现代伺服系统设计01.

信号引起的输出 G1G 2E (s) E ( s) G1 噪声引起的输出 G 2 N (s) N ( s)
增大信噪比的途径:增加G1，或增加E(s)/N(s)
闭环时，
G1G2R R 信噪比= 1+G1G2H G1 G2N N 1+G1G2H
在某些情况下，闭环提供了改善信噪比的可能性 当G1增大到G’1 时，调整R到R’,使开环、闭环输出C(s)相等 C(s)│N=O = G’1G2 R’/(1+ G’1G2H)=G1G2R C(s)│R=O = G2 N/(1+ G’1G2H) 希望它小 信噪比 = C(s)│N=O/ C(s)│R=O = G1(1+ G’1G2H)R/N 增加了(1+ G’1G2H)项，使提高信噪比有了可能。
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2、反馈对稳定性的影响
当1+G(jω)H(jω)=0或特征根分布在右半平面时， Φ （ jω）→∞，系统不稳定。 通过控制，可使不稳定系统达到稳定，选择F(s)
(s)
G( s ) 1G ( s ) H ( s )G ( s ) F ( s )
例：倒立摆系统
已知：杆的质量为m，车的质量为M，车为一个自由度，左右运动；
杆有两个自由度，左右运动，绕铰链转动。f为垂向力，F为水平力。
f m y

L A F
u
M
0 mg
B
杆旋转运动： 杆垂直直线运动： 杆水平直线运动： 车水平直线运动：
d 2 I ( f mg ) L sin FL cos dt 2
m
d 2 ( L cos ) m mg f dt 2 d 2 (Y L sin ) d 2Y m uF dt 2
第一章 绪 论
1、特点与回顾 2、伺服控制技术的发展 3、伺服系统的组成 4、伺服系统技术指标 5、伺服系统设计内容与步骤

1、特点与回顾
a 综合性、专业性，知识面宽，内容多而杂 b 注重实践 c 和自控原理的比较 d 什么是伺服系统（Servo System） e 控制系统形式
f 反馈的特点与作用 g 两类基本反馈控制系统的比较
伺服控制系统（随动系统） —— 调节控制系统
跟踪输入变化，克服负载与噪声干扰——使对象保持某一状态 两类系统共同点：一般都是反馈控制系统 两类系统不同点：四个方面 1、输入信号 时变、跟踪 、未知、复杂 —— 常值阶跃、已知、简单 2、误差特点 跟踪误差来源于输入信号的随机变化 —— 广义干扰引起 3、过渡过程质量、精度 过渡过程质量高、精度、快速性好——精度高，过程一般 4、负载特点 负载惯性与摩擦——广义干扰 你中有我，我中有你

a 综合性、专业性，知识面宽，内容多而杂
数学、电子技术、电机学、机械基础、控制理论、力学、计 算机、液压与气动都要涉及 具有穿线的作用

b 注重实践
控制系统设计、实现、调试、试验

c 和自控原理的比较

d 什么是伺服系统（Servo System）
随动系统 — 调节系统 是控制系统中的一类系统 它用来控制被控对象的转角或位移，使其自动、连续、 精确地复现输入指令的变化。（一般具有负反馈闭环） 例：雷达系统、机器人机械臂、猎雷声纳平台
5、反馈对系统带宽、阻抗、过渡过程及频率特性都 有影响

g 两类基本反馈控制系统的比较
控制系统种类很多，分法也各不相同。 按控制形式分： 定常控制系统 —— 时变控制系统 线性控制系统 —— 非线性控制系统 连续控制系统 —— 离散控制系统 模拟控制系统 —— 数字控制系统 按控制目标分： 伺服控制系统（随动系统） —— 调节控制系统
作用：（增益、稳定、灵敏度、抗干扰）
(s)
C(s) R( s )

G( s ) 1G( s ) H ( s )
1、反馈对增益的影响
(s)
C(s) R( s )

G( s ) 1G ( s ) H ( s )
H(s)=0时，即为开环，增益为G(s) G( s) H(s)≠0时，即为闭环，增益为 1G ( s ) H ( s ) │1+G(jω)H(jω)│>1时，增益减小 │1+G(jω)H(jω)│<1时，增益增大 G(jω)H(jω)在不同频段都可能出现上面的情况
A的特征根del(sI-A)=0，有正根，系统不稳定 可通过配置系统极点，使系统稳定。
3、反馈对系统参数灵敏度的影响
工作中，控制系统的元件总是随时间环境变化 的。希望这种变化越小越好。 灵敏度的定义：G(s)参数可变，Φ (s)对G(s)的 变化的灵敏度为
/ ( s) G( s) 1 S G / G( s) G ( s) 1 G( s) H ( s)
G
S 可以用增大G(s) H(s)的办法，使 G 任意小。
开环时，使按1：1相应G(s)的变化的。
4、反馈对外部噪声或扰动的影响
它的作用可以削弱外部噪声或扰动N(s)的影响
H=0时，也即开环时，有E(s)=R(s)，则 C(s)=G1G2R(s)+G2N(s)= G1G2E(s)+G2N(s) 定义：输出信噪比

e 控制系统形式
控制器 被控 对象
开环和闭环
控制器 放大 被控 对象
例：舵机控制系统
θr 主指令信号；θy 舵角信号 e =θr -θy 偏差信号 e = 0 时，达到一致。 舵角连续跟踪θr 必须自动克服水流的干扰。
θy 控制器 放大 电动机 齿轮
θr 舵轮
指令
θy

f 反馈的特点与作用
特点： 1、连续的检测偏差量； 2、回路增益可以较高，使误差很小， 输出接近希望值； 3、对环境有适应性，抗干扰性强； 4、闭环系统复杂，成本高。
dt 2
F
当车静止时，u = 0，系统处于不稳定平衡； 加入控制力u后，取 很小角运动，有
sin
设状态变量: 得到状态方程：
0 a 21 0 a41
cos 1 , x3 y, x4 y x1 , x2
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 b 0 x 2 u A Bu 0 1 0 b4