位置控制系统课件

,*,第七章 位置控制系统,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 位置控制系统,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 位置控制系统,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 位置控制系统,*,运动控制系统,新编简明教程,勾厚政 编制,2008年8月初稿,2009年8月修编,2012年重修,宿迁学院 自动化,8/8/2024,1,第七章 位置控制系统,运动控制系统新编简明教程勾厚政 编制8/20/20231,第七章,位置控制系统,8/8/2024,2,第七章 位置控制系统,第七章位置控制系统8/20/20232第七章 位置控制系统,内容提要,概述,位置控制系统的组成,位置控制系统的位置检测元件或检测装置,典型系统采用自整角机的随动系统,随动系统的跟踪性能分析,位置随动系统的动态校正,复合控制的位置随动系统,机床数字控制伺服系统概述,8/8/2024,3,第七章 位置控制系统,内容提要概述8/20/20233第七章 位置控制系统,7.1概述,“具有位置反馈环”的闭环控制系统伺服系统随动系统“运动控制系统”,被控量是运动机械在几何空间的位置的位移,：,直线位移,或,角位移,涵盖：定位控制、“运动”中的跟踪控制、机床刀具切削控制等等,典型输入（给定）信号：阶跃信号、斜坡信号、抛物线信号,给定信号与时间的函数关系：,定值控制：自动调节系统,8/8/2024,4,第七章 位置控制系统,7.1概述 “具有位置反馈环”的闭环控制系统伺服系统随,时间的随机函数随动系统,广义的随动系统被控量可以是任意的某种物理量,时间的已知函数程序控制系统,：,根据程序的载体的不同而又分为：,仿型系统,数控系统,狭义的随动系统的任务是实现：,某乙（以及丙、丁等）对甲的运动进行快速、准确地跟踪控制,；,执行机构快速、准确地执行指令信号所规定的运动,8/8/2024,5,第七章 位置控制系统,时间的随机函数随动系统8/20/20235第七章 位置控,伺服系统的基本要求和特点,对伺服系统的基本要求,稳定性好,精度高,快速响应并无超调,低速大转矩和调速范围宽,8/8/2024,6,第七章 位置控制系统,伺服系统的基本要求和特点对伺服系统的基本要求8/20/202,伺服系统的主要特点,精确的检测装置,有多种,反馈比较原理,与方法,一般需要高性能伺服电动机,宽调速范围的速度调节系统,8/8/2024,7,第七章 位置控制系统,伺服系统的主要特点精确的检测装置8/20/20237第七章,按调节理论分类,开环伺服系统,闭环伺服系统,半闭环伺服系统,8/8/2024,8,第七章 位置控制系统,按调节理论分类开环伺服系统8/20/20238第七章 位置,.2位置控制系统的基本组成：,给定：装置、信号,位移检测装置,（相敏检波器）,串联校正环节,驱动单元：执行机构,减速器 反馈检测元件,对象机械装置,8/8/2024,9,第七章 位置控制系统,.2位置控制系统的基本组成：给定：装置、信号8/20/20,减速器,8/8/2024,10,第七章 位置控制系统,减速器8/20/202310第七章 位置控制系统,位置控制系统的应用情况,仿型机床数控机床,轧钢机械：压下装置、飞剪、。,船舰、火炮、雷达,遥测、遥控,8/8/2024,11,第七章 位置控制系统,位置控制系统的应用情况仿型机床数控机床8/20/20231,实用位置控制系统的分类,按控制方式分类,按误差控制的随动系统,复合控制的随动系统,按其组成元件的物理性质分类,电气随动系统,电气液压随动系统,电气气动随动系统,8/8/2024,12,第七章 位置控制系统,实用位置控制系统的分类按控制方式分类8/20/202312,按信号的特点分类,连续控制随动系统,数字控制随动系统,脉冲相位（锁相）随动系统,按其组成部件的输入输出特性分类,线性系统,非线性系统,8/8/2024,13,第七章 