62交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象控制對(duì)象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型n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)。n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)。n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)。可等效為電流控制

14、的直流電動(dòng)機(jī)。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.22/62交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象控制對(duì)象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型n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sstsmstrsmrrsrrsmstssmstsmrsmrrsrrrsmsmsmrmrrrLprstrmpLuiiLLLRLRLLLdtdiLuiiLLLRLRTLLLdtdiiTLTdtdTJniJLLndtd1222122221第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.23/62交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象控制對(duì)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(duì)象的數(shù)

15、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*111mTstLstststiiddtjCdiTdtJJdiiidtTT 第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.24/62交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象控制對(duì)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(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。n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。n采用

16、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(duì)象數(shù)學(xué)模型。流伺服系統(tǒng)具有相同的控制對(duì)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)控制下交、直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)象的統(tǒng)一模型?？刂茖?duì)象的統(tǒng)一模型。n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)。 第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.25/62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(duì)象控制對(duì)象的的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型6 6- -3 3

17、 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.26/62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(duì)于閉的結(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)，常用環(huán)伺服控制系統(tǒng)，常用串聯(lián)校正串聯(lián)校正或并聯(lián)校正方式或并聯(lián)校正方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能的調(diào)整。進(jìn)行動(dòng)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，

18、則稱為并聯(lián)校正并聯(lián)校正；信號(hào)流向與前向通道相同時(shí)，稱作信號(hào)流向與前向通道相同時(shí)，稱作前饋校正前饋校正；信；信號(hào)流向與前向通道相反時(shí)，則稱作號(hào)流向與前向通道相反時(shí)，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)2022-4-29No.27/62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)中可）調(diào)節(jié)器，設(shè)計(jì)中可根據(jù)實(shí)際根據(jù)實(shí)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)2022-4-29N

19、o.28/62PD 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第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.29/62PI 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。

20、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)2022-4-29No.30/62PID 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(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。nPID 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)2022-4-29No.31/62單環(huán)位置單環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n對(duì)于直

21、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。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(dòng)機(jī)。許過載倍數(shù)比較高的伺服電動(dòng)機(jī)。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.32/62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)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第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服

22、系統(tǒng)2022-4-29No.33/62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(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n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 sT seTmCCJRT第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.34/62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(duì)象結(jié)構(gòu)圖直流伺服系統(tǒng)控制對(duì)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)APRPDpdWsWsKs第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.

23、35/62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)2022-4-29No.36/62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 T sT sT sT s sTTT21?第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.37/62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

24、 sn用系統(tǒng)的開環(huán)零點(diǎn)消去慣性時(shí)間常數(shù)最用系統(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)過程。大的開環(huán)極點(diǎn)，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)2022-4-29No.38/62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)2022-4-29No.39/62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

25、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)2022-4-29No.40/62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(jì)位置調(diào)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)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(duì)于交流伺服系以直流伺服系統(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)裝統(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)。置

26、應(yīng)作相應(yīng)的改動(dòng)。第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.41/62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)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.42/62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(shí)，帶有電流閉環(huán)控制對(duì)忽略負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，帶有電流閉環(huán)控制對(duì)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(dòng)引起的靜差，為了消除負(fù)載擾動(dòng)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)20

27、22-4-29No.43/62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)piiTopiiiKsKsCjJWsss 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)2022-4-29No.44/62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)

28、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)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)2022-4-29No.45/62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)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)202

29、2-4-29No.46/62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)2022-4-29No.47/62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(duì)數(shù)幅頻特性開環(huán)傳遞函數(shù)對(duì)數(shù)幅頻特性第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)202

30、2-4-29No.48/62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)2022-4-29No.49/62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)圖第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.50/62三環(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(gè)位置環(huán)，形在調(diào)速系統(tǒng)的

31、基礎(chǔ)上，再設(shè)一個(gè)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(hào)形成環(huán)節(jié)數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)形成環(huán)節(jié)第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.51/62三環(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(jì)，設(shè)計(jì)，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)Nnno

32、pnKsWss 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)2022-4-29No.52/62三環(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)2022-4-29No.53/62三環(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(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 第六章第六章 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)2022-4-29No.54/62三環(huán)位置三環(huán)位置

33、伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)n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)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)2022-4-29No.55/62三環(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(shí)，給定輸入為階躍時(shí)，APR 選用選用 P 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器就可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差，則系統(tǒng)的開環(huán)傳遞就可實(shí)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)2022-4-29No.56/62三環(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 KsKK