机电系统建模与仿真--ch5

第五章伺服系统的设计与仿真——概述5.1概述•伺服系统的设计要求动静态指标、结构合理性、伺服驱动元件的类型、传感器的精度、控制器的类型等。•伺服系统的设计任务驱动元件选型、驱动方案设计、传感器选型、传感检测方案设计、伺服系统建模、伺服控制器设计等。第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真5.2.1直流电动机伺服控制系统的模型•基本模型：直流电动机dd,ddaaaaaemadILRIVCJCIMtt第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真•电动机驱动惯性—摩擦负载模型Be=Bm+BL/i2Je=Jm+JL/i2第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真•电动机驱动惯性—摩擦—弹性负载模型第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真5.2.2直流速度伺服系统设计及仿真•直流调速系统为使电流环达到无稳态误差，选用比例-积分电流调节器1iiiiKsGss第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真•系统的传递函数在Gi(s)中令i=TaTa=La/Ra——电动机电气时间常数Tm=JRa/CeCm——电动机机电时间常数为使电流环具有快速瞬变性质，令21niweiwarmagniwemaasGsKKCKKTsVsTTsKGsKKCTsRTs11iwaiwammaaaKKRKKRTTTTTs1iwaaenaiwamriwaaegnaiwamKKRRCGsTsKKRTssVsKKRRCKGsTsKKRTs第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真•电流环的作用选择比例-积分速度调节器，以使稳态速度误差为0定义K0=KgKnKiKw/(nCe)存在电流环时，反电势的作用可忽略1nnnnKsGss3200111gnmairmnaKssTTTVssTssKTK第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真5.2.3直流位置伺服系统设计及仿真•位置随动系统采用比例-微分位置控制器相敏放大器描述为一阶惯性环节采用比例速度控制器，并与PWM功放合并为比例环节Kn1dccppKKGsKsK111KTs第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真附例I：关节力矩控制系统•系统模型220ddddLsBsmmmmemgssBMKJBMfMnKtt第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真•力矩传感器的模型Ks——传感器的扭转刚度Ecd——传感器系统输出电压E0——传感器系统电源电压——应变片敏感的应变——应变片粘接在轴上后的应变系数00eeseJGlMMKJGl000,2errMlJG000000,,22cdRGeRGErGFErGFEEGFKMKKKJGlGFdxdx1sin22第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真•系统方框图二阶系统第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真附例II：自动导引车•系统原理第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真•驾驶几何关系及驾驶马达sinsinyWayaWa22222224hhCLhuCLhLhLh11eamCUTs第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真•运动学分析——驾驶角——转弯角速度,sinVVWWPcoscoscossinLVVVyVVP0coscoscosLVVV0cossincosyVV100tanconst,,WR000sinsinsincosVVV第五章伺服系统的设计与仿真——基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真•系统综合天线置于驱动轮正前方（a0）是系统稳定的必要条件，降低车速可增加系统阻尼，提高运行可靠性。22432121212amedmeeeysRVCCWaWVMsaVTssKKsKKsKKCCWCW