位置控制系统,按信号的特点分类8/20/202313第七章 位置控制系,按照系统运动坐标数分类,按照其工作任务分类,定位工作方式的随动系统：小位移、中位移、大位移随动系统；,随动状态的随动系统,按照系统执行元件的功率分类：,功率驱动器电动、气动、液压传动系统,8/8/2024,14,第七章 位置控制系统,按照系统运动坐标数分类8/20/202314第七章 位置,.3位置控制系统的位置检测元件或检测装置,在伺服系统中测角（位移)的方法很多，,常用的有电位计、,差动变压器、,微同步器、,自整角机、,旋转变压器等，,这里介绍部分测角(位移)元件。,8/8/2024,15,第七章 位置控制系统,.3位置控制系统的位置检测元件或检测装置在伺服系统中测角（,8/8/2024,16,第七章 位置控制系统,8/20/202316第七章 位置控制系统,8/8/2024,17,第七章 位置控制系统,8/20/202317第七章 位置控制系统,8/8/2024,18,第七章 位置控制系统,8/20/202318第七章 位置控制系统,8/8/2024,19,第七章 位置控制系统,8/20/202319第七章 位置控制系统,8/8/2024,20,第七章 位置控制系统,8/20/202320第七章 位置控制系统,8/8/2024,21,第七章 位置控制系统,8/20/202321第七章 位置控制系统,8/8/2024,22,第七章 位置控制系统,8/20/202322第七章 位置控制系统,1.自整角机,力矩式自整角机靠内力“自整步”,控制式自整角机,典型控制式自整角随动系统：,参考相、;协调位置、;失调角,；,u,BS,=U,BSm,sinsin,0,t,相敏检波后,U,BS,=K,BS,K,ph,K,BS,=U,BSm,/2*30,V/=,U,BSm,/,（,2*/6,）,v/rad,30,或者,K,BS,=U,BSm,V/rad=U,BSm,/180/,V/,10,8/8/2024,23,第七章 位置控制系统,1.自整角机力矩式自整角机靠内力“自整步”8/20/2,2.旋转变压器、感应同步器,旋转变压器可以当作,四线控制式自整角机,使用，其精度高一个数量级,旋转变压器的,相位工作状态,：,励磁：,u,s,=U,m,sin,0,t u,c,=U,m,con,0,t,U,BRT,=K,BRT,sin,（,0,t+,）,旋转变压器的,幅值工作状态,励磁：,u,s,=U,m,sin sin,0,t,u,c,=U,m,consin,0,t,u,BRT,=U,BRTm,sin（-）sin,0,t,8/8/2024,24,第七章 位置控制系统,2.旋转变压器、感应同步器 旋转变压器可以当作四线控制,3.光电编码器,绝对编码器,增量式编码器：多种,园盘式,直尺式,8/8/2024,25,第七章 位置控制系统,3.光电编码器绝对编码器8/20/202325第七章 位置,7.4早期典型系统采用自整角机的随动系统,系统的组成,8/8/2024,26,第七章 位置控制系统,7.4早期典型系统采用自整角机的随动系统系统的组成8/,采用自整角机的随动系统,发送机,接收机,相敏,检波器,校正,功率,放大,电动机,减速器,自整角机,8/8/2024,27,第七章 位置控制系统,采用自整角机的随动系统发送机接收机 相敏校正功率电动机减速,系统各部分的工作原理,控制式自整角机：位置信号的发送,控制式自整角机：位置信号的接受,相敏检波整流-滤波器：把调制波位置差的信号检波、滤波、辨向,校正环节：位置调节器,功率放大器：可控调压装置,电动机:驱动装置,减速器：速度、功率转换,8/8/2024,28,第七章 位置控制系统,系统各部分的工作原理 控制式自整角机：位置信号的发送8/2,系统的数学模型,自整角机：,W,BS,（s）=K,BS,=,相敏检波器：,W,ph,（s）=K,ph,/（T,ph,s+1）,功率放大装置：,W,AP,（s）=K,s,/（T,s,s+1）,电动机：,（1/C,e,）/（T,m,T,l,s+T,m,s+1）,减速器,W,g,（s）=K,g,/s；K,g,=6/i,度（）,2,8/8/2024,29,第七章 