現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng) 課件 第8章 交流永磁伺服系統(tǒng)的控制形式和控制器

第8章交流永磁伺服系統(tǒng)的控制形式和控制器

內(nèi)容提要8.1轉(zhuǎn)矩控制/電流控制、電流控制器8.2速度控制與速度控制器8.3位置控制與位置控制器永磁同步電動機伺服系統(tǒng)的特殊問題1

8.1轉(zhuǎn)矩控制/電流控制、電流控制器電扭矩扳手起重機2

速度控制器的目標是要使伺服電動機所驅(qū)動的負載按著所要求的恒值或任何速度變化規(guī)律運動。它是在全運動過程中體現(xiàn)的品質(zhì)要求，一般來說，速度控制通常采用PI型控制器，構(gòu)成一個速度無誤差控制器，不但可使系統(tǒng)穩(wěn)定，而且能有足夠的穩(wěn)定裕度。

下圖為一些常見的速度控制系統(tǒng)。8.2速度控制與速度控制器飛機螺旋槳涵道風(fēng)扇3

由于電流響應(yīng)很快，其響應(yīng)遠遠大于轉(zhuǎn)子速度響應(yīng)，因此為了簡化速度環(huán)的設(shè)計，可以把電流閉環(huán)視為一個小慣性環(huán)節(jié)，或當(dāng)作一個比例因子來看。

通常按伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)分母中含有積分環(huán)節(jié)的個數(shù)區(qū)分為不同型別的伺服系統(tǒng)。其中，0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度低，Ⅲ型及以上的系統(tǒng)又很難穩(wěn)定。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和較高的穩(wěn)態(tài)精度，根據(jù)伺服系統(tǒng)的輸入信號，通?？梢圆捎芒裥突颌蛐拖到y(tǒng)。典型Ⅰ型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

其中，T

為電機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)；K為系統(tǒng)的開環(huán)增益。8.2速度控制與速度控制器4

圖8-1典型I型系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其開環(huán)對數(shù)頻率特性a)結(jié)構(gòu)圖b)對數(shù)頻率特性8.2速度控制與速度控制器5

對于典型的Ⅰ型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，包含開環(huán)增益K和系統(tǒng)時間常數(shù)T兩個參數(shù)。其中，時間常數(shù)T在實際系統(tǒng)中視為被控對象和電機本身所固有的，所以K

是唯一待定參數(shù)。下面就介紹開環(huán)增益K

值與系統(tǒng)主要性能之間的關(guān)系。

(1)穩(wěn)態(tài)跟隨性能與系統(tǒng)的開環(huán)增益的關(guān)系 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標，可用不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差大小來表示。Ⅰ型系統(tǒng)在幾種典型輸入信號的作用下，產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差情況如下表8-1所示。同時可以得出結(jié)論：不能將加速度信號輸入Ⅰ型伺服系統(tǒng)中。表8-1

I型系統(tǒng)在不同的典型輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差8.2速度控制與速度控制器6

8.2速度控制與速度控制器7(3)典型Ⅰ型伺服系統(tǒng)抗擾性能指標與參數(shù)關(guān)系

8.2速度控制與速度控制器8

圖8-3a)

典型

I型系統(tǒng)在擾動點作用下的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8.2速度控制與速度控制器9

圖8-3b)典型I型系統(tǒng)在一種擾動作用下的等效框圖8.2速度控制與速度控制器10

8.2速度控制與速度控制器11

對于Ⅱ型伺服系統(tǒng)，也可以通過分析研究得出相應(yīng)結(jié)論：Ⅰ型和Ⅱ型系統(tǒng)除了穩(wěn)態(tài)誤差有區(qū)別外，就一般情況來說，在動態(tài)性能上，Ⅰ型系統(tǒng)在跟隨性能上能做到超調(diào)小，跟蹤性能好，但抗擾能力差；而Ⅱ型系統(tǒng)的超調(diào)量相對較大，而抗擾性能較好。

所以，在選擇伺服系統(tǒng)的型別上是很重要的，在選好型別的基礎(chǔ)上，再匹配好參數(shù)，才能達到最佳的控制效果。8.2速度控制與速度控制器128.3位置控制與位置控制器

位置控制的根本任務(wù)是實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)對位置指令全程的精準復(fù)現(xiàn)與跟蹤。位置控制的主要指標是高度的跟隨性。借助于電流內(nèi)環(huán)控制，提供充足的動力，驅(qū)動電機以適當(dāng)?shù)乃俣?，實現(xiàn)位置控制目標。

下圖為位置控制系統(tǒng)的示例。RMS1云臺部分多軸機械臂138.3位置控制與位置控制器如圖8-4為位置控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。

對于三環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是由電流環(huán)和速度環(huán)組成的，由于電流環(huán)和速度環(huán)相對于最外環(huán)來說，截止頻率遠高于外環(huán)，在只考慮位置環(huán)的輸出特性時，可以視兩個內(nèi)環(huán)為一個常數(shù)，此時簡化的位置伺服系統(tǒng)框圖如圖8-5所示。圖8-4位置伺服系統(tǒng)的組成框圖圖8-5位置伺服系統(tǒng)的簡化框圖14簡化模型為典型的Ⅰ型伺服系統(tǒng)，開環(huán)傳遞函數(shù)為：閉環(huán)傳遞函數(shù)為：位置輸入函數(shù)為斜坡型，如圖8-6所示。斜坡輸入函數(shù)Ft的拉氏變換為：圖8-6簡化系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：圖8-6斜坡位置函數(shù)和階躍速度8.3位置控制與位置控制器15

8.3位置控制與位置控制器16

8.3位置控制與位置控制器