第章伺服系统设计与禁忌

《第章伺服系统设计与禁忌》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第4章伺服系统设计与禁忌4.1伺服系统设计概述4.1.1伺服系统及其基本构成a)输入指令微处理器功率驱动器步进电动机被控对象ΘinΘex检测装置转换电路放大装置执行电动机被控对象校正装置b)图4-1伺服系统的方框图伺服系统亦称随动系统，隶属于自控系统的一个重要分支。它用来控制被控对象的转角（或位移），使其能自动地、连续地、精确地复现输入指令的变化规律。伺服系统服务的对象种类繁多，如机器人手臂各关节的运动控制，仿形铣床中铣刀与被加工件之间相对运动轨迹的控制，电弧炼钢炉电极的位置控制，跟踪雷达天线俯仰角、

2、方位角的自动控制，电动控制阀阀门的位置控制，计算机的磁盘、光盘的驱动控制等。伺服系统是由多种元、器件连接组成的，如图4-1所示。其中图4-1a表示用步进电动机及驱动线路所构成的开环伺服系统，图4-1b则表示闭环伺服系统。图中各部分都是由传递信号来控制的。本章将主要讨论各部分的设计、选择、相互间的连接与匹配并构成系统的问题。就实际伺服系统而言，它除了包含图中所示各部分外，还应该有为各部分提供能源的电源设备，以及系统的控制、检测显示等装置。-ΘinΘex图4-2伺服系统的控制系统b)a)c)ΘexG1G2

3、G3ΘinG2G3G1-ΘinΘex+G1G2G3G4从伺服系统组成元件的性质看，有全部为电气元件组成的电气伺服系统；有电气元件与液压元件组合成的电气-液压伺服系统；有电气元件与气动元件组合成的电气-气动伺服系统。本章仅以电气伺服系统为例，介绍伺服系统的设计方法，举一反三，并不失其通用性。伺服系统常用的控制方式见图4-2，其中图4-2a为开环控制；图4-2b为闭环控制；图4-2c为开环与闭环的组合控制形式，简称复合控制。4.1.2对伺服系统的设计要求工程上对伺服系统的设计要求很具体，由于伺服系统所服务

4、的对象不同、用途殊异，因而对伺服系统的要求也有差别。可将技术要求归纳为以下几个方面：1)对系统基本性能的要求，包括对系统稳态性能和动态性能两方面的要求。2)对系统工作体制、可靠性、使用寿命等方面的要求。3)系统需适应的工作环境条件：如温度、湿度、防潮、防化、防辐射、抗振动、抗冲击等方面的要求。4)对系统体积、容量、结构外形、安装特点等方面的限制。5)对系统制造成本、运行的经济性、标准化程度、能源条件等方面的要求。这些问题涉及的面很广，限于篇幅，本章只针对伺服系统的基本性能要求，讨论伺服系统设计的基本方

5、法。因此，先将伺服系统稳态性能和动态性能的一般性要求简述如下。（1）伺服系统的稳态性能要求1)系统静误差es（其量纲是角度或长度）。对闭环控制的伺服系统而言，按线性理论分析应该是无静差系统，但实际系统的检测装置分辨力有限，系统带动被控对象运动总会承受干摩擦，这些都造成实际系统有静误差es存在。2)系统速度误差ev（角度或长度）。系统处于等速跟踪状态时，系统输出轴与其输入轴作相等的匀速运动，在同一时刻，输入轴和输出轴之间的转角差。3)系统最大跟踪误差em（角度或长度）。系统输出轴在一定的速度和加速度范围

6、内追随输入轴运动时，在同一时刻两轴之间最大的差值。4)系统最低平稳跟踪角度Ωmin（或速度vmin或转速nmin），是系统输出轴平稳追随输入轴作匀速运动时，系统输出轴不出现明显的步进现象所能达到的最低速度。5)系统最大跟踪角速度Ωmax（或vmax或nmax），是系统输出轴平稳跟随输入轴，且不超过系统速度误差ev的前提下，系统所能达到的最高速度。6)最大跟踪角加速度εmax（或amax）,是系统输出轴跟随输入轴，在不超过最大跟踪误差em的前提下，系统所能达到的最大角加速度。7)最大角速度Ωlim（或v

7、lim或转速nlim）、输出最大角加速度εlim（或alim）,均指不考虑跟踪精度的情况下，系统输出轴所能达到的极限速度和极限加速度。当然，对系统稳态性能还有其他的要求或其他的提法，如正弦跟踪状态下的误差、速度品质系数Kv、加速度品质系数Ka、连续调速范围D等。以上介绍稳态误差的时候，均提到系统输出轴跟踪系统输入轴运动，并以两轴之间的瞬时转角差作为系统的误差值，实际上有些伺服系统并没有实际的输入轴存在，输入信号不是依靠转动输入轴来产生，而是代表输入转角的信号电压或具体的数字代码。(2）伺服系统动态性能

8、要求1)系统应是渐近稳定的，并应具有一定的稳定裕量。2)在典型信号输入下，系统的时域响应特征要满足规定的要求，用得最多的是系统处于静止协调状态下（即零初始条件下），系统对阶跃输入信号的响应特征，通常取最大超调量Mp﹪、协调时间（即过渡过程时间）ts、振荡次数N等特征量作定量的评价。3)系统的频域响应特征，通常用波德图表示，有时取最大振荡指标Mr、系统的频带宽度wb等特征量作指标。4)当系统稳态运行时（通常以等速跟踪状态下），系统输出轴承受负载力矩作阶跃变