运动控制系统分析与设计讲义

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1、运动控制系统分析与设计主讲：蒋仕龙博士运动控制系统分析§几个概念¢定位方式¢系统精度¢频带宽度§交流伺服系统的应用分析与参数整定¢机械系统的完备性¢频带宽度与响应时间¢机械共振与定位时间¢交流伺服系统的参数整定交流伺服系统的定位控制§限位开关方式§脉冲计数方式§脉冲指令方式2007-8-293定位控制中的几个概念§定位精度vs重复定位精度¢机械精度vs电气控制精度§脉冲当量、分辨率§频带宽度§滞留脉冲§位置环路增益§定位整定时间2007-8-294定位精度vs重复定位精度§定位精度：衡量实际位置与目标位置之间的偏差§重复定位精度：衡量多次运动到同一个目标点的偏差（重复性）§统计意义

2、，不是一次测量的误差值§系统精度：机械精度、电气精度©电气精度<(1/5~1/10)机械精度2007-8-295Open-LoopPositioningSystem§Leadscrewrotationalspeed(rev/min)N=60fpnsrgfp=Pulsetrainfrequency(Hz,Pulse/sec)ns=Stepsperrevrg=Gearratio§Tabletravelspeedvt=fr=Npfr=tablefeedrateN=leadscrewrotationalspeedp=leadscrewpitchfp=vtnsrg60pPrecisionin

3、NCPositioningPrecisioninNCPositioning§Controlresolutionoftheelectromechnicalcomponents¢OpenloopCR=P.1nsrg¢CloseloopCR=P.1nsrgrgePrecisioninNCPositioning§ControlresolutionofthecomputercontrolsystemCR=L.2(2B–1)L=axisrange,B=no.ofbitsPrecisioninNCPositioning§ControlresolutionCR=Max{CR1,CR2}§Accur

4、acy=CR+3σ2§Repeatability=±3σPrecisioninNCPositioning§ControlresolutionCR=Max{CR1,CR2}§Accuracy=CR+3σ2§Repeatability=±3σExampleStandardDeviation=0.0005mmTherangeofworktableaxisis500mmThereare16bitsinthebinaryregister.Pitchofleadscrewis6.0mm.rg.=5.0andns=192step/revDeterminea)thecontrolresolutio

5、nb)accuracyandc)therepeatabilityforthepositioningsystemSolutiona)CR=P.=6.0/(192)(5.0)=10.00625nsrgCR=L=500=20.00762mm(2B–1)(216–1)CR=Max{0.00625,0.00762}=0.00762mmb)Accuracy=CR+3σ=0.00762+3(0.0005)22=0.00531mmc)Repeatability=±3(0.0005)=±0.0015mm脉冲当量vs分辨率§分辨率：数字量1对应的控制目标值§脉冲当量：控制目标值1对应的数字量§脉冲当量

6、只能是整数§驱动器的电子齿轮比：提高分辨率，不能提高系统精度；可以降低上位定位控制器的脉冲输出频率要求2007-8-2914频带宽度§截止频率的定义：-3dB¢保持给定正弦波的幅值，逐渐提高正弦波的频率，电机速度的变化也会加高频率。当给定频率提高到一定程度，通常是几十赫兹时，响应正弦波的相位发生滞后，幅度下降3db，这一点的给定频率就是响应带宽，这是伺服的一个重要指标，它表征系统的响应速度、抗扰动的能力，也极大地影响静态指标§截止频率通常用角速度表示：ω=2πf§市售交流伺服电机及驱动器的频带通常在200、400、500、550、600rad/s2007-8-2915三菱伺服电机的

7、频带J2-Super550HzHzJ2-K32400Hz300HzJ2J200Hz19901992199419961998200020024545oo响应速度-3dbdBJ2-SUPER550Hz几个概念§Settingtime§Overshoot§Accuracy滞留脉冲、定位时间§滞留脉冲：偏差计数器的值©ε=f/Kp;f:输入脉冲频率，Kp：位置环路增益§定位时间：滞留脉冲达到±1个脉冲之内的停止调整时间¢位置环路增益¢输入脉冲频率¢指令减速时间¢定位完毕信号（