伺服控制系统设计PPT课件
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《伺服系统设计》课件
了解伺服系统在机床 数控加工中的应用， 提高加工精度和效率。
自动化生产线
探索伺服系统在自动 化生产线中的应用， 实现自动化和智能化 生产。
航空航天
了解伺服系统在航空 航天领域的应用，确 保飞行器的安全和稳 定。
机器人控制
掌握伺服系统在机器 人控制中的应用，实 现精确的运动和操作。
总结
• 伺服系统的优点和局限性 • 伺服系统设计中需要注意的问题 • 未来伺服系统的发展《伺服系统设计》PPT课件。在本课程中，我们将深入探讨伺服系统 的原理、结构、参数设定以及应用，帮助您理解其功能和重要性。
课程概述
• 什么是伺服系统？ • 伺服系统的功能和特点 • 伺服系统在工业控制中的重要性
伺服系统原理
• 伺服系统工作原理概述 • 伺服电机的工作原理 • 编码器的作用和原理 • 控制器的作用和原理
掌握确定参数的基本原则和方法，以实现最 佳系统性能。
2 伺服系统参数设定的方法
学习具体的参数设定方法，包括响应时间和 稳定性的平衡。
3 PID控制器参数的选取方法
4 伺服系统参数整定的实例
了解PID控制器参数选取的常用方法和技巧。
通过实例学习如何在实际应用中进行参数整 定。
伺服系统的应用
机床数控加工
伺服系统的结构
伺服系统的结构
了解伺服系统各组成部分的功能和相互关系。
伺服电机和驱动器的选择
如何根据实际需求选择合适的伺服电机和驱动器。
编码器和控制器的选择
选择适合应用的编码器和控制器，确保系统的准 确性和可靠性。
控制器与编码器的接口
了解控制器和编码器之间的连接方式和通信协议。
伺服系统的参数设定
1 伺服系统参数设定的原则
伺服控制系统设计PPT课件
特征方程式未出现s的二次项，由Routh
稳定判据可知，系统不稳定。
.
22
3.3 双闭环伺服系统
将APR改用PID调节器，其传递函数
伺服W A 系P R(统s)的W 开P ID 环(s)传K 递p函(is 数 1 )i(s ds 1 )
W o p ( s ) K p (is 1 i （ ) sd s 1 )s C 2 ( T T / i( s j J 1 ) ) K (s is 3 ( T 1 i（ s ) 1 d ) s 1 )
WAPR(s)WPI(s)Kp(isi s1)
.
18
3.3 双闭环伺服系统
双闭环位置伺服系统结构图
.
19
3.3 双闭环伺服系统
系统的开环传递函数为
W o p(s)K p(iis s 1 )sC 2(T T /i(sj J1 ))K s3 ((T iis s 1 1 ))
系统的开环放大系数
K
复合控制位置伺服系统的结构原理图
.
36
3.5 复合控制的伺服系统
前馈控制器的传递函数选为
G(s) 1 W2 (s)
得到
m (s) 1
* m
(
s
)
.
