第七章机电一体化系统的机电有机结合 机电一体化系统的设计课件.pptVIP

图2.26 3)工作台进给系统的主谐振频率 对于带非刚性轴的传动系统，上述完整的传递函数必然是高阶的。而在控制系统应用中，往往感兴趣的是机械传动系统的主谐振频率。现就其主谐振频率的求法分析如下： 图2.10 根据式(7.26)，可画出简化系统的框图如图7.11所示。通过系统框图的简化可得系统的传递函数为 图7.11 第三节 机电有机结合之二—— 机电一体化系统的动态设计考虑方法 一.机电伺服系统的动态设计 机电一体化系统的伺服系统的稳态设计只是初步确定了系统的主回路，还很不完善。在稳态设计基础上所建立的系统数学模型一般不能满足系统动态品质的要求，甚至是不稳定的。为此，必须进一步进行系统的动态设计。 系统的动态设计包括：选择系统的控制方式和校正(或补偿)形式，设计校正装置，将其有效地连接到稳态设计阶段所设计的系统中去，使补偿后的系统成为稳定系统，并满足各项动态指标的要求。 伺服系统常用的控制方式为反馈控制方式(即误差控制方式)，也可采用前馈和反馈相结合的复合控制等方式。它们各具特点，需要按被控对象的具体情况和要求，从中选择一种适宜的方式。同样，校正形式也多种多样，设计者需要结合稳态设计所得到系统的组成特点，从中选择一种或几种校正形式，这是进行定量计算分析的前提。具体的定量分析计算方法很多，每种方法都有其自身的优点和不足。而工程上常用对数频率法即借助波德（Bode)图和根轨迹方法进行设计，这些方法作图简便，概念清晰，应用广泛。 对数频率法即波德图法，主要适用于线性定常最小相位位系统。系统以单位反馈构成闭环，若主反馈系统不为l（单位反馈），则需要等效成单位反馈的形式来处理。这是因为该方法主要用系统开环对数幅频特性进行设计，必须将各项设计指标反映到波德图上，并画出一条能满足要求的系统开环对数幅频特性，并与原始系统(稳态设计基础上建立的系统)的开环对数幅频特性相比较，找出所需补偿(或校定)装量的对数幅频特性。然后根据此特性来设计较正(或补偿)装置，将该装置有效地连接到原始系统的电路中去，使校正(或补偿)后的开环对数幅频特性基本上与所希望系统的特性相一致。这就是动态设计的一般考虑方法和步骤。 二.系统的调节方法 在研究机电伺服系统的动态特性时，一般先根据系统组成建立系统的传递函数(即原始系统数学模型)，不易用理论方法求解的可用实验方法建立。进而可以根据系统传递函数分析系统的稳定性、系统的过渡过程品质(响应的快速性和振荡)及系统的稳态精度。 当系统有输入或受到外部干扰时，其输出必将发生变化，由于系统中总是含有一些惯性或蓄能元件，其输出量也不能立即变化到与外部输入或干扰相对应的值，也就是说需要有一个变化过程，这个变化过程即为系统的过渡过程。 当系统在阶跃信号作用下，过渡过程大致有以下三种情况：①系统的输出按指数规律上升，最后平稳地趋于稳态值；②系统的输出发散，即没有稳态值，此时系统是不稳定的；③系统的输出虽然有振荡，但最终能趋于稳态值。 当系统在阶跃信号作用下，过渡过程大致有以下三种情况：①系统的输出按指数规律上升，最后平稳地趋于稳态值；②系统的输出发散，即没有稳态值，此时系统是不稳定的；③系统的输出虽然有振荡，但最终能趋于稳态值。 当系统的过渡过程结束后，其输出值达到与输出相对应的稳定状态，此时系统的输出值与目标值之差被称为稳态误差。具体表征系统动态特性好坏的定量指标就是系统过渡过程的品质指标，在时域内，这种品质指标一般用单位阶跃响应曲线（图7.14)中的参数来表示，即 图7.14 图7.15 图7.16 表7.2 图7.19 局部反馈校正框图 （7.42） 三.机械结构弹性变形对系统的影响 1)结构谐振的影响 传动系统的弹性变形而产生的振动，称为结构谐振(或机械谐振)。 为了使问题简化，在分析系统时，常假定系统中的机械装置为绝对刚体，即无任何结构变形。实际上，机械装置并非刚体，而具有柔性。其物理模型是质量一弹簧系统。例如机床进给系统中，床身、电动机、减速箱、各传动轴都有不同程度的弹性变形，并具有一定的固有谐振频率。但对于一般要求不高且控制系统的频带也比较窄，只要传动系统设计的刚度较大，结构谐振频率通常远大于闭环上限频率，故结构谐振问题并不突出。 随着科学技术的发展，对控制系统的精度和响应快速性要求愈来愈高，这就必须提高控制系统的频带宽度，从而可能导致结构谐振频率逐渐接近控制系统的带宽，甚至可能落到带宽之内，使系统产生自激振荡而无法工作，或使机构损坏。 图7.20 图7.20 图2.23 图2.24 图2.25 第七