哈工大控制系统设计第14讲-2012

哈尔滨工业大学控制与仿真中心第5章伺服系统的设计——Part2授课教师：马杰CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心Contents伺服系统的数学模型A1I型系统A217March2020A3II型系统A4伺服系统的校正CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020基本I型系统1vKGssTs其开环频率特性为ωG(ω)1/TKvvKKT1K局限性：带宽最大为Kv！2CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020改进I型系统ω20lgA(ω)ω4-20dB/dec-40dB/dec-20dB/decω0ω1ω3ω24.2.2改进I型系统优越性：带宽与增益分开！CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例3：小功率随动系统。4.2.2改进I型系统教材：p380arctanarctanVtAatX0VaX2cosdAaAdtmaxa2222sin2cosdAaAAdt2max0.65a方位角的频谱宽度为1.57rad/sCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例3：小功率随动系统。4.2.2改进I型系统（1）跟踪精度要求：maxamaxmax0e01ettmax0maxemax00.5,0.001500/aeradradsω20lgG(jω)-20dB/dec-40dB/dec-20dB/decω0ω1ω2CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例3：小功率随动系统。4.2.2改进I型系统（2）性能界函数的确定：0500/radsω20lgG(jω)ω4-20dB/dec-20dB/decω0ωpsω3ω2500Gj低频段：方位角输入指令的频谱宽度为1.57rad/s500psps1.57/psradsωm-40dB/decCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例3：小功率随动系统。4.2.2改进I型系统（3）转折频率的确定：ω20lgG(jω)ω41-20dB/dec-20dB/decω0ωpsω3ω2psωm-40dB/decω42穿越频率的确定受鲁棒稳定性限制。CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例4：舰用随动系统的设计。4.2.2改进I型系统10Ts1200fMgcmmax20典型输入信号：正弦，，输出轴摩擦力矩：复现精度：0.001radCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例4：舰用随动系统的设计。4.2.2改进I型系统(1)跟踪精度对增益的要求：误差系数法：I型系统正弦典型信号频率特性:1vetKmaxsinkketetosGsesoiGjeemaxsiniktmaxmaxGjeCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例4：舰用随动系统的设计。4.2.2改进I型系统(2)性能界函数的要求：maxmaxpsemaxmaxGje-20dB/decωkpsCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例4：舰用随动系统的设计。4.2.2改进I型系统(3)转折频率的确定：ω0ω-20dB/decωkpsω11k-20dB/dec的特性穿过Gk，0由此确定；1的增大并未提高低频增益，没有改善跟踪精度，故希望减小1；kGCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例4：舰用随动系统的设计。4.2.2改进I型系统(3)转折频率的确定：ω01ω-20dB/decωkpsω11k-40dB/dec的特性穿过Gk，010增益要求提高；kGCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例4：舰用随动系统的设计。4.2.2改进I型系统(3)转折频率的确定：ω0ω-20dB/decωkps1kkG综合上述两种情况——1k1350001112kjkkkksjGjessjmaxmaxmaxmax0022kkeGjCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例4：舰用随动系统的设计。4.2.2改进I型系统(3)转折频率的确定：ω0ω-20dB/decωkpskGω3ω43的确定需要保证具有足够的相角裕度CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例5：火炮方位角随动系统的设计。4.2.2改进I型系统24/s技术要求：跟踪误差：火炮随动于指挥仪的输出信号。2milet25/s4milaet-20dB/dec-40dB/dec0dB120KI型系统22012()()lim()()2!tCdrtdrtetCrtCdtdt101C22201112!C10.12124/200Cs220.2415/21Cs020010.1CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例5：火炮方位角随动系统的设计。4.2.2改进I型系统01200/0.1/radsradsω20lgG(jω)-20dB/dec-40dB/dec-20dB/decω0ω1ω3ω4123111KGssTsTsTsω20lgG(jω)-20dB/dec-40dB/dec-20dB/decω0ω1ω3ω4CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例5：火炮方位角随动系统的设计。4.2.2改进I型系统ω20lgG(jω)-20dB/dec-40dB/dec-20dB/decω0ω1ω3ω4采用反馈校正。校正后开环传递函数：11GsGsGsHs1GsHs11GsHsCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例5：火炮方位角随动系统的设计。4.2.2改进I型系统ω20lgG(jω)-20dB/dec-40dB/dec-20dB/decω0ω1ω3ω211GsHsω4中频段：22010113232211Gssssss222311sHssCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020例5：火炮方位角随动系统的设计。4.2.2改进I型系统ω20lgG(jω)-20dB/dec-40dB/dec-20dB/decω0ω1ω3ω2ω4反馈校正特点：222311sHss反馈校正需要输出量的二阶导数；反馈回路带来了稳定性问题。CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020基本II型系统4.3II型系统基本II型系统是指只有一个转折频率的系统。其开环频率特性为21aTsGsKsωG(ω)1/T-40dB/dec-20dB/decω5ω42541aKT4KTCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020基本II型系统4.3基本II型系统闭环频率特性:4KT2/1/aaaaGsKsKTsGssTKsKTK12单位阶跃输入下输出的峰值1.31.22阻尼比0.50.707G(ω)1/T-40dB/dec-20dB/decω5ω412KCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020基本II型系统4.3基本II型系统应用场合:高精度、重载；高性能、低带宽（大系统）CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020相位滞后校正——串联校正4.4伺服系统的校正利用它的高频衰减特性来压低系统的带宽；在保持带宽不变的情况下提高系统的增益。大信号输入条件下，由于元件饱和引起等效增益下降，系统就变为不稳定——条件稳定系统。（所谓条件稳定系统是指增益只能在某一范围内才能稳定工作的系统）1,11TsDsTsCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020反馈校正——并联校正4.4伺服系统的校正与相位滞后校正实质上相同，可压低系统带宽；反馈校正特性不会受到负载的影响。哈尔滨工业大学控制与仿真中心