第七讲 伺服系统建模

Ce
KiKw
Ra
Tm
s

Ta Ta s
s
1
Tm=JRa /CeCm——电动机机电时间常数
为使电流环具有快速瞬变性质，令
KiKw Ra 1 KiKw Ra Tm Tm Ta Ta Tas 1
s

Gn

s


Ta
s
Ki Kw
Ki
Ra Kw
Ra
6.2.1 直流电动机伺服控制系统的模型 • 基本模型：直流电动机
La
dIa dt
Ra Ia

Ce m
Va ,Tm
Cm Ia


Tm TL Jm m Bm m

m (s)

Cm Jm s Bm
Ia (s)
TL Jms
Bm
第六讲 伺服系统的设计与仿真
为使电流环达到无稳态误差，选用比例-积分电流调节器
Gi
第六讲 伺服系统的设计与仿真
• 系统的传递函数
在Gi(s)中令i=Ta
Ta=La

Vr
s s

TmTa s 2

KgGn
Gn s Ki Kw s KiKw Ce
/Ra——电动机电气时间常数
1
定义
K0=KgKnKiKw /(nCe)
s
1 Kg ns 1
Vr s
TmTa K0
s3
Ti Ta K0
Tm s 2
ns 1
存在电流环时，反电势的作用可忽略
第6章 伺服系统的设计与仿真
6.2.3 直流位置伺服系统设计及仿真
• 位置随动系统 采用比例-微分 位置控制器
低车速可增加系统阻尼，提高运行可靠性。
第六讲 伺服系统的设计与仿真
• 运动学分析
, V sin V
W
W
VPL V cos cos V
y V cos sin V
——驾驶角
——转弯角 速度
0 tan1 W R const, 0 ,

Me

fm
Mg
nKs
s
B
第六讲 伺服系统的设计与仿真
• 力矩传感器的模型
e

l J0G
M

M

J
0G l

e

K s e
Ks——传感器的扭转刚度
er0 r0 M ,
l J0G
2
Ecd

E0 GF

KRM

KGe , KR

E0r0 GF 2J0G

Ra Ce Tm s

Vr s
1

Kg
Gn

s


Ta
s
Ki Kw
Ki
Ra Kw
Ra

Ra Ce Tm s

第六讲 伺服系统的设计与仿真
• 电流环的作用
选择比例-
积分速度调节器，
以使稳态速度误
差为0
Gn
s

Kn
n s
ns
KcGc

s


K
p

Kd Kp
s
1
相敏放大器描述为
一阶惯性环节
采用比例速度控制
器，并与PWM功放合并
为比例环节Kn
K1 T1s 1
第六讲 伺服系统的设计与仿真
附例I：关节力矩控制系统 • 系统模型
0 ML Ks B s
Jm
d2m dt 2

Bm
dm dt
, KG

E0r0 GF 2l
Ecd——传感器系统输出电压 E0——传感器系统电源电压
——应变片敏感的应变
GF ——应变片粘接在轴上 后的应变系数


1 sin 2
2


dx
dx
第六讲 伺服系统的设计与仿真
• 系统方框图
二阶系统
第六讲 伺服系统的设计与仿真
附例II：自动导引车 • 系统原理
第六讲 伺服系统的设计与仿真
• 驾驶几何关系及驾驶马达
u

C

h


L


2
h2

h
L 2

h2


4CLh L2 h2
2
y W sin asin y a W a
1 Ce
Ua Tms 1
第六讲
伺服系统的设计与仿真
第六讲 伺服系统的设计与仿真
6.1 概述 • 伺服系统的设计要求
动静态指标、结构合理性、伺服驱动元件的类型、传 感器的精度、控制器的类型等。 • 伺服系统的设计任务
驱动元件选型、驱动方案设计、传感器选型、传感检 测方案设计、伺服系统建模、伺服控制器设计等。
第六讲 伺服系统的设计与仿真
VPL V cos cos V cos0
y V cos sin V cos0


V W
sin

V W
sin
0



V W
sin0

cos0


第六讲 伺服系统的设计与仿真
• 系统综合
y Md
天ss线 置 T于ms驱4 动s轮3 正K1前K方2 Ca（e Rsaa2>V02）K1是CKm2系Cea统WC稳eWW定V的s必 K要1K条2件CVe，W2 降
• 电动机驱动惯性—摩擦负载模型 Be=Bm+BL/i2 Je=Jm+JL/i2

m (s)

Cm Jes
Be
Ia (s)
1 i
TL Jes
Be
第六讲 伺服系统的设计与仿真
• 电动机驱动惯性—摩擦—弹性负载模型
第六讲 伺服系统的设计与仿真
6.2.2 直流速度伺服系统设计及仿真 • 直流调速系统