直流伺服双闭环控制系统样本.doc

直流伺服双闭环控制系统设计1伺服系统简介1.1伺服系统特性伺服系统功能是使输出迅速而精确复现给定，因此伺服系统具备稳定性好、精度高、动态响应快、抗干扰能力强等特点。同步还需要（1）具备高精度传感器，能精确地给出输出量电信号（2）功率放大器及控制系统都必要可逆（3）足够大调速范畴及足够强低速带载性能（4）迅速响应能力和较强抗干扰能力1.2伺服系统构成及性能指标伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、控制器和传感器四大某些构成，除了位置传感器也许还需要电压、电流和速度传感器。伺服系统性能指标分为稳态性能指标和动态性能指标，两者之间既有区别又有联系。当系统达到稳定运营时，伺服系统实际位置与目的值之间误差，称做系统稳态跟踪误差。由系统构造和参数决定稳态跟踪误差可分为三类：位置误差、速度误差和加速度误差。伺服系统在动态调节过程中性能指标称为动态性能指标，如超调量、跟随速度及跟随时间、调节时间、振荡次数、抗扰能力等。1.3伺服系统控制对象数学模型依照伺服电动机种类，伺服系统可分为直流和交流两大类。本次课程设计重要简介直流伺服控制系统。直流伺服系统执行元件是直流伺服电动机，中小功率伺服系统采用直流永磁式伺服电动机，当功率较大时，可以采用电励磁直流伺服电动机，直流无刷电动机与直流电动机。其控制对象数学模型将在背面详细简介。2.设计内容简介直流调速是指人为地或自动地变化直流电动机转速,以满足工作机械规定。从机械特性上看,就是通过变化电动机参数或外加工电压等办法来变化电动机机械特性,从而变化电动机机械特性和工作特性机械特性交点,使电动机稳定运转速度发生变化。直流调速系统中应用最普通方案是转速、电流双闭环系统。转速负反馈环为外环，其作用是保证系统稳速精度。电流负反馈环为内环，其作用是实现电动机转距控制，同步又能实现限流以及改进系统动态性能。转速、电流双闭环直流调速系统在突加给定下跟随性能、动态限流性能和抗扰动性能等，都比单闭环调速系统好。速度与电流双闭环调速系统是20世纪60年代在国外浮现一种新型调速系统。70年代以来,在国内冶金、机械、制造以及印染工业等领域得到日益广泛应用。随着电子技术、功率元件技术和高性能磁性材料制造技术发展，伺服控制直流电动机运用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器。本次设计重要就是设计一种直流伺服双闭环控制系统。控制器驱动伺服电机机械传动传感器传感器其基本构造图如下图2-1双闭环伺服系统构造示意图3直流伺服系统控制3.1直流伺服系统控制对象数学模型直流伺服系统执行元件是直流伺服电动机，中小功率伺服系统采用直流永磁式伺服电动机，当功率较大时，可以采用电励磁直流伺服电动机，直流无刷电动机与直流电动机。直流伺服电动机数学模型与调速电动机无本质区别。控制对象数学模型为：式中------系统转动惯量------系统负载转矩-------机械传动及凑传动比------电枢回路电磁时间常数由上式知，电枢电流受到感应电动势E或转速影响，采用电流闭环控制可以有效抑制感应电动势或转速扰动，改进系统动态响应，限制最大起、制动电流。电流闭环控制作用和电流环设计与直流调速系统相似。3.2转速、电流双闭环直流调速系统动态模型在单闭环直流调速系统动态数学模型基本上，考虑双闭环控制构造，因速度伺服系统与调速系统没有本质上区别，因而直流伺服系统模型可以参照双闭环直流调速系统动态构造图，并且后来分析电流和速度调节器时，均借助直流双闭环调速系统构造图。如下图为双闭环直流调速系统动态构造图。图中WASR(s)和WACR(s)分别表达转速调节器和电流调节器传递函数。如果采用PI调节器。图3-1双闭环直流调速系统动态构造图3.3直流伺服双闭环控制系统构造3.3.1伺服电动机与功率驱动器伺服电动机是伺服系统执行机构，在小功率伺服系统中多采用永磁式伺服电动机，在大功率或较大功率状况下也可采用电励磁直流或交流伺服电机。从电动机构造与数学模型看来，伺服电动机和调速电动机无本质上区别，普通来说，伺服电动机转动惯量不大于调速电动机，低速和零速带载能力优于调速电动机。3.3.2控制器控制器是伺服系统核心所在，伺服系统控制规律体当前控制器上，控制器应依照位置给定信号和反馈信号，通过必要控制算法，产生功率驱动器控制信号。与调速系统同样，伺服系统也经历了从模仿控制到数字控制发展过程。3.3.3位置传感器精准而可靠地发出速度给定信号并检测被控对象实际速度是速度伺服系统工作良好基本保证。位置传感器将详细直线或转角位移转换成模仿或数字电量，再通过信号解决电路或有关算法，形成与控制器输入量相匹配速度信号，然后依照速度偏差信号实行控制，最后消除偏差。3.3.4调节器设计内环调节器（电流调节器）：（1）作为内环调节器，在外环转速调节过程中，它作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器输出量）变化。（2