37
3.5 复合控制的伺服系统
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。 系统对给定输入实现了“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，但同时会引入高频干扰信号，严重 时将破坏系统的稳定性，这时不得不再加上 滤波环节。
如果合理设计则可以综合改善伺服系 统的动态和静态特性。
PID串联校正装置的传递函数为:
WPID(s)Kp(is1)i(sds1)
《闭环伺服系统设计》课件
自动化生产线伺服系统需要具备高精 度、快速响应和同步控制能力，以确 保生产线的稳定运行。
航空航天伺服系统
航空航天伺服系统是用于控制航 空器和航天器运动的关键技术之 一，具有高精度、高可靠性和耐
极端环境的特点。
航空航天伺服系统需要适应高速 、高海拔和强辐射等极端环境， 确保飞行器和航天器的安全和稳
定。
制作过程中应注重工艺控制， 保证电路板的加工精度和可靠 性。
电机驱动电路设计
01
电机驱动电路是伺服系统的动力 来源，其设计直接影响到伺服系 统的性能。
02
电机驱动电路设计应充分考虑电 机的电气特性，如电压、电流、 电阻等，以确保电机正常工作。
设计中应注重控制精度和响应速 度，以满足伺服系统的需求。
系统调试与优化
系统调试步骤
介绍系统调试的基本步骤、调试方法以及在闭 环伺服系统中的应用。
系统优化技巧
阐述系统优化的基本原则、优化方法以及在闭 环伺服系统中的应用。
性能测试与评估
介绍性能测试的方法、评估标准以及在闭环伺服系统中的应用。
2023
PART 05
闭环伺服系统应用案例
REPORTING
数控机床伺服系统
驱动方式
根据电机类型选择合适的驱动电路或驱动器，如H桥、三相逆变器等。
电Hale Waihona Puke 参数根据系统性能指标确定电机的转速、转矩、功率等参数。
电机控制
通过调整输入电压或电流实现对电机的速度和位置控制。
传感器与反馈控制
传感器类型
选择能够准确测量系统状态（如位置 、速度、加速度等）的传感器。
反馈控制
通过传感器反馈的系统状态信息，与 理想状态进行比较，形成误差信号， 用于调整系统输出。
《伺服控制系统》课件
伺服电机
作为伺服系统的驱动器， 根据控制信号，将电能转 化为机械能。
反馈装置
用于测量并反馈输出的位 置、速度和加速度信息。
控制器
接收反馈信息，并根据预 设的控制算法，输出控制 信号，调整伺服电机的运 行状态。
伺服电机的原理
1 电磁感应原理
利用电磁感应现象，将电能转化为机械能。
2 传感器反馈原理
通过传感器测量转子位置，实时反馈给控制器，实现闭环控制。
伺服控制系统在生产线、机器 人等工业自动化领域获得广泛 应用。
CNC加工
伺服控制系统在数控机床等 CNC加工设备中发挥重要作用。
运动控制
伺服控制系统广泛应用于运动 平台、舞台灯光等需要精确运 动控制的领域。
伺服控制系统的优势和劣势
优势
高精度控制、快速响应、稳定性好、适应性强、灵活可靠。
劣势
成本较高、对环境要求高、对参数调整要求高、故障排除较为复杂。
伺服控制系统的性能指标
1 位置误差
伺服控制系统位置控制 的偏差。
2 速度曲线
伺服控制系统输出速度 与时间的关系曲线。
3 加速度响应
伺服控制系统加速度变 化的能力。
3 电子调速原理
通过控制信号调整电机的转速，实现精确的位置和速度控制。
伺服控制系统的分类
位置控制系统
以精确的位置控制为目标， 广泛应用于工业自动化、机 器人等领域。
速度控制系统
以精确的速度控制为目标， 常用于纺织、包装等需要恒 定速度的应用。
力矩控制系统
以精确的力矩控制为目标， 适用于需要精确控制力矩的 应用，如模具加工。伺服控制系统与普通控来自系统的区别1 精度要求
伺服控制系统具有更高 的精度要求，能够实现 更精确的位置、速度和 力矩控制。
第五章 伺服驱动系统PPT课件
控制输入脉冲数量、频率及电动机各相绕组的接通次序，可得 到各种需要的运行特性。 （一） 步进电动机的分类
（二） 步进电动机的工作原理
1. 反应式步进电动机 可变磁阻式/VR步进电动机
（1）反应式步进电动机的结构
