系统调试-(干摩擦对系统的影响)

•复合控制(前馈控制)常见提高系统控制精度的方法：1.提高开环增益；2.提高系统型别；复合控制：即增加前馈通道，组成前馈与反馈控制相结合的系统。通过该方法，只要参数合理，可以保证系统稳定性，同时可以大大提高系统的控制精度，解决了系统稳定性和系统控制精度之间的矛盾。复合控制可以使系统完全准确复现控制信号。不影响系统稳定性。•扰动补偿控制(不变性原理)前提条件：扰动可测量。扰动补偿控制，可以在可测量扰动的不利影响产生之前，通过补偿通道对它进行补偿，进而消除干扰对系统的不利影响，可以克服反馈控制靠误差调节的不足。Chp6.系统的调试一、概述•按照预定的技术指标逐项进行校核，检验系统性能是否满足指标要求---调试目的•调试对象分批量生产产品的调试；改进设计产品调试；新研制产品的调试等几类。•新产品调试涉及到多学科知识，同时要求调试人员具有丰富的知识和经验。二、伺服系统的静态调试•系统能够正常启动工作，机械、电气连接检查•零位校准：分机械零位、电气零位•相位校准：主要在交流系统中，例如交流电机•反馈极性校准•检测元件标定•反馈增益调整三、伺服系统的动态调试•元件、部件的动态特性调试•系统的动态校正:多环系统先内环后外环进行调试绘制元部件开环频率特性部件建模校正闭环特性测试四、系统中常见的典型非线性特性•饱和特性:(1)系统发散，不稳定；(2)输入过大；不利：影响系统动态品质；影响稳定性；影响稳态特性；•死区特性：加大稳态误差；加大系统滞后；可抑制小幅输入扰动；易于系统稳定；•间隙特性(回环)：增大稳态误差；输出滞后；动态品质变化；•摩擦非线性特性：相当于在系统中引入死区，因而造成系统的静误差加大。造成低速爬行，系统产生抖动，稳定性变差，动态性能变坏。•非线性因素消除的一般方法1.利用局部反馈消弱非线性因素适用于消除饱和特性、迟滞非线性2.振荡线性化可消除干摩擦、死区五、干摩擦对系统的影响被控对象的机械运动。这种相对运动必然会引起摩擦，反映到电机轴上，即为摩擦力矩，可分为干摩擦力矩和阻尼摩擦力矩。在工程设计上，阻尼摩擦力矩一般可以认为与相对速度成比例关系，干摩擦力矩虽然常简化为定值，但其实际上比较复杂。11cMcMcMbMcM干摩擦力矩特性的近似表示•其可用下式表示：•实际上，比较接近实际摩擦力矩特性的为图a。其呈现一种非线性特性，这给系统的工作品质带来不可忽视的影响。•当系统在平衡位置附近，其误差信号小，执行电机产生的驱动力矩小于摩擦力矩时，则系统就带不动负载，而保持静误差。显然，摩擦力矩越大，系统静差越大。cMMsign1.系统低速不平滑()()()()()()()()ddemcUsIsRKsMsKIsMsJssMs()()cMsbs伺服系统受到的主要负载为惯性力矩和摩擦力矩。其可用如下方程组描述：取，则有/()()/1,/mdddemdmmmemdemdKRKsUsJsKKRbTsKJTKKRbbKKRd其中K•参照图a，如果满足•则电机不稳定(出现在低速情况)，即低速不平滑步进现象。•从伺服系统的动态特性分析，无论将伺服系统设计为I型系统还是II型系统，在一般增益条件下，均会产生振荡。若调速系统要求的稳定转速低于振荡幅度，则会出现跳动不平滑现象。0,emdKKbbR且2.减小低速“跳动”措施•引起低速跳动原因多方面，但主要因素是摩擦问题。技术上可以采取下列措施来减小这种低速跳动。•1.设计时，尽量从传动方式、润滑条件、表面光洁度等方面考虑，尽量减小摩擦负载；•2.电机机械特性尽量硬，即尽量大，避免电机低速出现不稳定现象，常采用速度负反馈来增加电机的机械特性硬度。emdKKR•3.相同速度条件下，增大系统运动部分转动惯量，可改善系统的平滑性。不过这会影响到系统的快速性。系统作大失调角调转时，由于转动惯量大，会出现过大的超调和振荡。也可通过加速度负反馈来实现，也可改善系统低速平滑性，且不会在进行大失调角调转时出现超调和振荡，但仍会对系统快速响应有影响。•4.尽量增加系统开环中频段长度，降低系统零输入响应的振荡性，增加低速平滑跟踪范围。•5.采用力矩电机，减少整个传动系统干摩擦。•6.采用PWM控制方式，通过电机轴的微颤，克服静摩擦，变为动摩擦。六、机械谐振对系统的影响及其补偿•机械传动过程中，机械传动轴会有不同程度的弹性扭转变形，且这种变形造成的机械谐振随系统频带的拓宽对系统动态特性的影响越明显。•自系统开环频率特性中，当机械谐振频率点出现在系统通频带之外，则只影响系统特性的高频段，对系统动态特性影响很小；当机械振频率在系统中频段，则对系统影响很大，甚至会导致系统的不稳定。(详细分析，可简单说明)•消除或补偿措施当系统要求的动态响应较高，系统频带较宽，且被控对象转动惯量较大，则机械谐振就不能忽略。补救措施：1.尽可能提高机械传动装置的刚度，增加弹性模量，使机械谐振频率处在系统通频带之外。2.增加机械阻尼。使阻尼系数超过0.5，从而降低系统的谐振峰值，使其对系统品质的影响大大削弱。3.采用串联补偿。串联二阶微分环节构成的陷波滤波器，使滤波器谐波频率与系统谐振频率一致。由于环境变化，参数很难保持不变，该方法仅是能近似消除机械谐振影响。4.采用状态反馈重新配置极点，消除机械谐振。5.采用两套机械传动装置。一套用于连接负载；一套用于连接测角反馈元件。从而消除机械谐振对系统动态性能的影响。七、传动间隙对系统的影响及其补偿•影响：1.对系统的动态、静态性能均有影响；2.由于传动间隙的存在，会限制系统精度的提高；3.由于传动间隙的存在，对II型系统必然会导致系统产生稳定的自振荡。因此，在系统设计时，闭环只设计成I型系统，并保留有较大的稳定裕量。消除方法•1.传动装置设计时，尽量减少间隙，特别是最后一级的间隙要消除。(对于小功率系统，最后一级齿轮可采用双层齿轮，采用弹性啮合方式)•2.采用两套传动链，一套用于动力传动链，连接负载；一套采用精密传动方式用于数据链，将动力传动链的间隙置于系统闭环之外，避免系统的自振荡。•3.采用双电机(或多电机)传动；即采用两齿轮带动同一齿轮方式进行。在零输入时，两电机产生相反的控制力矩达到消除齿轮间隙的目的。当有控制信号后，则两电机输出力矩进行动态调整(具体介绍)•4.用非线性反馈补偿间隙影响•(这种方法不仅可以补偿间隙非线性，还可补偿其它类型的非线性。其只能改变传递函数分母，不能改变分子，即只能补偿非线性对系统零输入响应的影响。)