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伺服系统的性能分析及调整

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日期:2007-9-10 22:37:45     来源:本站整理   作者: 点击:
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衡量一个伺服系统的性能主要从以下四个方面来分析:响应速度、刚度、稳定性以及抗噪音能力。

响应速度

伺服系统的响应速度描述了系统响应指令给定的快慢程度,对大部分的伺服系统来说追求较快的响应速度,系统的增益越大,则响应速度快,有助于提高系统的性能;

刚度

伺服系统的刚度描述了系统抗扭矩干扰的能力,系统的刚度比较难于衡量,这是由于系统的干扰往往难于量化,对于一个伺服系统来说,高的刚度能够达到较好的伺服性能;

稳定性

伺服系统的稳定性描述了系统消除自振荡的裕量,任何一个系统都必须有合适的稳定裕量,伺服系统的稳定性一般通过对方波信号响应的过冲量和振荡次数来衡量,伺服增益越高,系统的稳定性将降低;

抗噪音能力

伺服系统的抗噪音能力描述了系统对噪音源的放大程度,噪音干扰会导致系统发热、振荡,扭矩波动和杂音等不良现象。伺服增益越高,系统的抗噪音能力将越低。

伺服系统的调整主要是系统的各项控制增益的调整,通过上述的分析,当增益调整较高时,可以使得系统具有较快的响应速度,提高系统的刚度从而提高系统抗扭矩干扰的能力。然而,另一个方面,过高的增益将使得系统的稳定性和抗噪音能力下降。因此,伺服系统的调整实际上是一个寻求系统各项性能的相互平衡并使整体性能最优的决策过程。

伺服系统的调整过程中,速度环是最难调整的,一般伺服系统的速度环如图7所示。速度指令来自于位置环,在调整过程中,通常以方波信号作为响应信号,这是由于方波信号的响应对系统要求最为严格。反馈速度与指令速度通过比较环节进行比较得到速度误差,一般来说速度环的控制作用就是为了减小这种误差。比例积分(PI)控制器中的比例增益通常是在高频时起作用,而积分增益通常是在中频时起作用,速度误差经过比例积分控制器后其输出为电流指令。伺服系统的电流环在研究速度环的时候,通常把它当作速度环的一个环节,它的作用就是把电流指令转换成实际电流,此时有可能引起系统的稳定性问题。

电机也作为速度环中的一个环节来研究,此时电机模型可以简化为KT/JTOTAL,其中KT把电流环输出的实际电流转换为扭矩信号,1/JTOTAL再把扭矩信号转换为系统的加速度信号。系统的加速度经过积分作用得到速度信号,速度信号再次经过积分环节得到系统的位置信号。系统的位置信号通过位置传感器来检测,系统的速度正比于系统位置的变化率。为了提高伺服系统的抗噪音能力以及稳定性,通常在系统中加入滤波器。

伺服系统比例增益的上限通常是由系统内部的各个部件本身决定的,驱动器本身的采样速率、滤波器特性、电流环特性甚至是接线产生的噪音,这些都可能成为限制比例增益的过高调整。同时伺服系统的反馈环节和机械传动部件也可能成为限制系统比例增益的重要因素。

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