（2）反应式步进电动机的工作原理 磁力线具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，从而产生反应力
交流(AC)伺服系统向全数字化方向发展：电流环、 速度环和位置环的 反馈控制全部数字化，全部伺服的控 制模型和动态补偿均由高速微处理器及其软件进行实时处 理；采用前馈与反馈结合的复合控制。
4、按控制对象和使用目的的不同：进给、主轴和辅助伺服系统。
进给伺服系统：用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一 种精密的位置跟踪、定位系统：速度控制和位置控制
e= es + ec =kUmcos(ωt + θ) =kUmcos(ωt + x ·2π/ W)
通过鉴别定尺输出的感应电势的相位，即可测量定尺和滑尺之 间的相对位置。
感应同步器的鉴相方式用在相位比较伺服系统中
2、鉴幅方式 根据定尺感应输出的感应电势的振幅变化来检测 位移量的一种工作方式。
滑尺上的正弦、余弦励磁绕组提供同频率、同相位、幅值不同 的交流电压，即
检测装置的精度指标：系统精度（在一定长度或转角内测量积 累误差的最大值）和系统分辨率（测量元件所能正确检测的最小位 移量）
位置检测装置分类
数字式
增量式
绝对式
回转型 增量式光点脉冲编 绝对式光点脉
码器、圆光栅
冲编码器
直线型 计量光栅、激光干 编码尺、多通道
涉仪
透射光栅
模拟式
增量式
绝对式
旋转变压器、圆形感 多极旋转变压器、三 应同步器、圆形磁尺 速圆形感应同步器
（二） 步进电动机的工作原理
1. 反应式步进电动机 可变磁阻式/VR步进电动机
（1）反应式步进电动机的结构
（2）反应式步进电动机的工作原理 磁力线具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，从而产生反应力
交流(AC)伺服系统向全数字化方向发展：电流环、 速度环和位置环的 反馈控制全部数字化，全部伺服的控 制模型和动态补偿均由高速微处理器及其软件进行实时处 理；采用前馈与反馈结合的复合控制。
4、按控制对象和使用目的的不同：进给、主轴和辅助伺服系统。
进给伺服系统：用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一 种精密的位置跟踪、定位系统：速度控制和位置控制
e= es + ec =kUmcos(ωt + θ) =kUmcos(ωt + x ·2π/ W)
通过鉴别定尺输出的感应电势的相位，即可测量定尺和滑尺之 间的相对位置。
感应同步器的鉴相方式用在相位比较伺服系统中
2、鉴幅方式 根据定尺感应输出的感应电势的振幅变化来检测 位移量的一种工作方式。
滑尺上的正弦、余弦励磁绕组提供同频率、同相位、幅值不同 的交流电压，即
检测装置的精度指标：系统精度（在一定长度或转角内测量积 累误差的最大值）和系统分辨率（测量元件所能正确检测的最小位 移量）
位置检测装置分类
数字式
增量式
绝对式
回转型 增量式光点脉冲编 绝对式光点脉
码器、圆光栅
冲编码器
直线型 计量光栅、激光干 编码尺、多通道
涉仪
透射光栅
模拟式
增量式
绝对式
旋转变压器、圆形感 多极旋转变压器、三 应同步器、圆形磁尺 速圆形感应同步器
伺服电机及其控制原理-PPT
开环伺服控制回路
位置控制 控制器 （ＮＣ装置）
步进 驱动器
步进马达
指令脉冲
脉冲马达
１脉冲 ＝ １步进角
例 步进角 ０.３６°的情况 １脉冲 → ０.３６°的动作
１０００脉冲 → ３６０°（１圈）
开环伺服控制回路
位置控制 控制器 （ＮＣ装置）
步进 驱动器
步进马达
位置 ＝ 脉冲数 速度 ＝ 脉冲频率
42
问题8：伺服电机过热（电机烧毁）。
原因：1、负载惯性（负荷）太大，增大电机和控制器 的容量；2、设备（机械）松动、脱落，重新确认设备 （机械）各部件；3、与驱动器接线错误，确认电机和 控制器名牌，根据说明书检查是否接线错误。4、电机 轴承故障。5、电机故障（接地、缺相等）
43
3.1 伺服控制器概述
