电力拖动自动控制系统第2版教学课件作者李华德12课件幻灯片
100页1、电力拖动伺服系统,第十二章,伺服(随动)系统,内容概要,伺服系统的基本组成及分类; 伺服系统的控制结构及相应的控制系统; 伺服系统的稳态分析; 伺服系统的动态分析和设计。,本章讲述:,2019年6月8日9时37分,所谓伺服系统(Servo-System),广义上是指用来控制被控对象的某种状态或某个过程,使其输出量能自动地、连续地、精确地复现或跟踪输入量的变化规律。,12.1伺服系统的基本组成及分类,2019年6月8日9时37分,从狭义上而言,对于被控制量(输出量)是负载机械空间位置的线位移或角位移,当位置给定量(输入量)做任意变化时,使其被控制量(输出量)快速、准确地复现给定量的变化,通常把这类伺服系统称作位置控制系统。,2019年6月8日9时37分,12.1.1伺服系统的基本组成 图12-1所示的伺服系统由传动机构和工作机械、伺服电动机、伺服驱动器、控制器和传感器等5大部分组成。本节对伺服电动机、伺服驱动器和伺服控制器作简要的介绍。,2019年6月8日9时37分,图12-1 位置伺服系统,2019年6月8日9时37分,1.伺服电动机与伺服驱动器 伺服电动机是伺服系统的执行机构,在小功
2、率伺服系统中多用永磁式伺服电动机如直流伺服电动机、直流无刷伺服电动机、永磁式交流伺服电动机。在大功率或较大功率情况下也可采用电励磁的直流或交流伺服电动机。,2019年6月8日9时37分,从电动机结构和数学模型来看,伺服电动机与调速电动机没有本质区别,一般来说,伺服电动机的转动惯量小于调速电动机,低速和零速带载性能优于调速电动机。,2019年6月8日9时37分,伺服驱动器主要起功率放大的作用,根据不同的伺服电动机,输出合适的电压或频率(对于交流伺服电动机),控制伺服电动机的转矩和转速,满足伺服系统的要求。由于伺服电动机需要四象限运行,故伺服驱动器必须是可逆的。,2019年6月8日9时37分,2.伺服系统的伺服控制器 伺服控制器是伺服系统的核心部件,由它实现伺服系统的控制规律,控制器应根据偏差信号,经过必要的控制算法,产生驱动器的控制信号。,2019年6月8日9时37分,12.1.2伺服系统的分类 分类方法: 按执行元件的物理性质不同来分类 按执行元件的物理性质不同可分为:电气-液压伺服系统;电气-气动伺服系统等。,2019年6月8日9时37分,2. 按控制方式来分类 第一种是按误差控制的
3、系统,如图12-2a所示。 第二种是按误差和扰动复合控制的系统,如图12-2b所示。,2019年6月8日9时37分,图12-2 伺服系统的基本控制方式 按误差控制的系统 按误差和扰动复合控制的系统,2019年6月8日9时37分,3. 按伺服系统中元件或环节的静特性不同来分类 按伺服系统中元件或环节静特性不同可分为,线性伺服系统和非线性伺服系统,如图12-3所示。,2019年6月8日9时37分,图12-3 线性伺服系统和非线性伺服系统 线性伺服系统 非线性伺服系统,2019年6月8日9时37分,4.按位置反馈信号取出点的不同来分类,(1)半闭环伺服系统,图12-4 半闭环伺服系统,2019年6月8日9时37分,(2)全闭环伺服控制系统,图12-5 全闭环伺服控制系统,2019年6月8日9时37分,5. 按执行元件(伺服电动机)的功率大小来分类 按执行元件的功率大小分为:小功率伺服系统(执行元件输出功率在50W以下);中功率伺服系统(执行元件输出功率在50500W之间);大功率伺服系统(执行元件输出功率在500W以上)。,2019年6月8日9时37分,从伺服系统的基本组成可以看出,伺服系统
4、是一种与调速控制系统有着紧密联系但又有明显不同的系统。 对于调速系统来说,希望有足够的调速范围、稳速精度快且平稳的起动、制动性能。系统的主要控制目标是使转速尽量不受负载变化、电源电压波动及环境温度等干扰因素的影响。,2019年6月8日9时37分,对于伺服系统而言,一般是以足够的控制精度、轨迹跟踪精度和足够快的跟踪速度,以及保持能力(伺服刚度)来作为它的主要控制目标。系统运行时要求能以一定的精度随时跟踪指令的变化,也就是说,伺服系统对跟随性能的要求要比普通的调速控制系统高而且严格很多。,2019年6月8日9时37分,伺服系统有定位控制和跟踪控制两大类,二者对控制精度都有明确的要求。对于定位控制的位置伺服系统,定位精度是评价位置伺服系统控制准确度的性能指标,系统最终定位点与指令目标之间的静止误差叫做定位精度。对于跟踪伺服系统,稳态跟随误差定义为:当系统对输入信号的瞬态响应过程结束后,在稳态运行时,伺服系统执行机构实际位置与指令目标之间的误差。,2019年6月8日9时37分,12.2.1 直流伺服系统广义被控对象的动态结构图,12.2伺服系统的控制结构及相应的控制系统,1.直流伺服系统广义被
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