《机电一体化》伺服控制系统概述.pptVIP

伺服控制系统 3.1 概述 3.2 机电一体化系统执行元件的选择与设计 3.3 电力电子变流技术 3.4 PWM型变频电路 思考题 3.1 概述 3.1.1伺服系统的结构组成 机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。图6-1给出了伺服系统组成原理框图。 1.比较环节; 比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。 2.控制器; 控制器通常是计算机或PID控制电路，其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。 3.执行环节; 执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。 4.被控对象;  5.检测环节; 检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。 6.1.2伺服系统的分类 伺服系统的分类方法很多，常见的分类方法有以下三种。 (1)按被控量参数特性分类。 (2)按驱动元件的类型分类。 (3)按控制原理分类。   3.1.3伺服系统的技术要求 1.系统精度 伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程度，以误差的形式表现，可概括为动态误差、稳态误差和静态误差三个方面组成。 2.稳定性 伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后，系统能够恢复到原来稳定状态的能力；或者当给系统一个新的输入指令后，系统达到新的稳定运行状态的能力。 3.响应特性 响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。响应速度与许多因素有关，如计算机的运行速度、运动系统的阻尼和质量等。 4.工作频率 工作频率通常是指系统允许输入信号的频率范围。当工作频率信号输入时，系统能够按技术要求正常工作；而其它频率信号输入时，系统不能正常工作。 3.2 执行元件 3.2.1执行元件的分类及其特点 执行元件是能量变换元件，其目的是控制机械执行机构运动。机电一体化伺服系统要求执行元件具有转动惯量小，输出动力大，便于控制，可靠性高和安装维护简便等特点。根据使用能量的不同，可以将执行元件分为电磁式、液压式和气压式等几种类型，如图所示。 执行元件处于机电一体化系统的机械运行机构与微电子控制装置的联接部位的能量转换元件,能在微电子装置的控制下,将输入的各种形式的能量转换成为机械能。 如：电动机、电磁铁、继电器、液动机、气缸、内燃机等 (1)电磁式执行元件能将电能转化成电磁力，并用电磁力驱动执行机构运动，如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电机等。 (2)液压式执行元件先将电能变化成液体压力，并用电磁阀控制压力油的流向，从而使液压执行元件驱动执行机构运动。 (3)气压式执行元件与液压式执行元件的原理相同，只是介质由液体改为气体。 3.2.2机电一体化系统对执行元件的要求 惯量小、动力大 表征惯量的指标是m和J。P=ωT, ε=T/J,T=Jε 表征动力大小的指标是比功率=Pε/ω=ωTT/J(1/ω)=T2/J 2.体积小、重量轻 功率密度=P/G，比功率密度=（T2/J）/G 3.便于维修、安装 4.宜于微机控制 电气式较宜于微机控制。 3.3.1机电一体化系统对控制用电动机的基本要求 性能密度大，即功率密度和比功率密度大。 快速性能好，即加速转矩大，频响特性好 位置控制精度高、调速范围宽，低速运行平稳无爬行现象、分辨力高、振动噪声小； 适应起、停频繁的工作要求； 可靠性高、寿命长。 6.2.3步进电动机 1.步进电动机的结构与工作原理 步进电动机又称为脉冲电动机,它是将电脉冲信号转换成机械位移的执行元件,其输入一个电脉冲就转动一步(步距角)。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比,并在时间上与输入脉冲同步,只要控制输入脉冲的数量频率以及电动机绕组的通电顺序，电动机即可获得所需要的转角、转速及转向，易于实现微机控制。 步进电动机绕组每次通断电使转子转过的角度称之为步距角。步进电动机的步距角越小，意味着它所能达到的位置精度越高。 上述分析中的步进电动机步距角为30°。对于一个真实的步进电动机，为了减少每通电一次的转角，在转子和定子上开有很多定分的小齿。