运动控制系统模型课件

1、第6章控制系统模型、机电一体化系统设计、6.3运动控制系统模型、拉普拉斯变换、拉普拉斯算子、性能测量、命令响应、调整时间通过从步进前沿到反馈为命令值的5%(有时为2%)的时间来测量。带宽是指增益降至-3dB或原始增益的70%的频率。调整时间和带宽之间的关系：增益用于测量输入和输出幅度之间的差异；相位描述输入和输出之间的时间偏移。过冲表示响应峰值与指令信号变化量的比值，可接受范围为0% 30%。凸峰描述的是系统增益在开始减小之前先增大的现象，允许范围为0 4db。阶跃响应、频率响应、稳定性、稳定系统、临界稳定系统和不稳定性需要两个条件：符号反转和整个控制回路的总增益为1。稳定裕量PM，相位裕量)

2、:PM由增益交叉频率(增益为0dB)处的相位定义，PM是实际相位与-180之间的差值。增益裕度):GM) :gm被定义为相位交叉频率(该频率下的系统相位为-180)的增加量，以及GM的实际增益与0dB之间的差值。经验表明，增益裕度应为1025dB，相位裕度应为35 o 80o。比例项提供稳定性和高频响应，积分项保证平均误差趋于0；功率转换器模型是低通滤波器，通常是双极低通滤波器；一般来说，被控对象是积分器G/s=G/(j2 f)=-jG/(2 f)，j的增益为1(0dB)，相位为90。由于-j项，G/s的相位总是-90。反馈链路也用作低通滤波器模型，通常使用双极滤波器。PI控制系统，数字控制器

3、延时的影响1。采样保持延迟用于存储数据，速度估计延迟是由位置估计速度、计算延迟引起的，因为执行控制律需要时间，Z域中，Z被定义为延迟运算。在最严格的意义上，S域用于连续系统，Z域用于采样系统。PID控制器、P控制器和比例控制器是最基本的控制器，它们的控制规律简单：控制量偏差，操作简单，易于调试。P控制律的主要缺点是存在稳态误差，在有固定扰动时会形成固定偏差。比例系统闭环波德图(186赫兹带宽，0dB峰值)、比例系统开环波德图(65oPM，12.1分贝通用)、I控制和p控制器的主要缺点是稳态误差，可以通过在控制律中增加积分增益来校正。积分增益提供稳态和低频抗偏差能力。增益越大，稳态偏差电阻越大，

4、但过冲越大。比例积分控制器的闭环波特图(206赫兹带宽，1.3分贝峰值)，比例积分控制器的开环波特图(56oPM，11.7分贝通用)，D控制，D增益借助微分90超前相位提前控制回路的相位。使用D增益通常可以提高系统的响应能力。差分增益的缺点：差分在高频时增益值高，出现明显的高频振荡。差分增益的另一个问题是差分对噪声敏感。局部放电控制器的闭环波特图(353赫兹带宽，0dB峰值)和局部放电控制器的开环波特图(63oPM，8.8分贝通用)。比例增益设定了控制器性能的边界，积分增益改善了低频区域的系统性能，微分增益可以大大改善高频区域的系统性能。PID控制器的闭环波特图(359Hz带宽，1.0dB峰值

5、)，PID控制器的开环波特图(55oPM，8.5dB GM)，PID控制，前馈，前馈是利用相关对象的知识来提高指令信号的响应。在前馈路径中，指令信号在控制律之前被处理，当采用前馈时，指令响应不再依赖于控制回路的带宽。基于对象的前馈波德图表明，前馈增加了系统带宽，滤波器和滤波器被广泛应用于控制系统中以消除噪声、减少混叠和衰减谐振。控制系统中最常见的滤波器是低通滤波器，用于消除来自不同噪声源的噪声：电气互连(干扰)、分辨率低通滤波器的主要缺点是它会给控制系统带来不稳定性，这是通过在增益交叉频率处引起相位滞后而引入的。控制系统中的七个常用滤波器、低通滤波器和低通滤波器可以衰减高于特定频率的所有信号。双极低通滤波器的波德图、陷波滤波器的波德图、单运动轴控制，以及多轴运动中的每个运动轴需要执行许多控制功能。首先，轮廓生成器必须能够生成位置轮廓命令信号的时间序列，即位置命令信号序列和时间之间的关系表示位置轮廓。其次，进行位置闭环控制，通常位置环中的速度环也进行闭环控制。位置/速度回路的输出是扭矩指令信号。此外，必须执行电流闭环控制。功率级为电机提供功率，并反馈电流反馈。单运动轴加速度反馈加速度反馈功能可以通过减缓电机对测量加速