伺服系统分析与综合ppt课件.ppt

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1、第5章伺服系统分析与综合2021/7/311TianjinUniversityofTechnology伺服系统是一种闭环跟踪系统，其输入通常为模拟的或数字的电的参考信号，输出是机械位置或机械位移。主要性能要求:输出尽量不失真地复现输入参考指令信号的变化。本章重点1.讨论伺服系统的常用方案、数学模型、性能分析、性能改进措施、数字控制器设计与实现以及闭环系统控制软件。2.讨论机电控制系统中所特有的机械谐振的控制问题。2021/7/312TianjinUniversityofTechnology5．1伺服系统基本方案伺服系统组成1.控制器控制器是按预定的控制规律调节能量的

2、输入，以使系统产生所希望的输出。2.受控对象(亦称为过程)受控对象一般指机器的运动部分，如工业机器人的手臂、自动导引车的驱动轮等。通常，受控对象还包括功率放大器、执行机构、减速器以及内反馈回路等。3.反馈测量装置反馈装置是某种传感器测量单元4.比较器2021/7/313TianjinUniversityofTechnology伺服系统分类在具有减速器的伺服系统中，根据位置反馈传感器安装位置半闭环伺服系统间接测量的系统称为半闭环系统，因为工作台的移动是在闭环控制回路之外。全闭环伺服系统直接测量的系统称为全闭环系统。全闭环系统对输出进行直接控制，可以获得十分良好的控制精

3、度。2021/7/314TianjinUniversityofTechnology伺服系统分类2021/7/315TianjinUniversityofTechnology伺服系统分类根据在系统中传递的信号形式不同，伺服系统可分为以下几类模拟式伺服系统参考脉冲系统采样-数据系统2021/7/316TianjinUniversityofTechnology5．1．1模拟式伺服系统在模拟式伺服系统中，传递的信息形式都是模拟量，即连续时间函数。一个典型的模拟式伺服系统原理方块图见图5-2。伺服电动机、测速机及位置传感器同轴安装，该系统为半闭环系统。2021/7/317Ti

4、anjinUniversityofTechnology模拟式伺服系统的反馈回路整个系统除了图中未表示的电流环以外，图中标注了两个反馈回路：内反馈回路是速度控制环包括速度误差比较器、速度控制放大器、功率放大器、伺服电动机及测速发电机。外反馈回路是位置控制环包括位置误差比较器、位置控制放大器、速度环、速度积分以及位置反馈传感器。2021/7/318TianjinUniversityofTechnology模拟式伺服系统中的位置反馈传感器位置反馈传感器形式：电位计、旋转变压器、自整角机及感应同步器等。一种作为反馈测量传感器的旋转变压器原理电路，如图5-3所示。图中应用了两

5、只旋转变压器，其中，一只称为发送机，另一只称为接收机。二者定子绕组对应连接，发送机转子绕组由交流电压el=E1cosωt激磁，接收机转子绕组输出误差信号e2。2021/7/319TianjinUniversityofTechnology模拟式伺服系统或随动系统的误差分析按照图示连接方式，误差电压比可以表示为（5-1）式中，us和uc分别为发送机定子正弦、余弦绕组的感应电压：（5-2）将式(5-2)代人式(5-1)可得（5-3）式中，K＝K1K2E1为比例常数，因为激磁电压el为恒幅(E1)交流电压。进一步，当(θ1-θ2)为小量时，式(5-3)可以简化为经过交流放大

6、和解调后，得到直流误差电压：式中：θ2——系统的输出角度；θ1——系统的参考输入(发送机的转子转角)。由于输入和输出是同一物理变量——转角，而且，在闭环工作情况下，θ2始终是紧密跟踪θ1运动的，所以，采用这种形式测量装置的位置反馈控制系统亦称为随动系统。2021/7/3110TianjinUniversityofTechnology5．1．2参考脉冲系统参考脉冲系统与模拟式伺服系统不同。它能够直接接收计算机生成的数字脉冲作为参考输入。误差信号不是由两个模拟量求差形成的，而是由参考输入脉冲和反馈信号脉冲之间的频率或相位之差形成的，因此被称为参考脉冲伺服系统。由于参考输

7、入脉冲具有相位-频率调制形式，所以又称为脉冲相位-频率调制系统。下面，分别介绍由光电编码器和旋转变压器作为反馈测量元件的两种类型的参考脉冲系统。2021/7/3111TianjinUniversityofTechnology1．光电编码器反馈系统增量式光电编码器指旋转的码盘给出一系列脉冲，然后根据旋转方向由计数器对这些脉冲进行加减计数，以此来表示转过的角位移量。增量式光电编码器的原理如图5-4所示采用增量式光电编码器作为位置反馈测量元件时，其A，B两路输出信号经过辨向和细分电路，可直接获得计数脉冲反馈信号。2021/7/3112TianjinUniversity