伺服系统电力拖动自动控制系统第版阮毅陈伯时课件.ppt

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1、电力拖动自动控制系统—运动控制系统*第9章伺服系统第3篇伺服系统伺服（Servo）意味着“伺候”和“服从”。广义的伺服系统是精确地跟踪或复现某个给定过程的控制系统，也可称作随动系统。伺服系统狹义伺服系统又称位置随动系统，其被控制量（输出量）是负载机械空间位置的线位移或角位移，当位置给定量（输入量）作任意变化时，系统的主要任务是使输出量快速而准确地复现给定量的变化。内容提要伺服系统的特征及组成伺服系统控制对象的数学模型伺服系统的设计9.1伺服系统的特征及组成伺服系统的功能是使输出快速而准确地复现给定，对伺服系统具有如下的基本要求：(1)稳定性好伺服系统在

2、给定输入和外界干扰下，能在短暂的过渡过程后，达到新的平衡状态，或者恢复到原先的平衡状态。9.1.1伺服系统的基本要求及特征(2)精度高伺服系统的精度是指输出量跟随给定值的精确程度，如精密加工的数控机床，要求很高的定位精度。(3)动态响应快动态响应是伺服系统重要的动态性能指标，要求系统对给定的跟随速度足够快、超调小，甚至要求无超调。9.1.1伺服系统的基本要求及特征(4)抗扰动能力强在各种扰动作用时，系统输出动态变化小，恢复时间快，振荡次数少，甚至要求无振荡。伺服系统的特征必须具备高精度的传感器，能准确地给出输出量的电信号。功率放大器以及控制系统都必须是

3、可逆的。足够大的调速范围及足够强的低速带载性能。快速的响应能力和较强的抗干扰能力。9.1.2伺服系统的组成伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、控制器和传感器四大部分组成。除了位置传感器外，可能还需要电压、电流和速度传感器。9.1.2伺服系统的组成图9-1位置伺服系统结构示意图A）开环系统b）半闭环系统c）全闭环系统9.1.2伺服系统的组成伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、控制器和传感器四大部分组成。图9-2绝对值式编码器的码盘a)二进制码盘b)循环码码盘9.1.3伺服系统的性能指标图9-3线性位置伺服系统一般动态结构图9.1.3伺服系统的性能指标伺服系统

4、实际位置与目标值之间的误差，称作系统的稳态跟踪误差。由系统结构和参数决定的稳态跟踪误差可分为三类：位置误差、速度误差和加速度误差。伺服系统在动态调节过程中性能指标称为动态性能指标，如超调量、跟随速度及时间、调节时间、振荡次数、抗扰动能力等。9.1.3伺服系统的性能指标图9-4位置伺服系统的典型输入信号a）位置阶跃输入b）速度输入c）加速度输入9.1.3伺服系统的性能指标伺服系统在三种单位输入信号的作用下给定稳态误差9.2伺服系统控制对象的数学模型根据伺服电动机的种类，伺服系统可分为直流和交流两大类。伺服系统控制对象包括伺服电动机、驱动装置和机械传动机构

5、。9.2.1直流伺服系统控制对象的数学模型直流伺服系统的执行元件为直流伺服电动机，中、小功率的伺服系统采用直流永磁伺服电动机，当功率较大时，也可采用电励磁的直流伺服电动机。直流无刷电动机与直流电动机有相同的控制特性，也可归入直流伺服系统。9.2.1直流伺服系统控制对象的数学模型直流伺服电动机的状态方程机械传动机构的状态方程9.2.1直流伺服系统控制对象的数学模型驱动装置的近似等效传递函数状态方程9.2.1直流伺服系统控制对象的数学模型控制对象的数学模型9.2.1直流伺服系统控制对象的数学模型图9-5直流伺服系统控制对象结构图9.2.1直流伺服系统控制对

6、象的数学模型采用电流闭环后，电流环的等效传递函数为惯性环节，故带有电流闭环控制的对象数学模型为9.2.1直流伺服系统控制对象的数学模型图9-6带有电流闭环控制的对象结构图9.2.2交流伺服系统控制对象的数学模型用交流伺服电动机作为伺服系统的执行电动机，称作交流伺服系统。常用的交流伺服电动机有三相异步电动机、永磁式同步电动机和磁阻式步进电动机等，也可用电励磁的同步伺服电动机。无论是异步电动机，还是同步电动机，经过矢量变换、磁链定向和电流闭环控制均可等效为电流控制的直流电动机。9.2.2交流伺服系统控制对象的数学模型异步电动机按转子磁链定向的数学模型为9.

7、2.2交流伺服系统控制对象的数学模型采用电流闭环控制后，对象的数学模型为9.2.2交流伺服系统控制对象的数学模型CT为包含磁链作用在内的转矩系数，电流转矩分量相当于直流电动机的电枢电流，电流闭环控制的交流伺服电动机结构图与直流电动机相仿。对于同步伺服电动机也可得到相同结论，不重复论述。9.2.2交流伺服系统控制对象的数学模型采用电流闭环控制后，交流伺服系统与直流伺服系统具有相同的控制对象数学模型。称作在电流闭环控制下交、直流伺服系统控制对象的统一模型。用相同的方法设计交流或直流伺服系统。9.3伺服系统的设计伺服系统的结构因系统的具体要求而异，对于闭环伺

8、服控制系统，常用串联校正或并联校正方式进行动态性能的调整。9.3伺服系统的设计校正装置串联配置