中文資料圓鋼送料機(jī)械手上下料機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)和控制手冊(cè) A4 章轉(zhuǎn)矩、速度和位置控制a4 1 一般原則4 1 1 理想的控制系統(tǒng)許多應(yīng)用程序存在一些必須控制跟隨參考量。例如 , 一個(gè)大型電機(jī)的速度可以 設(shè)置從一個(gè)低功率控制信號(hào)。這可以通過(guò)使用一個(gè)變速驅(qū)動(dòng)描述如下。理想情況下 , 引用之間的關(guān)系和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)該線性 , 速度應(yīng)該改變立即與變 化的參考。任何控制系統(tǒng)可以表示為圖 A4.1b, 輸入?yún)⒖夹盘?hào) ,傳遞函數(shù) F 和一個(gè)輸 出。為系統(tǒng)是理想，傳遞函數(shù)F是一個(gè)簡(jiǎn)單的常數(shù)，因此,輸出將會(huì)成正比的參考，沒(méi) 有延遲。a4 1 2 開(kāi)環(huán)控制不幸的是 , 傳遞函數(shù)的許多實(shí)際系統(tǒng)不是一個(gè)常數(shù) , 因此如果沒(méi)有任何形式的 反饋輸出正確的

2、非理想性質(zhì)的傳遞函數(shù) , 輸出并不遵循需求的要求。 使用 an172 控制 技術(shù)驅(qū)動(dòng)和控制手冊(cè)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)變速驅(qū)動(dòng)器 gdp1 為例 , 以下列舉了一些副作用 , 可 以發(fā)生在實(shí)際的系統(tǒng) :速度調(diào)節(jié)。輸出一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)是一個(gè)固定的頻率 , 是成正比的速度參考 , 所以頻率應(yīng)用到電機(jī)仍然是一個(gè)恒定的速度常數(shù)參考。這個(gè)馬達(dá)的速度滴作為負(fù)載 應(yīng)用由于滑移特性的電動(dòng)機(jī) , 所以速度不保持在所需的水平。不穩(wěn)定性。它是可能的在特定負(fù)載條件下和在特定頻率的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)在所 需的速度 , 即使應(yīng)用頻率是恒定的。 另一個(gè)不穩(wěn)定的主要來(lái)源在旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)是低損耗彈性聯(lián)軸器、軸。非線性。有許多可能

3、的來(lái)源的非線性。例如 , 如果電機(jī)連接到變速箱 , 速度的輸 出齒輪箱可能會(huì)受到反彈齒輪之間。變化與溫度。一些方面的系統(tǒng)傳遞函數(shù)可能隨溫度。例如 , 一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)差率隨電機(jī)升溫 , 所以對(duì)于一個(gè)給定的負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)速可以減少?gòu)拈_(kāi)始時(shí)速度電機(jī) 很冷。延遲。用一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)逆變器和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可以有一個(gè)延遲在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá) 到要求水平的改變之后速度參考。在非常簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序 , 如控制傳送帶的速度 ,這 種類型的延遲可能不是一個(gè)問(wèn)題。在更復(fù)雜的系統(tǒng) ,比如在機(jī)床軸 , 延誤有顯著影響 質(zhì)量的系統(tǒng)。這些只是一些副作用 , 可以生產(chǎn)如果一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)使用。一個(gè)方法 ,提高質(zhì) 量的控制器是使用一個(gè)測(cè)量

4、輸出量應(yīng)用一些反饋給閉環(huán)控制。a4 1 3 閉環(huán)控制簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)的部分 a4 1 2 可以替換為一個(gè)控制系統(tǒng)如圖 a4 2 。該控制系 統(tǒng)不僅提供了一種手段來(lái)糾正任何錯(cuò)誤在輸出變量, 但也使一個(gè)穩(wěn)定的響應(yīng)特性。電機(jī)軸的速度測(cè)量和比較速度參考給速度誤差。錯(cuò)誤修改了一個(gè)傳遞函數(shù)G給一個(gè)電流參考缺席我 *在輸入電流控制塊。 各種方法對(duì)電機(jī)的電流控制在本章中討論 然而, 現(xiàn)在它應(yīng)該假定 , 電機(jī)電流進(jìn)行控制可以給一個(gè)扭矩 ,是成正比的電流參考缺 席。如果馬達(dá)的速度從參考電平變化速度誤差是產(chǎn)生和轉(zhuǎn)矩應(yīng)用于負(fù)載改性使速度 回所需的水平。有必要選擇合適的傳遞函數(shù) G獲得必需的由于從閉環(huán)控制系統(tǒng)。這個(gè)函數(shù)可