位置控制系统,系统的数学模型自整角机：WBS（s）=KBS=28/20/,系统的开环传递函数,W,op,（s）=（K,BS,K,ph,K,s,K,g,/C,e,）/s,（T,ph,s+1）（T,s,s+1）（T,m,T,l,ss+T,m,s+1）,8/8/2024,30,第七章 位置控制系统,系统的开环传递函数Wop（s）=（KBSKphKsKg/Ce,7.5 随动系统的跟踪性能分析稳态跟踪性能分析,位置随动系统的稳态跟踪性能分析,稳态误差,检测误差,e,d,取决于检测元件,8/8/2024,31,第七章 位置控制系统,7.5 随动系统的跟踪性能分析稳态跟踪性能分析位置随动,检测误差,e,d,取决于检测元件,位置传感器,误差量级,电位器,度（）,自整角机,1,旋转变压器,角分（）,圆盘式感应同步器,角秒（）,直线式感应同步器,微米（m）,光电或磁性编码器,360/N,8/8/2024,32,第七章 位置控制系统,检测误差ed 取决于检测元件 位置传感器 误差量级电位器度（,系统误差原理误差：取决于系统的结构、特征参数和给定输入信号,输入信号,单位位置（阶跃）,输入,单位速度（斜坡）输入,单位加速度,输入,*（t）=1（t）,*（t）=t,*（t）=1t /2,*（s）=1/s,*（s）=1/s,*（s）=1/s,误差,e,sp,e,sv,e,sa,系统类型,型系统,0,1/K,型系统,0,0,1,/,K,2,2,3,8/8/2024,33,第七章 位置控制系统,系统误差原理误差：取决于系统的结构、特征参数和给定输,定义稳态品质因数：输入信号与原理稳态误差的比值,：,输入信号与原理稳态误差的比值,：,8/8/2024,34,第七章 位置控制系统,定义稳态品质因数：输入信号与原理稳态误差的比值：输入信号与,8/8/2024,35,第七章 位置控制系统,8/20/202335第七章 位置控制系统,扰动输入稳态误差：,扰动输入引起的稳态误差,只与扰动作用点以前部分的增益,K,1,和,积分环节,个数,有关,型系统：阶跃扰动输入稳态误差为,e,Sf,=N/,K,1,；N,为阶跃扰动输入量,型系统：阶跃扰动输入稳态误差为,e,Sf,=0！,密位：1密位=0。06,8/8/2024,36,第七章 位置控制系统,扰动输入稳态误差：扰动输入引起的稳态误差只与扰动作,7.6位置随动系统的动态校正,串联校正,单闭环结构的位置随动系统,一般都以小功率自整角机的随动系统为例,8/8/2024,37,第七章 位置控制系统,7.6位置随动系统的动态校正串联校正8/20/202337第,开环传递函数,8/8/2024,38,第七章 位置控制系统,开环传递函数8/20/202338第七章 位置控制系统,典型示例；用PI调节器,比例积分调节器,8/8/2024,39,第七章 位置控制系统,典型示例；用PI调节器 比例积分调节器8/20/202339,典型系统采用自整角机的随动系统,固有环节近似处理后,8/8/2024,40,第七章 位置控制系统,典型系统采用自整角机的随动系统固有环节近似处理后8/20,调节器:PID调节器,8/8/2024,41,第七章 位置控制系统,调节器:PID调节器8/20/202341第七章 位置控制,8/8/2024,42,第七章 位置控制系统,8/20/202342第七章 位置控制系统,三闭环结构的位置随动系统,双闭环调速系统为内环,速度环的等效传递函数为：,8/8/2024,43,第七章 位置控制系统,三闭环结构的位置随动系统双闭环调速系统为内环8/20/20,8/8/2024,44,第七章 位置控制系统,8/20/202344第七章 位置控制系统,8/8/2024,45,第七章 位置控制系统,8/20/202345第七章 位置控制系统,7.7复合控制的位置随动系统,基本思路：控制的“预见性”、快速性,系统的结构图,8/8/2024,46,第七章 位置控制系统,7.7复合控制的位置随动系统基本思路：控制的“预见性”、快速,不变性原理,则,系统对给定输入信号实现了完全不变性,8/8/2024,47,第七章 位置控制系统,不变性原理则8/20/202347第七章 位置控制系统,7.8机床数字控制伺服系统概述,这类系统的位置外环是数字的;,其转速、电流内环仍可以采用模拟控制，以保证系统的快速响应。