机电一体化设计基础 教学课件 作者 郑堤 唐可洪 主编 第五章 伺服系统设计.pptVIP

如取位置传感器的比例系数Kp＝1 1.二阶系统分析 3．三阶系统分析 比例、积分环节的对数幅频及相频特性表达式为: 振荡环节的对数幅频及相频特性表达式为： (四)系统精度分析 系统在稳定状态下，其输出位移与输入指令信号之间的稳态误差δ为： 式中： δ1—与系统的构成环节及输入信号形式有关的误差，称为跟踪误差； δ2—由负载扰动所引起的稳态误差。 1．跟踪误差 位置伺服系统属于I型系统。 系统在跟踪阶跃输入时的跟踪误差δ1＝0mm； 在跟踪等速斜坡输入时，其跟踪误差为 式中： v—输入的速度指令(mm／s)； K—系统的开环增益(s-1)。 2．负载扰动所引起的误差 对于I型系统，由负载扰动所引起的稳态误差δ2(mm)可用下式计算 式中： K3 －机械系统的转换系数(mm／rad)， K3＝p／(2πi) ； Tl －折算到电动机轴上的干扰转矩(N·m)； KR－系统伺服刚度或称力增益(N·m／rad)，它定义为干扰转矩T1与由Tl引起的电动机输出角位移的误差之比。 Kd是伺服电动机的内阻尼系数，可直接由电动机样本查得。 三、系统参数设计 (一)系统开环增益K 通常情况下，K值在8～50s-1范围内选取，具体取值大小还应根据系统控制方式、执行元件类型、工作台质量及导轨阻尼特性等来确定。对于点位直线控制的数控机床伺服进给系统，K值常取为8—15s-1，对于连续控制的数控机床伺服进给系统，K值常取为25s-1左右。 在闭环位置伺服系统中，通常都采用速度负反馈回路，系统的开环增益为： 在无速度反馈信号时，系统的开环增益为： 低增益伺服系统在运动时开环增益比较低，但在静止状态时，由于速度负反馈回路不起作用，因而相当于具有较高的开环增益。所以，低增益伺服系统并不影响其启动时的快速响应性和制动时的定位精度。 采用计算机控制的伺服系统还常通过变开环增益的方法来改善系统性能。 在系统响应的开始阶段，采用较高的开环增益，使系统响应加快，曲线上升变陡；在系统响应接近稳态值时，减小开环增益，使系统平稳、无超调、而且快速地趋近于稳态值。 (二)系统阻尼比ξ 对于二阶系统，当系统允许的最大超调量Mp＝(25~1.5)％时， ξ可在0.4~0.8范围内选取。 影响系统阻尼比ξ的主要因素是导轨阻尼比。 对滚动导轨预加载荷，加设阻尼器等，或通过降低系统开环增益及采用速度负反馈回路的方法来增加阻尼比。 增加系统阻尼比措施： (三)系统固有频率ωn 提高固有频率有利于改善系统稳定性和快速响应性，减小各种因素引起的误差，提高抗干扰能力，但固有频率的提高往往受系统结构、成本等条件限制。一般情况下，主要按系统稳定性要求来确定各环节的固有频率。 对于三阶系统，为保证其稳定性 若要保证系统具有大于10dB的幅值稳定裕度，则要求 一般情况下，伺服系统中各环节的固有频率都应满足如下要求：