伺服驱动器（servo drives） 又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是 用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似 于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统 的一部分，主要应用于高精度的定位系统。
44
伺服控制器的作用
1、按照定位指令装置输出的脉冲串，对工件进行定位控制。 2、伺服电机锁定功能：当偏差计数器的输出为零时，如果有外力
34
需要我们注意的是： 伺服电机实际使用当中，必须了解电
机的型号规格，确认好电机编码器的分 辨率，才能选择合适的伺服控制器。
35
松下伺服电机常见故障分析
问题1：对伺服电机进行机械安装时，应该 注意什么问题？
由于每台伺服电机都带有编码器，它是一个十分容易碎 的精密光学器件，过大的冲击力会使其破坏。因而在安 装的过程中要避免对编码器使用过大的冲击力。
开环伺服系统结构简图
数控装置发出脉冲指令，经过脉冲分配和功 率放大后，驱动步进电机和传动件的累积误 差。因此，开环伺服系统的精度低，一般可 达到0.01mm左右，且速度也有一定的限制。
第2章伺服控制基础知识ppt课件
在伺服系统中测角度〔角位移〕的方法很多，常用的有电位计、差动变 压器、微动同步器、自整角机、旋转变压器等，这里引见部分丈量元件。 ---测小角位移
(一)差动变压器和微同步器
1.差动变压器
励磁
直线位移式
输出
转角式
差动变压器
2.微动同步器
微动同步器由四极定子和两极转子组成。在定子每个极上 绕有两个线圈〔初级在里侧，次级在外侧〕。用各极中的一 个线圈串联成初级激磁回路，各极中的另一线圈那么串联成 次级感应回路。
数字测速方法
在闭环伺服控制系统中，根据脉冲 计数来丈量转速的方法有M法测速﹑T 法测速和M/T法测速三种：
M法测速是指：在规定时间间隔Tg内， 丈量所产生的脉冲数来获得被测速度 值；
T法测速是指：丈量相邻两个脉冲的时 间间隔Ttach来确定被测速度值；
M/T法测速是指：同时丈量检测时间和
二、角度〔角位移〕检测
• 位量检测元件的分类和特点
经常用于数控机床的位置检测元件有旋转变压器、感 应同步器、编码盘、光栅和磁尺等。
分类：
☆ 安装的位置及耦合方式—直接丈量和间接丈量；
☆ 丈量方法
—增量型和绝对型;
☆ 检测信号的类型
—模拟式和数字式；
☆ 运动型式
—回转型和直线型；
☆ 信号转换的原理
—光电效应、光栅效应、电磁感应原理、
信号型的微动同步器实践上是一种高准确度的变磁阻型 旋转变压器。对于一定的励磁电压和频率来说，在一定的转 子转角范围(普通为10度或12度)内，它的输出电压正比于转 子转角。
激磁回路的衔接原那么是：当将等幅交流电压加于其上时，在激磁电流
的某半周期内，各极上的磁通方向如图中箭头所示；次级感应回路的衔接 原那么是：使总的输出电压是Ⅱ 、Ⅲ极和I 、Ⅳ极上感应电压之差。
伺服控制系统
伺服系统的组成
例：仿型铣床随动系统
r(t)为模杆的位移，c(t)是铣刀杆的位移。希望铣刀的运动c(t)完全复现模杆
的运动r(t)。使得加工出来的零件尺寸和模型一样。
e(t) 信 号
放大
功率 放大
R1
R2
E
r(t)
c(t)
减速器
电动机
模型
零件
r(t)
电
位
_计
调 节 器
放 大 器
功率 放大
执行 电机
减 速 器
控制器
被控 对象
控制器
放大
被控 对象
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。
控制器 放大
电动机
θy 齿轮
θr 指 令
θy
舵轮
❖ 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，
n０ 理想空载转速，nR 满载转速
5、负载扰动作用下系统的响应 负载扰动对系统动态过程的影响是调速系统的重要
技术指标之一 衡量抗扰能力一般取大转速降(升)Δnmax与响应时
间tsf来度量
6、元件参数变化的敏感性要求
指控制系统本身各项元件参数的变化所引起的误差。 通 常如不提出要求，则应包含在系统精度和稳定性要求之内
