位置随动系统

1、1.位置随动系统的应用2.位置随动系统的主要组成部件及其工作原理；3.位置随动系统的分类；4.位置随动系统与调速系统的比较；5.自整角机位置随动系统。 位置随动系统就是实现执行机构对位置指令（给定量）的准确跟踪，被控制量（输出量）一般是负截的空间位移，当给定量随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随并复现给定量。 位置随机系统中的位置指令（给定量）和被控制量一样也是位移（或代表位移的电量），当然可以是角位移，也可以是直线位移，所以位置随动系统必定是一个位置反馈控制系统。例如1:轧钢机压下装置的控制，在轧制钢材的过程中，必须使上下两根轧辊之间的距离能按工艺要求进行自动调整；例如2:数控机床的加

2、工轨迹控制和仿形机床的跟踪控制；例如3:轮船上的自动操舵装置能使位于船体尾部的舵叶的偏转角模仿复制位于驾驶室的操舵手轮偏转角，以便按照航行要求来操纵船舶的航向；例如4:火炮群跟踪雷达天线或电子望远镜以瞄准目标的控制。位置随动系统的基本组成，其原理图如图2-1所示。这是一个电位器式位置随动系统，用来实现雷达天线的跟踪控制。这个系统由以下几个部分组成：图2-1 电位器式位置随动系统原理图图2-1 电位器式位置随动系统原理图(1) 位置检测器位置检测器 由电位器由电位器RP1和和RP2组组成，其中成，其中RP1转轴与手轮相连。转轴与手轮相连。 由电位器RP1和RP2组成位置（角度）检测器，其中电位器

3、RP1的转轴与手轮相连，作为转角给定，电位器RP2的转轴通过机械机构与负载部件相连接，作为转角反馈，两个电位器均由同一个直流电源供电，这样可将位置直接转换成电量输出。图2-1 电位器式位置随动系统原理图（2）电压比较放大器）电压比较放大器 输出信号输出信号为下一级控制信号。为下一级控制信号。 由放大器由放大器1A、2A组成，其中放大器组成，其中放大器1A仅起仅起倒相作用倒相作用，2A则起则起电压比较电压比较和和放大作用放大作用，其输出信号作为下一级功率放大器的，其输出信号作为下一级功率放大器的控制控制信号信号，并具备鉴别电压极性（正反相位）的，并具备鉴别电压极性（正反相位）的能力。能力。 图2

4、-1 电位器式位置随动系统原理图3) 可逆功率放大器可逆功率放大器 输出驱输出驱动电动机的电压。动电动机的电压。 为了推动随动系统的执行电动机，只有电压放大是不够的，还必须有功率放大，功率放大由晶闸管或大功率晶体管组成整流电路，由它输出一个足以驱动电动机SM的电压。 图2-1 电位器式位置随动系统原理图(4)执行机构执行机构 永磁式直流伺服电动机永磁式直流伺服电动机SM作为带动负载运动的执行机构。作为带动负载运动的执行机构。(5)减速器减速器 一般情况下负载的转速一般情况下负载的转速时很低的，在点击和负载之间需要时很低的，在点击和负载之间需要设置减速器。设置减速器。永磁式直流伺服电动机SM作为

5、带动负载运动的执行机构，这个系统中的雷达天线即为负载，电动机到负载之间还得通过减速器来匹配。 *mm0*mm*m0m*mmmm*0*m*mm图2-2典型的模拟式位置随动系统原理图*mm001. 0图2-3 数字式相位控制随动系统原理图鉴相器的主要功能是进行给定相位鉴相器的主要功能是进行给定相位 和和反馈相位反馈相位 的比较，将它们的偏差量的比较，将它们的偏差量 转变成模拟量电压，此模拟量电压的转变成模拟量电压，此模拟量电压的极性应能反映相位差的极性。鉴相器的输出经极性应能反映相位差的极性。鉴相器的输出经变换处理后作为速度控制器的给定经过功率放变换处理后作为速度控制器的给定经过功率放大，控制电机

6、和机床工作台向消除偏差的方向大，控制电机和机床工作台向消除偏差的方向移动，因而使移动，因而使 不断地跟踪不断地跟踪 ，也就可以使工，也就可以使工作台精确地按指令要求运动。作台精确地按指令要求运动。*图2-4 数字式脉冲位置随动系统原理图0*DDDD图图2-5 数字式编码控制随动系统原理图数字式编码控制随动系统原理图 位置随动系统与调速系统的区别在于信号的检测。 位置随动系统要控制的量一般是直线位移或角位移, 组成位置环时必须通过检测装置将它们转换成一定形式的电量，这就需要位移检测装置。 位置随动系统中常用的位移检测装置有自整角机、旋转变压器、感应同步器、光电编码盘等。5.2.1 自整角机（BS

