第4章4.1.0问题的提出电机的运行状态可处在转速和电磁转矩的坐标系的四个象限中，称为四象限运行。问题的提出（续）4.1直流PWM可逆调速系统33886MC338864.1直流PWM可逆调速系统4.1.1桥式可逆PWM变换器4.1.2直流PWM可逆直流调速系统转速反向的过渡过程可逆调速系统仿真单片微机控制的PWM可逆直流调速系统系统组成系统控制系统控制（续）4.2位置随动系统4.2位置随动系统1、定义狭义上的是指一个带位置反馈的自动控制系统，它的另一个名称就是伺服系统被控制量：负载的机械空间位置的线位移或角位移2、特点当位置给定量做任意变化时，该系统的输出量快速而准确地复现给定量地变化3、应用范围数控机床的定位控制和加工轨迹控制、火炮方位的自动跟踪、船舵的自动控制4.2.1位置随动系统的组成图4－14所示是电位器式小功率位置随动系统，它由五部分组成：位置传感器、电压比较放大器、电力电子变换器、伺服电机、减速器和负载4.2.2位置随动系统的特征及其与调速系统的比较1、位置随动系统的主要特征①能使输出位移快速而准确的复现给定位移；②位置传感器精度要求高，应准确给出反映位移误差的电信号；③电压和功率放大器以及拖动系统都是可逆的；④稳态精度高、动态响应快速；位置随动系统和调速系统的主要区别4.2.3常用位置传感器简介基于电磁感应原理的位置传感器4.2.3常用位置传感器简介绝对编码器格雷码的绝对编码器的分度盘25位多圈绝对值光电编码器wi3081724.2.3常用位置传感器简介-磁性编码器4.2.4位置随动系统的稳态误差分析和参数计算随动系统的稳态误差位置传感器随动系统的稳态误差—系统误差对于位置伺服系统来说，由于转角是转速对时间的积分，控制对象中的最后一个环节是积分环节，所以系统至少是Ⅰ型系统；由于Ⅲ型和Ⅲ型以上的系统是很难稳定的，因此通常伺服系统多采用Ⅰ型和Ⅱ型系统。随动系统的稳态误差—系统误差例题4－1自整角机位置随动系统2、相敏整流器US与Ubs同频同相Us>5Ubs变压器变比1:1互感器的同名端自整角机位置随动系统的组成和数学模型伺服电机：230W，110V，2.9A，2400r/min，Ra＝3.4Ω；电枢回路总电阻Ra＝5.1Ω，减速器速比i＝60。自整角机放大系数Kbs＝1.25V/(º)；KrpKaKs=200。自整角机本身的检测误差ed=0.5º；负载转矩为20Nm，输入轴最高转速求该系统的稳态误差。③对应的负载电流：A4.2.5位置随动系统的动态校正与控制当系统开环放大系数足够大时可以保证所需的稳态精度，但放大系数过大又可能影响系统的动态稳定性，增加动态校正就成为必须。图4－20位置、转速、电流三环控制的位置随动系统A.优点逐个设计环，可以保证每个环都是稳定的，从而整个系统是稳定的；同时每个环节都有自己的控制对象，分工明确，易于调整。B.缺点对最外环控制作用的响应不会很快但随着微机控制技术的提高，快速响应性能已经得到很大提高。4.2.5位置随动系统的动态校正与控制2、单位置环随动系统舍去多环结构的单位置环随动系统可以提高位置随动系统的快速跟随性能，为了避免过渡过程中电流冲击过大，可以采用电流截止负反馈或选用允许过载倍数比较高的伺服电机。位置调节器可以选用PD或PID调节器。单位置环随动系统设计举例取h=5Kpp=12.3163Kpd=0.1539Kpi=234.97323、复合控制的随动系统无论是单环还是多环系统，都是通过位置调节器ARP实现反馈控制的，在设计ARP时，为了保证稳定性，就不能完全照顾快速跟随性能。为了进一步加强跟随性能，可以将前馈控制和反馈控制复合在一起，构成复合控制系统，如图4－23示。由图4－23可得复合控制下系统的传递函数：当满足（4－14），那么就有一般情况下，位置随动系统控制对象W1(s)中至少含有一个积分环节，那么按照式（4－14），前馈补偿器的传递函数为G(s)=a1s+a2s2+…+ansn（4－16），由式（4－16）可知，要实现完全不变性，需要引入输入信号的各阶倒数作为补偿信号。但想要实现高阶倒数非常困难，因此只能近似实现完全不变性。另外，在图4－23中，若无前馈补偿，那么闭环传递函数变为比较（4－13）和（4－16），可知增加前馈补偿不会影响系统的稳定性。扰动补偿的复合控制系统在扰动信号可测时，那么可以从扰动作用点上引出前馈补偿信号，从而减少或消除扰动误差，形成按扰动补偿的复合控制系统，如图4－24图4－24按扰动补偿的复合控制位置随动系统在图4－24中，同图4－23一样，要实现完全不变性，其补偿条件为：课后作业习题4.1习题4.2