❖ 控制理论快速发展 传递函数、拉普拉斯变换和奈奎斯特稳定理论；根 轨迹；现代控制理论
❖ 计算机、大规模集成电路的发展，各元器件趋于 数字化、集成化，使现代伺服系统朝着高精度、 低噪声的方向发展。
❖ 展望未来，新器件、新理论、新技术必将驱使伺 服系统朝“智能化”方向发展，赋予人工智能特 性的伺服系统以及智能控制器必将获得广泛应用。
伺服控制及其应用ppt课件
LOS系统
系统组成
有效载荷
可见光、红外、激光
框架平台
2框架、4框架、5框架
伺服系统
电机伺服
图像系统
目标识别、目标跟踪
LOS系统
视轴控制目的
视轴稳定
相对于惯性系 隔离运动 抵抗扰动 多框架
视轴跟踪
目标跟踪 捕获与跟踪 火控铰链
LOS系统
视轴控制原理
视轴稳定
速度稳定回路 单位反馈控制 精度40urad
交流电机
异步电机 同步电机 步进电机 无刷电机
特殊电机
直线电机、旋转变压器
系统组成
直流电机
力矩电机
力矩控制 低速平稳 应用－雷达天线
伺服电机
齿轮减速 输出力矩大 应用－舵机
系统组成
PWM电机控制
双极性控制
50％占空比 低速平稳 分辨率低
单极性控制
换向信号 分辨率高
空间矢量PWM
反馈控制
反馈通道
前馈控制
前馈补偿、改善动态性
内模控制
模型抵消、提高鲁棒性
系统组成
控制系统组成
被控对象
执行机构、负载
传感器
反馈信号
控制器
模拟控制器、数字控制器
系统组成
被控对象
电机
电能机械能
电磁阀
液压系统
其他
电磁线圈、加热、压电陶瓷
军工
？
系统组成
电机分类
直流电机
力矩电机－直接驱动 伺服电机－齿轮减速
LOS系统
旋转变压器
极对数
单级、多级
工作原理
V=A*SIN(Wt) 励磁电源：1KHz、28V
角位置解调
滤波法、鉴相法 旋变解调模块
伺服控制系统PPT课件
第6章 伺服控制系统
第6章 伺服控制系统
6.1 概述 6.2 执行元件 6.3 电力电子变流技术 6.4 PWM 思考题
第6章 伺服控制系统
6.1
6.1.1 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。
如 果 把 角 速 度 ω 看 作 是 电 枢 电 压 Ua 的 函 数 ， 即
ω=f(Ua)，则可得到直流伺服电动机的调节特性表达式
Ua
Ce
kTm
(6-9)
式中,k是常数，k
Ra
CeCm
2
。
根据式(6-8)和式(6-9)，给定不同的Ua值和Tm值，可 分别绘出直流伺服电动机的机械特性曲线和调节特性曲线 如图6-5、图6-6所示。
第6章 伺服控制系统
4.
上述对直流伺服电动机特性的分析是在理想条件 下进行的，实际上电动机的驱动电路、电动机内部的 摩擦及负载的变动等因素都对直流伺服电动机的特性 有着不容忽略的影响。
1）驱动电路对机械特性的影响;
直流伺服电动机是由驱动电路供电的，假设驱动
电路的内阻是Ri，加在电枢绕组两端的控制电压是Uc，
第6章 伺服控制系统
3）
由式（6-5）知，在负载转矩TL不变的条件下，直流伺
服电动机角速度与电枢电压成线性关系。但在实际伺服系 统中，经常会遇到负载随转速变动的情况，如粘性摩擦阻 力是随转速增加而增加的，数控机床切削加工过程中的切 削力也是随进给速度变化而变化的。这时由于负载的变动 将导致调节特性的非线性，如图6-9所示。可见，由于负 载变动的影响，当电枢电压Ua增加时，直流伺服电动机角
第6章 伺服控制系统
6.1 概述 6.2 执行元件 6.3 电力电子变流技术 6.4 PWM 思考题
第6章 伺服控制系统
6.1
6.1.1 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。
如 果 把 角 速 度 ω 看 作 是 电 枢 电 压 Ua 的 函 数 ， 即
ω=f(Ua)，则可得到直流伺服电动机的调节特性表达式
Ua
Ce
kTm
(6-9)
式中,k是常数，k
Ra
CeCm
2
。
根据式(6-8)和式(6-9)，给定不同的Ua值和Tm值，可 分别绘出直流伺服电动机的机械特性曲线和调节特性曲线 如图6-5、图6-6所示。
第6章 伺服控制系统
4.
