马昕教授电力拖动与运动控制课件9--伺服系统

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1、第八章伺服系统马　昕北京化工大学计算机模拟与系统安全工程研究中心教育部化工安全工程研究中心国家安全生产监督管理总局危险化学品生产系统故障预防及监控基础实验室北京化工大学信息科学与技术学院主要内容2021/9/8第八章伺服系统2伺服系统伺服系统常用电机位置控制技术一、伺服系统2021/9/8第八章伺服系统3广义的伺服系统定义：精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统狭义的伺服系统定义：利用反馈和误差修正信号对位置及其派生参数(速度、加速度等)进行控制的系统其作用是使输出的机械位移准确复现输入的位移指令，达到位置的精确控制和

2、轨迹的准确跟踪一、伺服系统2021/9/8第八章伺服系统4伺服系统按照所使用的驱动元件类型可分为：液压伺服系统、气动伺服系统、机电伺服系统伺服系统的控制精度主要决定于所使用的测量元件的精度采用伺服系统主要为了达到以下目的：以小功率指令信号去控制大功率负载在无机械连接情况下，实现远距离同步传动使输出机械位移精确地执行某控制器发出的运动指令一、伺服系统2021/9/8第八章伺服系统5坐标系统(coordinates)：具有6个自由度，包括3个分别称为X、Y、Z的直线坐标，以及3个围绕直线坐标按右手定则形成的旋转坐标A、B、

3、C。伺服系统中的基本概念：任何空间运动都可分解为沿直线坐标的平移和沿旋转坐标的旋转一个坐标系统可被看做一个定位平台，一个伺服系统中往往存在多个定位平台坐标系统zxyCBA一、伺服系统2021/9/8第八章伺服系统62.最小运动增量(minimumincrementalmotion)和分辨率(resolution)：最小运动增量是一个装置能可靠提供的最小的运动分辨率是系统能够检测到的最小的运动增量3.准确度/精度(accuracy)：预期位置与实际位置之差的最大期望值4.精密度(precision)和重复性(repeat

4、ability)：精密度一般定义为对于完全相同的输入，系统多次运行到输出95%的结果的偏差范围重复性是系统在多次运行中到达命令指定位置的能力伺服系统中的基本概念：一、伺服系统2021/9/8第八章伺服系统75.跟踪误差(followingerror)：理想测量装置测得的实际位置与控制器通过命令要求的预期位置之间的瞬时差值6.调整时间(settlingtime)：伺服系统接受运动指令后，进入并保持于可接受的指令位置误差范围所需花费的时间7.超调(overshoot)：度量欠阻尼系统中的过校正行为伺服系统中的基本概念：一、

5、伺服系统2021/9/8第八章伺服系统88.稳态误差(steady-stateerror)：控制器完成校正行为后实际位置与指令位置之间的差9.振动(vibration)：系统运行速度接近机械系统的自然频率时，可能导致结构的振动或振铃现象10.运动规划(motionprofile)：一种以时间、位置和速度描述运动操作的方法伺服系统中的基本概念：一、伺服系统2021/9/8第八章伺服系统9伺服系统按照执行部件的类型可以分类为：开环伺服系统步进电动机驱动、无位置反馈和校正环节闭环/半闭环伺服系统伺服电动机驱动、使用位移测量和

6、位置比较环节一、伺服系统2021/9/8第八章伺服系统10位置检测器电压比较放大器－＋＋－－＋可逆功率放大器SM减速器手轮电位器式伺服系统原理图负载一、伺服系统2021/9/8第八章伺服系统11伺服系统基本组成：（1）位置检测器：由电位器RP1和RP2组成位置（角位移）检测器，RP1的转轴旋转角度作为位置给定；RP2的转轴旋转角度作为位置反馈（2）电压比较放大器：由运算放大器A1和A2组成，A1起反相作用，A2起电压比较和放大作用（3）功率放大器：电动机供电电源，输出足以驱动电动机SM的电压，要求可逆（4）执行机构：直

7、、交流伺服电动机一、伺服系统2021/9/8第八章伺服系统12相同点：都可以通过对代表系统输出量的反馈量和给定量进行比较，组成闭环控制。两者控制原理相同伺服系统和调速系统的比较：不同点：调速系统为了维持输出转速的恒定，抗扰性能是其主要性能指标伺服系统要求其输出量准确跟踪或复现给定量，跟随性能是其主要性能指标伺服系统可以在调速系统基础上外加一个位置环构成，位置环是伺服系统的主要结构特征。一、伺服系统2021/9/8第八章伺服系统13典型伺服系统原理框图可逆功率放大器SM减速器位置给定×＋－位置调节器速度控制器负载位置检测

8、一、伺服系统2021/9/8第八章伺服系统14伺服系统按照机械运动的轨迹可以分类为：1.点位控制(positioncontrol)/点到点控制(pointtopointcontrol)从某一位置向另一位置移动时，不管中间的移动轨迹如何，只要最后能正确到达目标位置即可2.直线控制(straitcontrol)/平行控制(parall