7、) 由合成磁动势在接收机铁心中产生合成磁通2，然后在接收机转子绕组中感应出电压ubs, 这个电压在时间上领先磁通2 90，于是 12sin(90 )cos()bsbsmUUt具有两种结构形式： 用来测角位移-圆形感应同步器； 测直线位移-直线式感应同步器。0sin 2/sinBISfum UXxTt直线式感应同步器的结构直线式感应同步器的结构A A B B Z Z、 、 、ZBA、ZBA、ZBA、A共模干扰：一般指在两根信号线上产生的幅度相等，相位相同的噪声。差模干扰：则是幅度相等，相位相反的的噪声。 光电编码器可直接将角位移信号转换成数字信号，它是一种直接编码装置。 在二进制码盘中，码道从外

8、到里按二进制刻制，外层为最低位，里层为最高依，上图a所示，轴位置与数码的对照表见表5.2.1。 二进制码在转动时，可能出现两位以上的数字同时改变，导致“粗大误差”的产生。例如，当数码由0111(即十进制7)变到1000(即十进制8)时，内于光电管排列不齐或特性不一致，有可能产生高位偏移，本来是1000的数，读成了0000，误差达到8，这就是“粗大误差： 为了克服这一缺点，可改用双排光电管组成双读出端，对进位和不进位的情况实行“选读”。这样虽可消除“粗大误差”，但结构和电路却要复杂得多。 为了从根本上消除“粗大误差”，可用循环码码盘，又称格雷码盘。其特点是在相邻的两个码道之间只有一个码发生变化，

9、因而当读数改变时，只可能有一个光电管处于交界上，如图所示。 循环码码盘循环码码盘u 磁尺磁尺 磁尺位置检测装置是由磁性标尺、磁头和检测电路组成。 利用录磁的原理将一定周期变化的方波、正弦波或脉冲电信号，用录磁磁头记录在磁性标尺的磁膜上，作为测量的基准。检测时，用拾磁磁头将磁性标尺上的磁信号转换成电信号，经过检测电路处理后，用以计量磁头相对磁尺之间的位移量。特点：对使用环境的条件要求较低，对周围磁场的抗干扰能力较强，在油污、粉尘较多的地方使用有较好的稳定性。 磁尺工作原理图 磁性标尺是在非导磁材料如铜、不锈钢、玻璃或其他合金材料的基体上，用涂敷、化学沉积或电镀的一层1020um的导磁材料（Ni-

10、Co或Fe-Co合金），在它的表面上录制相等节距周期变化的磁信号。磁信号的节距一般为0.05、0.1、0.2、1mm。为了防止磁头对磁性膜的磨损，通常在磁性膜上涂一层厚12mm的耐磨塑料保护层。磁头是进行磁电转换的变换器，它把反映空间位置的磁信号输送到检测电路中去。 普通录音机上的磁头输出电压幅值与磁通变化率成比例，属于速度响应型磁头。根据数控机床的要求，为了在低速运动和静止时也能进行位置检测，必须采用磁通响应型磁头。磁尺测量装置的组成和工作原理磁尺测量装置的组成和工作原理位置随动系统的主要特征如下：1. 位置随动系统的主要功能是使输出位移快速而准确 地复现给定位移；2. 必须有具备一定精度的

11、位置传感器，能准确地给出反映位移误差的电信号；3. 电压和功率放大器以及拖动系统都必须是可逆的；4. 控制系统应能满足稳态精度和动态快速响应的要求。u 随动系统和调速系统一样都是反馈控制系统，通过对系统的输出量和给定量进行比较，组成闭环控制。 u 调速系统的给定量是恒值，受外界扰动时，希望输出量能够稳定，系统的抗扰性能很重要。u 位置随动系统中的位置指令是经常变化的，是一个随机变量，要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性、准确性是位置随动系统的主要特证（系统的跟随性能）是主要指标。 总起来看，稳态精度和动态稳定性是两种系统都必须具备的，但在动态性能中，调速系统多强调抗扰性，而位置随动系统则更强调快速跟随性能。 图图2-6