第二十三章 伺服系统稳态设计.ppt

伺服系统稳态设计 概述 伺服系统典型负载分析和计算 伺服系统控制方案选择 伺服电机选择 伺服检测装置的选择 放大装置选择 概 述 伺服系统稳态设计的内容 对控制对象运动与动力学分析、负载分析、执行电动机及传 动装置的确定、测量元件的选择、放大装置的选择与设计计算。 伺服系统稳态设计目的 确定系统的基本不变部分的结构，稳态设计的结果确定了系 统的控制能力。 动态设计计算则是在此基础上使系统达到要求的动态性能。包 括满足动态误差、稳定性及快速性要求。 伺服系统稳态设计特点 稳态设计运用基础知识面更宽，需要有一定的实践经验。 伺服系统典型负载分析和计算 明确了系统技术指标后，研究被控对象的运动学、动力学 特性，根据对象的具体特点和受载情况选择执行元件。 掌握了一般性研究方法后，需对负载作定量分析，根据对 象的实际运动规律来建立负载和干扰模型。 一、系统典型负载分析 随动系统和调速系统一般来说都是由执行电动机(或液 压、气动马达)带动被控对象做机械运动。其控制特性与被 控对象相联系的动力学特性关系极大。 被控对象能否达到预期的运动状况，完全取决于系统的稳 态和动态性能。 系统常见的负载类型有：摩擦负载、惯性负载、阻尼负 载、重力负载、弹性负载以及流体动力负载等，前两项几乎 任一系统均有。 伺服系统控制方案选择 一、控制方案的选择 伺服系统的都是为某一具体的控制对象服务的，因而必须 按照对象的特点和需要，制订方案，以作为依据。 系统控制方案的选择要考虑系统的性能指标要求，元件的 资源和经济性；工作的可靠性和使用寿命；可操作性能和可 维护性能。方案分类 直流、交流、交直流混合和数字控制等方案； 单回路和多回路方案； 线性控制和非线性控制方案； 前馈控制和补偿控制，亦称复合控制等。 连续控制和离散控制混合系统是一个重要技术发展方向。 伺服电机选择 伺服系统的执行元件，可采用电动机、液压泵和液压马达、 气动设备、电磁离合器等。 对执行电机的要求如下： (1)满足负载运动的要求（提供足够的力矩和功率） (2) 正反转，起停，保证系统的快速运动 (3) 调速范围 (4) 功率消耗、尺寸要求 确定电机类型、额定输入输出参数 额定电压UR、额定电流IR、额定功率PR、额定转速nR 控制方式 电机到负载之间传动装置的类型、速比、传动级数和速比分 配，估算传动装置的转动惯量和传动效率。 伺服检测装置的选择 在伺服系统中，测量装置的作用是产生一个与被检测量等效的电信号(如直流电流、直流电压等)，以控制系统工作。 在信号的变化过程中，测量装置会给伺服系统带来误差。测量装置自身的精度或分辩率对整个伺服控制系统精度的关系很大。 对测量装置的主要要求： (1)精度高，不灵敏区小，其误差比整个系统允许误差小得多； (2)被测量与电输出信号之间在给定工作范围内具有线性关系； (3) 要求输出信号中所含干扰成分要小； (4)输出信号应能在所要求的频带内准确地复现被测量，尽量避免储能元件造成的动态滞后； (5)机电测量装置自身的转动惯量要小，摩擦转矩要小； (6)测量装置输出的功率应足够高，以便能够不失真地传递信号和作进一步的信号处理； 放大装置选择 在大中功率系统中，广泛应用了直流发电机、交磁机、磁放大 机、晶闸管放大器、液压放大器等。在中小功率系统中，晶体管 功率放大器得到广泛应用。晶体管功率放大器具有体积小、无噪 声、无惯性、使用方便等特点。 一、基本要求及设计内容 基本要求： 放大装置的功率输出级必须与所选执行电机相匹配 实现对控制信号的功率放大，必须输出足够的功率驱动执行电 机（电压、电流），并满足电机短时过载和超速运行以及突然反 向制动的工况。一般说来，功率放大器的电压输出幅值应能达到 电机额定电压的1.2倍。中小型直流电机，起动电流是额定电流的 2.5～5倍，功率放大器的输出电流是电机额定电流的2.5～5倍。 交流电机，由于其电流过载很小，只需考虑电压有过载能力。  选f=400Hz两相异步电机70sL01，其参数如下: 输出参数：堵转转矩Mbl=1000gcm=0.098Nm 空载转速n0=4800r/min=502.6rad/s 额定输出功率PR=16w9.54w 输入参数：频率f=400Hz、额定控制电压UC=115V