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文档简介
第8章交流永磁伺服系统的控制形式和控制器
内容提要8.1转矩控制/电流控制、电流控制器8.2速度控制与速度控制器8.3位置控制与位置控制器永磁同步电动机伺服系统的特殊问题1
8.1转矩控制/电流控制、电流控制器电扭矩扳手起重机2
速度控制器的目标是要使伺服电动机所驱动的负载按着所要求的恒值或任何速度变化规律运动。它是在全运动过程中体现的品质要求,一般来说,速度控制通常采用PI型控制器,构成一个速度无误差控制器,不但可使系统稳定,而且能有足够的稳定裕度。
下图为一些常见的速度控制系统。8.2速度控制与速度控制器飞机螺旋桨涵道风扇3
由于电流响应很快,其响应远远大于转子速度响应,因此为了简化速度环的设计,可以把电流闭环视为一个小惯性环节,或当作一个比例因子来看。
通常按伺服系统开环传递函数分母中含有积分环节的个数区分为不同型别的伺服系统。其中,0型系统的稳态精度低,Ⅲ型及以上的系统又很难稳定。为了保证系统的稳定性和较高的稳态精度,根据伺服系统的输入信号,通常可以采用Ⅰ型或Ⅱ型系统。典型Ⅰ型系统的开环传递函数为:
其中,T
为电机转子系统的惯性时间常数;K为系统的开环增益。8.2速度控制与速度控制器4
图8-1典型I型系统的闭环系统结构及其开环对数频率特性a)结构图b)对数频率特性8.2速度控制与速度控制器5
对于典型的Ⅰ型系统的开环传递函数,包含开环增益K和系统时间常数T两个参数。其中,时间常数T在实际系统中视为被控对象和电机本身所固有的,所以K
是唯一待定参数。下面就介绍开环增益K
值与系统主要性能之间的关系。
(1)稳态跟随性能与系统的开环增益的关系 系统稳态跟随性能指标,可用不同输入信号作用下的稳态误差大小来表示。Ⅰ型系统在几种典型输入信号的作用下,产生的稳态误差情况如下表8-1所示。同时可以得出结论:不能将加速度信号输入Ⅰ型伺服系统中。表8-1
I型系统在不同的典型输入信号作用下的稳态误差8.2速度控制与速度控制器6
8.2速度控制与速度控制器7(3)典型Ⅰ型伺服系统抗扰性能指标与参数关系
8.2速度控制与速度控制器8
图8-3a)
典型
I型系统在扰动点作用下的伺服系统结构8.2速度控制与速度控制器9
图8-3b)典型I型系统在一种扰动作用下的等效框图8.2速度控制与速度控制器10
8.2速度控制与速度控制器11
对于Ⅱ型伺服系统,也可以通过分析研究得出相应结论:Ⅰ型和Ⅱ型系统除了稳态误差有区别外,就一般情况来说,在动态性能上,Ⅰ型系统在跟随性能上能做到超调小,跟踪性能好,但抗扰能力差;而Ⅱ型系统的超调量相对较大,而抗扰性能较好。
所以,在选择伺服系统的型别上是很重要的,在选好型别的基础上,再匹配好参数,才能达到最佳的控制效果。8.2速度控制与速度控制器128.3位置控制与位置控制器
位置控制的根本任务是实现执行机构对位置指令全程的精准复现与跟踪。位置控制的主要指标是高度的跟随性。借助于电流内环控制,提供充足的动力,驱动电机以适当的速度,实现位置控制目标。
下图为位置控制系统的示例。RMS1云台部分多轴机械臂138.3位置控制与位置控制器如图8-4为位置控制系统的结构组成。
对于三环控制系统,内环是由电流环和速度环组成的,由于电流环和速度环相对于最外环来说,截止频率远高于外环,在只考虑位置环的输出特性时,可以视两个内环为一个常数,此时简化的位置伺服系统框图如图8-5所示。图8-4位置伺服系统的组成框图图8-5位置伺服系统的简化框图14简化模型为典型的Ⅰ型伺服系统,开环传递函数为:闭环传递函数为:位置输入函数为斜坡型,如图8-6所示。斜坡输入函数Ft的拉氏变换为:图8-6简化系统的开环传递函数为:图8-6斜坡位置函数和阶跃速度8.3位置控制与位置控制器15
8.3位置控制与位置控制器16
8.3位置控制与位置控制器
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