[工學]伺服系統(tǒng)設(shè)計 課件 伺服系統(tǒng)設(shè)計ch-文庫吧
2025-09-19 23:46 本頁面
【正文】 法、智能容錯魯棒控制器設(shè)計及智能控制的穩(wěn)定性分析方法。 ? 使交流伺服系統(tǒng)的性能達到快響應、高精度、魯棒性及高可靠性智能化的目標 ,并能在高精度數(shù)控系統(tǒng)中得到應用。 運動控制系統(tǒng) ? 運動控制是以機械運動的驅(qū)動設(shè)備 —— 電動機為控制對象 ,以控制器為核心 ,以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu) ,在 自動控制理論 的指導下組成的電氣傳動控制系統(tǒng)。 ? 運動控制起源于早期的 伺服控制 。 ? 簡單地說 ,運動控制就是對機械運動部件的位置、速度等進行實時的控制管理 ,使其按照預期的運動軌跡和規(guī)定的運動參數(shù)進行運動。 運動控制系統(tǒng) ? 運動控制技術(shù)主要是伴隨著數(shù)控 (CNC)技術(shù)、機器人技術(shù) (Robotics)和工廠自動化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。 ? 現(xiàn)代化的運動控制系統(tǒng)具有以下特點 : ? 結(jié)構(gòu)模塊化、標準化 。 ? 構(gòu)建系統(tǒng)快速性和柔性化 。 ? 開發(fā)、維修、升級簡單 。低成本。 ? 當前的運動控制技術(shù)發(fā)展方向：基于 PC、柔性化、開放性。 運動控制系統(tǒng)種類 ? 按被控物理量分 : ? 以轉(zhuǎn)速為被控量的系統(tǒng)叫調(diào)速系統(tǒng) 。 ? 以角位移或直線位移為被控量的系統(tǒng)以前叫做位置隨動系統(tǒng) ,現(xiàn)稱伺服系統(tǒng)。 ? 按驅(qū)動電機的類型分 : ? 用直流電機帶動生產(chǎn)機械的為直流傳動系統(tǒng) 。用交流電機帶動生產(chǎn)機械的為交流傳動系統(tǒng)。 運動控制系統(tǒng)種類 ? 按 控制器的類型分 : ? 以模擬電路構(gòu)成的控制器叫模擬控制系統(tǒng) 。 ? 以數(shù)字電路構(gòu)成的控制器叫數(shù)字控制系統(tǒng) 。 ? 按控制原理可以分為常規(guī)控制方法、先進控制方法 。 ? 按控制系統(tǒng)中閉環(huán)的多少 ,可分單環(huán)控制系統(tǒng)、雙環(huán)控制系統(tǒng)和多環(huán)控制系統(tǒng) 。 運動控制系統(tǒng)種類 ? 按控制的特點和應用領(lǐng)域的不同 ,可分為 ? 1)點位運動控制 :這種運動控制的特點是僅對終點位置有要求 ,與運動的中間過程即運動軌跡無關(guān)。 ? 2)連續(xù)軌跡運動控制 :又稱為輪廓控制 ,主要應用在傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)、切割系統(tǒng)的運動輪廓控制。 ? 3) 同步運動控制 :是指對多個軸之間的運動進行協(xié)調(diào)控制 ,可以是對多個軸在運動全程中進行同步控制 ,也可指對運動過程中的局部進行同步控制。 運動系統(tǒng)共同的特點 ? 所有這些運動系統(tǒng)共同的特點就是 : ? (1) 被控量的過渡過程較短 ,一般為秒級甚至毫秒級。 ? (2) 傳動功率范圍寬。 ? (3) 調(diào)速范圍大 ,寬調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達到 1:10000。 ? (4) 具有良好的動態(tài)性能。 ? (5) 電動機空載損耗小 ,效率高 ,具有較強的過載能力。 運動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) ? 運動控制在國民經(jīng)濟各部門中起著重要的作用 ,運動控制器不但在傳統(tǒng)的機械數(shù)控行業(yè)有著廣泛的應用 ,而且在新興的電子制造和信息產(chǎn)品的制造業(yè)中起著不可替代的作用。 ? 自 20 世紀 80 年代以來 ,運動控制領(lǐng)域正在發(fā)生日新月異的變換 ,各種先進控制策略和先進技術(shù)已經(jīng)被廣泛應用到各個工程實際中。 ? 一個典型的運動控制系統(tǒng)主要 由 被控機械設(shè)備、電動機、控制器、功率驅(qū)動裝置、和控制軟件構(gòu)成 。 ? 控制器按照給定和實際運行反饋值之差 ,調(diào)節(jié)控制量 。 ? 驅(qū)動裝置按控制量調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)矩 。電動機按供電大小拖動機械運轉(zhuǎn)。 ? 整個系統(tǒng)的運動指令由運動控制器給出 ,因此運動控制器是整個運動控制系統(tǒng)的核心。 運動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及應用 ? 運動控制系統(tǒng)就執(zhí)行元件電動機而言 ,交直流兩大分支一直并存于各個工業(yè)領(lǐng)域 ,伴隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展 ,特別是隨著電力電子和微電子技術(shù)的發(fā)展 ,電機及控制技術(shù)不斷完善。 19 世紀 80 年代以前 ,直流電機拖動是唯一的電氣傳動方式。 ? 19 世紀末 ,交流電機的發(fā)明使用 ,使交流電氣傳動在工業(yè)中得到了逐步廣泛的應用。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展 ,對起制動、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動態(tài)響應等方面都提出了更高的要求。 ? 這時又開始使用直流調(diào)速系統(tǒng) 。但由于直流調(diào)速本身存在的弱點 ,人們開始了新一輪交流調(diào)速系統(tǒng)的研究。 運動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及應用 ? 近幾十年來隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展 ,為交流調(diào)速產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)造了有利的條件 ,使交流調(diào)速逐步具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)響應和四象限運行等良好的技術(shù)性能 ,并實現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化 ,目前交流調(diào)速系統(tǒng)已逐步占據(jù)了主導地位。 ? 在中小功率范圍內(nèi) ,高性能的交流伺服系統(tǒng)的交流電動機主要采用永磁同步電動機 。 。 運動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及應用 ? 從控制策略方面分析 ,以往的電氣傳動控制系統(tǒng)主要用經(jīng)典控制理論作指導 ,它以單輸入單輸出的線性時不變系統(tǒng)作為主要研究對象 ,用傳遞函數(shù)作為基本數(shù)學描述 ,以頻域法和根軌跡作為分析和綜合系統(tǒng)的方法。 ? 六十年代初 ,現(xiàn)代控制理論開始 形成 ,它的研究對象要比經(jīng)典控制理論廣泛得多 ,適用于非線性、時變、斷續(xù)和多變 量系統(tǒng) ,它的研究方法本質(zhì)上是時域的 ,即狀態(tài)空間法 ,它的分析和綜合目標是揭示系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律 ,實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化。 ? 控制策略的設(shè)計目標是 : 運動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及應用 ?控制策略的設(shè)計目標是 : ?1)減少擾動和參數(shù)變化的影響。 ?2)獲得期望的穩(wěn)態(tài)精度和輸入輸出的動態(tài)特性。 ?3)通過對負載力矩以及對跟蹤偏差的控制來達到上述目的。 運動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及應用 ? 目前在運動控制系統(tǒng)中常用的現(xiàn)代控制理論主要有 :最優(yōu)控制、自適應控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、神經(jīng)元控制等。 ? 在運動控制系統(tǒng)中 ,應用十分廣泛的是位置控制系統(tǒng)(位置伺服系統(tǒng) ),它是以足夠的控制精度 (定位精度 )、位置跟蹤精度和足夠快的跟蹤速度作為主要控制目標。 ? 典型的位置伺服系統(tǒng)中有 電流環(huán) 、 速度環(huán) 、 位置環(huán) ,其中分別對應電流控制器、速度控制器、位置控制器 ,這些控制器能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)特性等控制目標。 位置伺服系統(tǒng) ? 伺服系統(tǒng)是以物體的位置、方位、姿態(tài)等作為被控量 ,使之能跟蹤目標值任意變化的控制系統(tǒng)。 ? 位置伺服系統(tǒng) 又稱隨動系統(tǒng) ,是運動控制中最典型的一種。系統(tǒng)輸出量一般是負載的空間位移 ,當給定位置指令變化時 ,輸出量也應能準確無誤地跟蹤給定量的變化并能復現(xiàn)給定量。 ? 作為閉環(huán)自動控制系統(tǒng)的伺服系統(tǒng) ,它在對生產(chǎn)過程和運動對象的控制中 ,以及在定位、瞄準、跟蹤、信號傳遞和接收等裝置中都占有重要的地位。 位置伺服系統(tǒng) ? 位置伺服系統(tǒng)與普通電動機調(diào)速系統(tǒng)有著緊密聯(lián)系但又有明顯不同。 ? 對調(diào)速系統(tǒng)的要求是有足夠的調(diào)速范圍、穩(wěn)速精度和快且平穩(wěn)的啟、制動性能。 ? 系統(tǒng)工作時 ,都是以一定的速度精度 ,穩(wěn)定在調(diào)速范圍內(nèi)某一固定的轉(zhuǎn)速上運行的。 ? 系統(tǒng)的主要控制目標 ,是使轉(zhuǎn)速盡量不受負載變化、電源電壓波動及環(huán)境溫度變化等干擾因素的影響。 位置伺服系統(tǒng) ? 而位置伺服系統(tǒng)，一般是以足夠的 位置控制精度 (定位精度 )、 位置跟蹤精度 (位置跟蹤誤差 )和足夠快的跟蹤速度作為它的主要控制目標。 ? 系統(tǒng)運行時要求能以一定的精度隨時跟蹤指令的變化，系統(tǒng)中伺服電動機的運行速度是動態(tài)變化。 ? 伺服系統(tǒng)在 跟蹤性能 方面的要求比普通調(diào)速系統(tǒng)高。 ? 位置伺服系統(tǒng)是在調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上外加一個位置環(huán)構(gòu)成， 位置環(huán) 是位置伺服系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特征。 數(shù)控機床 位置伺服系統(tǒng) ? 伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、
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