伺服系统第七章--张蕾.ppt

系统稳定条件 考虑到 h为中频段宽度，则式（7-41）可改写为 （7-42） 多环控制系统 多环控制系统调节器的设计方法也是从内环到外环，逐个设计各环的调节器。逐环设计可以使每个控制环都是稳定的，从而保证了整个控制系统的稳定性。 当电流环和转速环内的对象参数变化或受到扰动时，电流反馈和转速反馈能够起到及时的抑制作用，使之对位置环的工作影响很小。同时，每个环节都有自己的控制对象，分工明确，易于调整。 多环控制系统 但这样逐环设计的多环控制系统也有明显的不足，即对最外环控制作用的响应不会很快，因为，转矩的调节需经过三个调节器。 7.4.4复合控制的伺服系统 无论是多环还是单环伺服系统，都是通过位置调节器APR来实现反馈控制的。这时，给定信号的变化要经过APR才能起作用，在设计APR时，为了保证整个系统的稳定性，不可能过分照顾快速跟随作用。如果要进一步加强跟随性能，可以从给定信号直接引出开环的前馈控制，和闭环的反馈控制一起，构成复合控制系统。 复合控制的伺服系统 反馈控制器 控制对象的传递函数 前馈补偿器的传递函数 图7-20 复合控制位置伺服系统的结构原理图 前馈补偿器 利用结构图变换可以求出复合控制伺服系统的闭环传递函数 （7-43） 前馈补偿器的传递函数选为 （7-44） 给定输入的“完全不变性” 得到 （7-45） 这就是说，理想的复合控制随动系统的输出量能够完全复现给定输入量，其稳态和动态的给定误差都为零。这叫做，系统对给定输入实现了“完全不变性”，式（7-44）就是对给定输入完全不变的条件。 前馈补偿器的传递函数 实际上，要准确实现完全不变性是很困难的。在一般情况下，位置伺服系统控制对象 前馈补偿器的传递函数应为 实现完全不变性的困难 由此可知，要实现完全不变性，需要引入输入信号的各阶导数作为前馈控制信号。实际上，理想的高阶微分很难实现，即使实现了，也会同时引入高频干扰信号，破坏系统的工作，不得不再加上滤波环节。因此，只能近似地实现完全不变性，即使如此，对提高系统的跟随精度和快速性总是有好处的。 * * * * * 系统开环传递函数 若 ， 可分解为 ，用系统的开环零点消去惯性时间常数最大的开环极点，以加快系统的响应过程。 假定 ，用系统的开环零点 消去开环极点 。 伺服系统的闭环传递函数 简化后系统的开环传递函数 （7-16） （7-17） 伺服系统的闭环传递函数 系统稳定性分析 由闭环传递函数的特征方程式 （7-18） 用Routh稳定判据，可求得 系统稳定，系统开环传递函数伯德图见图7-10。 单位置环控制直流伺服系统开环传递函数伯德图 图7-10 单位置环控制直流伺服系统开环传递函数伯德图 系统开环传递函数 若 ，可用系统的开环零点 消去驱动装置的滞后时间 系统开环传递函数 （7-18） 伺服系统的闭环传递函数 （7-19） 系统稳定性分析 由闭环传递函数的特征方程式 （7-21） 用Routh稳定判据，可求得 系统稳定。 7.4.2双环伺服系统 电流闭环控制具有抑制起、制动电流，加速电流的响应过程。对于交流伺服电机，电流闭环还具有改造对象，实现励磁分量和转矩分量的解耦，得到等效的直流电机模型。因此，可以在电流闭环控制的基础上，直接设计位置调节器，构成位置伺服系统。 双环伺服系统 图7-11 双环位置伺服系统 电流闭环控制对象的传递函数 忽略负载转矩，图7-6带有电流闭环控制对象的传递函数为 （7-22） 由于控制对象在前向通道上有2个积分环节，故该系统能精确跟随速度输入信号。为了消除负载扰动引起的静差，APR选用PI调节器。 双环位置伺服系统结构图 图7-12 双环位置伺服系统结构图 系统的闭环传递函数 系统的开环传递函数为 （7-23） 系统的闭环传递函数为 （7-24） 系统的稳定性 系统的特征方程式 （7-25） 由Routh稳定判据可知，系统不稳定。 伺服系统的开环传递函数 若将APR改用PID调节器，其传递函数为 伺服系统的开环传递函数为 （7-26） 闭环传递函数 闭环传递函数为 （7-27） 特征方程式 （7-28） 系统的稳定性 由Routh稳定判据求得系统稳定的条件， （7-29） 为简化系统设计，不妨设 则系统稳定的条件 （7-30） 双环控制伺服系统开环传递函数伯德图 图7-13 采用PID控制的双环控制伺服系统开环传递函数伯德图 系统性能分析 双环控制伺服系统开环传递函数伯德图，低频段 ，系统