,这类系统在各类控制工程中有着广泛的应用,一般以“机床数字控制伺服系统”为例讲述。,8/8/2024,48,第七章 位置控制系统,7.8机床数字控制伺服系统概述 这类系统的位置外环是数字的,机床数字控制伺服系统的分类,机床数字控制伺服系统的分类方法很多，主要的分类方法如下：,按位置环的特点分类:,半闭环位置控制系统：位置检测装置装在电动机或减速器的出轴上,全闭环位置控制系统：位置检测装置装在被控位移所在的适当位置处,按系统指令信号的特点分类,数字式（指令）脉冲控制伺服系统,数字式编码（采样数据）控制伺服系统,8/8/2024,49,第七章 位置控制系统,机床数字控制伺服系统的分类 机床数字控制伺服系统的分类,数字式（指令）脉冲控制伺服系统,8/8/2024,50,第七章 位置控制系统,数字式（指令）脉冲控制伺服系统8/20/202350第七章,数字相位（锁相）控制伺服系统,8/8/2024,51,第七章 位置控制系统,数字相位（锁相）控制伺服系统8/20/202351第七章,按系统执行的任务的特点分类,点位 PTP）控制系统,Point to Point Control,直线切削系统,Straight-cut Systems,轮廓控制系统,Contouring Systems,8/8/2024,52,第七章 位置控制系统,按系统执行的任务的特点分类点位 PTP）控制系统8/2,系统的数学模型动态结构图,一般情况系统的数学模型动态结构图有如下形式,8/8/2024,53,第七章 位置控制系统,系统的数学模型动态结构图一般情况系统的数学模型动态,基本性能指标,1,2,8/8/2024,54,第七章 位置控制系统,基本性能指标18/20/202354第七章 位置控制系统,脉冲当量,例如：0。01毫米/脉冲,控制死区定位精度,增益,K,应该理解为系统的最起码的,分辨率，其单位为：,（毫米/分）/毫米,K,；,K/,V,i,min,=,调速范围,D=V,o,max,/V,i min,V,o,max,/K,8/8/2024,55,第七章 位置控制系统,脉冲当量例如：0。01毫米/脉冲8/20/202355,数控设备中，若:,=0。01,毫米（很普遍）、,K=30、,V,o,max,=120,毫米/秒，则,DV,o max,/K=400,一般把,K,在515,范围内的伺服系统称为低增益伺服系统或,软伺服系统,；,K,大于15的系统,称为高增益伺服系统或,硬伺服系统。,速度误差速度误差常数：1/,K,V,K,V,=V,o,max,/,即为,K,8/8/2024,56,第七章 位置控制系统,数控设备中，若:8/20/202356第七章 位置控,系统的刚性,S,系统受到额定力矩扰动后，他在过度过程结束后不应产生过大的位置偏移，,为此定义:,S=,位置偏移增量,/额定力矩,T,LN,8/8/2024,57,第七章 位置控制系统,系统的刚性S 系统受到额定力矩扰动后，他在过度过程结束,典型型系统，单位速度输入时,e,sv,=1/K,8/8/2024,58,第七章 位置控制系统,典型型系统，单位速度输入时esv=1/K8/20/2023,单位阶跃负载扰动作用下,e,sf,=,1/K,1,8/8/2024,59,第七章 位置控制系统,单位阶跃负载扰动作用下esf=1/K18/20/20235,单位阶跃负载扰动作用下,e,sf,=0,8/8/2024,60,第七章 位置控制系统,单位阶跃负载扰动作用下esf=08/20/202360第七章,数字式编码（采样数据）控制伺服系统,8/8/2024,61,第七章 位置控制系统,数字式编码（采样数据）控制伺服系统8/20/202361第七,本章结束,请提宝贵意见 谢谢,8/8/2024,62,第七章 位置控制系统,本章结束请提宝贵意见 谢谢8/20/202362第七,