上述对直流伺服电动机特性的分析是在理想条件 下进行的，实际上电动机的驱动电路、电动机内部的 摩擦及负载的变动等因素都对直流伺服电动机的特性 有着不容忽略的影响。
1）驱动电路对机械特性的影响;
直流伺服电动机是由驱动电路供电的，假设驱动
电路的内阻是Ri，加在电枢绕组两端的控制电压是Uc，
第6章 伺服控制系统
3）
由式（6-5）知，在负载转矩TL不变的条件下，直流伺
服电动机角速度与电枢电压成线性关系。但在实际伺服系 统中，经常会遇到负载随转速变动的情况，如粘性摩擦阻 力是随转速增加而增加的，数控机床切削加工过程中的切 削力也是随进给速度变化而变化的。这时由于负载的变动 将导致调节特性的非线性，如图6-9所示。可见，由于负 载变动的影响，当电枢电压Ua增加时，直流伺服电动机角
第五章 伺服驱动系统PPT课件
CP 13 出错报警输出
18，17，15 A，B，C相输出
16 电源
PA0 PA1
8155
PA2 PA5 PA6 PA7
PA3 PA4 TMOUT
+5V YB015
A0
Vcc A
A1
B
E0
C
E1
D
E2
E
R
+
GGNNDD
CP
YB013
A0 Vcc
A1
A
E0
B
E1
C
E2
+
R
-
GND CP
+5V
光电 隔离
41
1
0
2A03H 06H
正
4
1
1
0
2A13H 30H 正
5 1 0 0 2A04H 04H 转 5 1 0 0 2A14H 20H 转
6 1 0 1 2A05H 05H
6 1 0 1 2A15H 28H
2、功率放大器
作用：将环形分配器或I/O口输出的弱电信号放大，给步 进电机每相绕组提供脉冲励磁电流
调速系统：线路简单、效率高、调速范围宽、快速响应好、
抗干扰强；
2）直流PWM调速的基本原理：通过控制电枢电压的占空比，从
而改变其平均电压，完成转速控制。
S
平均电压U d
UmS T
忽略电枢内阻上压降，则电枢回路静态
Um
方程式为：
Ud
E
UmS T
Cen
T
n Um S n S
TCe
7、速度控制单元
分类： 按驱动方式：单压驱动、双压（高低压）驱动 按功率开关元件：功率晶体管驱动、晶闸管驱动 按控制方式：高低压定时控制、恒流斩波控制、脉宽 控制单电压与高低压驱动电路
相关主题
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.
2
3.1 调节器校正及其传递函数
常用的调节器有比例－微分（PD）调 节器、比例－积分（PI）调节器以及比例 －积分－微分（PID）调节器，设计中可 根据实际伺服系统的特征进行选择。
.
3
3.1.1 PD调节器校正
在系统的前向通道上串联PD调节器校 正装置，可以使相位超前，以抵消惯性 环节和积分环节使相位滞后而产生的不 良后果。
Wop(s)s(TssK 1)(T2s1)
.
13
3.2 单闭环位置伺服系统
伺服系统的闭环传递函数
W cl(s)TsT 2s3(Ts K T 2)s2sK
闭环传递函数的特征方程式
T sT 2 s3 (T s T 2 )s2 s K 0
.
14
3.2 单闭环位置伺服系统
用Routh稳定判据，为保证系统稳定，
第3章 伺服系统的设计
伺服系统的结构因系统的具体要求而异， 对于闭环伺服控制系统，常用串联校正或 并联校正方式进行动态性能的调整。
.
1
校正装置串联配置在前向通道的校正方 式称为串联校正，一般把串联校正单元称 作调节器，所以又称为调节器校正。
若校正装置与前向通道并行，则称为并 联校正；信号流向与前向通道相同时，称 作前馈校正；信号流向与前向通道相反时， 则称作反馈校正。
.
7
3.2 单闭环位置伺服系统
单环位置伺服系统 APR—位置调节器 UPE—驱动装置 SM—直流伺服电动机 BQ—位置传感器
.
8
3.2 单闭环位置伺服系统
忽略负载转矩，直流伺服系统控制对象 传递函数为
W obj(s)s(Tss1)K (T sm /(TljsC 2e )Tms1)
机电时间常数 电磁时间常数
WAPR(s)WPI(s)Kp(isi s1)
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18
3.3 双闭环伺服系统
双闭环位置伺服系统结构图
.
19
3.3 双闭环伺服系统
系统的开环传递函数为
W o p(s)K p(iis s 1 )sC 2(T T /i(sj J1 ))K s3 ((T iis s 1 1 ))
系统的开环放大系数
KLeabharlann 须使KTs T2 TsT2
单位置环伺服系统开环传递函数对数幅频特性
.
