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伺服控制系統(tǒng)

用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動(dòng)系統(tǒng)。在很多情況下,伺服系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng),其作用是使輸出的機(jī)械位移(或轉(zhuǎn)角)準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移(或轉(zhuǎn)角)。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。

  1簡介

  伺服控制系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動(dòng)系統(tǒng)。在很多情況下,伺服系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng),其作用是使輸出的機(jī)械位移(或轉(zhuǎn)角)準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移(或轉(zhuǎn)角)。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別[1]。

  伺服控制系統(tǒng)

  2控制系統(tǒng)

  伺服控制系統(tǒng)最初用于船舶的自動(dòng)駕駛、火炮控制和指揮儀中,后來逐漸推廣到很多領(lǐng)域,特別是自動(dòng)車床、天線位置控制、導(dǎo)彈和飛船的制導(dǎo)等。采用伺服系統(tǒng)主要是為了達(dá)到下面幾個(gè)目的:①以小功率指令信號(hào)去控制大功率負(fù)載?;鹋诳刂坪痛婵刂凭褪堑湫偷睦?。②在沒有機(jī)械連接的情況下,由輸入軸控制位于遠(yuǎn)處的輸出軸,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距同步傳動(dòng)。③使輸出機(jī)械位移精確地跟蹤電信號(hào),如記錄和指示儀表等。

  衡量伺服控制系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)有頻帶寬度和精度。頻帶寬度簡稱帶寬,由系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性來規(guī)定,反映伺服系統(tǒng)的跟蹤的快速性。帶寬越大,快速性越好。伺服系統(tǒng)的帶寬主要受控制對(duì)象和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性的限制。慣性越大,帶寬越窄。一般伺服系統(tǒng)的帶寬小于15赫,大型設(shè)備伺服系統(tǒng)的帶寬則在1~2赫以下。自20世紀(jì)70年代以來,由于發(fā)展了力矩電機(jī)及高靈敏度測(cè)速機(jī),使伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了直接驅(qū)動(dòng),革除或減小了齒隙和彈性變形等非線性因素,使帶寬達(dá)到50赫,并成功應(yīng)用在遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、精密指揮儀等場(chǎng)所。伺服系統(tǒng)的精度主要決定于所用的測(cè)量元件的精度。因此,在伺服系統(tǒng)中必須采用高精度的測(cè)量元件,如精密電位器、自整角機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器等。此外,也可采取附加措施來提高系統(tǒng)的精度,例如將測(cè)量元件(如自整角機(jī))的測(cè)量軸通過減速器與轉(zhuǎn)軸相連,使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角得到放大,來提高相對(duì)測(cè)量精度。采用這種方案的伺服系統(tǒng)稱為精測(cè)粗測(cè)系統(tǒng)或雙通道系統(tǒng)。通過減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測(cè)角線路稱精讀數(shù)通道,直接取自轉(zhuǎn)軸的測(cè)角線路稱粗讀數(shù)通道。

  伺服控制系統(tǒng)按所用驅(qū)動(dòng)元件的類型可分為機(jī)電伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和氣動(dòng)伺服系統(tǒng)。

  伺服控制系統(tǒng)

  3結(jié)構(gòu)組成

  機(jī)電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),類型繁多,但從自動(dòng)控制理論的角度來分析,伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器,被控對(duì)象,執(zhí)行環(huán)節(jié),檢測(cè)環(huán)節(jié),比較環(huán)節(jié)等五部分。

  比較環(huán)節(jié)

  比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號(hào)與系統(tǒng)的反饋信號(hào)進(jìn)行比較,以獲得輸出與輸入間的偏差信號(hào)的環(huán)節(jié),通常由專門的電路或計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

  控制器

  控制器通常是計(jì)算機(jī)或PID控制電路,其主要任務(wù)是對(duì)比較元件輸出的偏差信號(hào)進(jìn)行變換處理,以控制執(zhí)行元件按要求動(dòng)作。

  執(zhí)行環(huán)節(jié)

  執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號(hào)的要求,將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作.機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓,氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等。

  被控對(duì)象

  機(jī)械參數(shù)量包括位移,速度,加速度,力,和力矩為被控對(duì)象。

  檢測(cè)環(huán)節(jié)

  檢測(cè)環(huán)節(jié)是指能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測(cè)量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置,一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。

  4系統(tǒng)分類

  伺服系統(tǒng)的分類方法很多,常見的分類方法有以下三種.

  (1)按被控量參數(shù)特性分類.

  (2)按驅(qū)動(dòng)元件的類型分類.

  (3)按控制原理分類.

  5技術(shù)要求

  1.系統(tǒng)精度

  伺服系統(tǒng)精度指的是輸出量復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)要求的精確程度,以誤差的形式表現(xiàn),可概括為動(dòng)態(tài)誤差,穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差三個(gè)方面組成。

  2.穩(wěn)定性

  伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當(dāng)作用在系統(tǒng)上的干擾消失以后,系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來穩(wěn)定狀態(tài)的能力;或者當(dāng)給系統(tǒng)一個(gè)新的輸入指令后,系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。

  3.響應(yīng)特性

  響應(yīng)特性指的是輸出量跟隨輸入指令變化的反應(yīng)速度,決定了系統(tǒng)的工作效率.響應(yīng)速度與許多因素有關(guān),如計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度,運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的阻尼和質(zhì)量等。

  4.工作頻率

  工作頻率通常是指系統(tǒng)允許輸入信號(hào)的頻率范圍.當(dāng)工作頻率信號(hào)輸入時(shí),系統(tǒng)能夠按技術(shù)要求正常工作;而其它頻率信號(hào)輸入時(shí),系統(tǒng)不能正常工作。


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