15
3.3 双闭环伺服系统
在电流闭环控制的基础上，设计位置 调节器，构成位置伺服系统，位置调节 器的输出限幅是电流的最大值。 以直流伺服系统为例，对于交流伺服 系统也适用，只须对伺服电动机和驱动 装置应作相应的改动。
.
16
3.3 双闭环伺服系统
.
23
3.3 双闭环伺服系统
闭环传递函数
W c l(s) T is4 s3 K K (iis d s 2 1 )(K d s ( i1 )d)s K
系统特征方程式
T is 4 s 3 K id s 2 K (i d ) s K 0
.
24
3.3 双闭环伺服系统
由Routh稳定判据求得系统稳定的条件
特征方程式未出现s的二次项，由Routh
稳定判据可知，系统不稳定。
.
22
3.3 双闭环伺服系统
将APR改用PID调节器，其传递函数
伺服W A 系P R(统s)的W 开P ID 环(s)传K 递p函(is 数 1 )i(s ds 1 )
W o p ( s ) K p (is 1 i （ ) sd s 1 )s C 2 ( T T / i( s j J 1 ) ) K (s is 3 ( T 1 i（ s ) 1 d ) s 1 )
PD调节器的传递函数为:
W PD(s)Kp(1ds)
.
4
3.1.2 PI调节器校正
如果系统的稳态性能满足要求，并有 一定的稳定裕量，而稳态误差较大，则 可以用PI调节器进行校正。
PI调节器的传递函数为:
WPI (s) Kp(isis1)
.
5
3.1.3 PID调节器校正
将PD串联校正和PI串联校正联合使用， 构成PID调节器。
Tm
R J CT Ce
Tl
La R
.
9
3.2 单闭环位置伺服系统
驱动器
电机
直流伺服系统控制对象结构图
减速器
采用PD调节器，其传递函数为
W A P R (s) W P D (s) K p (1 d s)
.
10
3.2 单闭环位置伺服系统
伺服系统开环传递函数
W op(s)s(Tss1 K )(T (m T dlss 21 )Tm s1)
K(i
idTi(i d) d)(idTi(i d))1
.
25
3.3 双闭环伺服系统
若APR仍采用PI调节器，可在位置反馈的基 础上，再加上微分负反馈，即转速负反馈。
带有微分负反馈的伺服系统
.
26
3.3 双闭环伺服系统
带有微分负反馈的伺服系统结构图
.
27
3.4 三闭环伺服系统
系统开环放大系数
K
K pKs jC e
.
11
3.2 单闭环位置伺服系统
单位置环控制直流伺服系统结构图
Tm 4Tl
T m T ls 2 T m s 1 (T 1 s 1 )(T 2 s 1 )
T1 T2 Ts
.
12
3.2 单闭环位置伺服系统
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。 系统的开环传递函数
如果合理设计则可以综合改善伺服系 统的动态和静态特性。
PID串联校正装置的传递函数为:
WPID(s)Kp(is1)i(sds1)
.
6
3.2 单闭环位置伺服系统
对于直流伺服电动机可以采用单位置环 控制方式，直接设计位置调节器APR。
为了避免在过渡过程中电流冲击过大， 应采用电流截止反馈保护，或者选择允许 过载倍数比较高的伺服电动机。
双闭环位置伺服系统
APR—位置调节器 ACR—电流调节器 UPE—驱动装置 SM—直流伺服电动机 BQ—位置传感器
.
17
3.3 双闭环伺服系统
忽略负载转矩时，带有电流闭环控制对 象的传递函数为
Wobj
(s)
CT /( jJ) s2(Tis 1)
为了消除负载扰动引起的静差，APR选
用PI调节器，其传递函数
K pCT
jJ i
.
20
3.3 双闭环伺服系统
伺服系统的闭环传递函数为
W cl(s)Tis4K s3( iK s 1 is)K
特征方程式
T is4s3K IsK 0
.
21
3.3 双闭环伺服系统
伺服系统的闭环传递函数为
W cl(s)Tis4K s3( iK s 1 is)K
特征方程式
T is4s3K IsK 0