5、以 是一個(gè)簡(jiǎn)單的增益 ,因此當(dāng)前參考我 *?Kp 補(bǔ)。這將給予某種程度的控制輸出速度 ,但 速度誤差必須有一個(gè)非零值如果任何扭矩需要持有電機(jī)速度。任何速度誤差隨時(shí)間積累 , 構(gòu)建了一個(gè)電流參考提供必要的扭矩。一個(gè)閉環(huán)控 制系統(tǒng), 比例和積分術(shù)語(yǔ)叫做 PI 控制器。雖然有許多類型的閉環(huán)控制器 ,PI 控制器 是最常用的 ,因?yàn)樗呛?jiǎn)單的實(shí)現(xiàn) ,rela-tively 容易設(shè)置和很好理解 , 大部分的工程 師。如果輸出達(dá)到參考在最短的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有任何尖峰 , 響應(yīng)被描述為極度阻尼。如果不是 accepta-ble 過(guò)度, 那么這是最好的可能的反應(yīng)給了最小延遲之間的 輸入和輸出系統(tǒng)。如果系統(tǒng)阻尼增加

6、,反應(yīng)遲鈍 ,被描述為阻尼。如果系統(tǒng)是欠阻尼響應(yīng)包括一些超調(diào)和振蕩引用可能需要安定下來(lái)之前。這些結(jié)果 ,這是一個(gè)簡(jiǎn)單的二階系統(tǒng) , 表明增加阻尼減少超調(diào) ,系統(tǒng)響應(yīng)慢。真 正的系統(tǒng)可以更復(fù)雜 ,增加阻尼并不總是給結(jié)果。這一步反應(yīng)可能是閉環(huán)系統(tǒng) , 改變 參考水平最低的時(shí)間是必需的。 在另階躍響應(yīng)可能顯示輸出變化對(duì)其他刺激 , 比如一 個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩過(guò)渡。 在這個(gè)情況下 , 響應(yīng)通常應(yīng)盡可能小。 閉環(huán)階躍響應(yīng)可以用來(lái)評(píng)估 性能當(dāng)控制系統(tǒng)是用于隔離。 然而 , 如果控制器本身是包含在另一個(gè)控制回路的封閉 系統(tǒng),重要的是要獲得和延遲 , 因?yàn)樗麄儠?huì)影響系統(tǒng)性能。增益和延遲可以按生產(chǎn)的 波德圖的增益和相位

7、一個(gè)響應(yīng)和頻率。一個(gè)理想的控制器將單位增益和零相移在所 有頻率;然而,在再保險(xiǎn)。這些效果是衡量系統(tǒng)的帶寬 ,通常定義為 23 分貝增益特性 的點(diǎn)。在例子中給出相應(yīng)的相位延遲的系統(tǒng)訂單。一階系統(tǒng)有延遲到23 日 ,458 分貝,和一個(gè)二階系統(tǒng)就像在你的案子有一個(gè)延遲至23日在 608分貝。相關(guān)運(yùn)輸延遲和數(shù)字系統(tǒng)可以進(jìn)一步延遲。在許多情況下 , 帶寬是指一個(gè)估計(jì)動(dòng)態(tài) 執(zhí)行性質(zhì)的一個(gè)控制系統(tǒng) ;換句話說(shuō),更高的帶寬、 性能越好。帶寬通常是 23分貝增 益特性 ,頻率的參考點(diǎn)的注意它的意義是非常重要的, 尤其是數(shù)字實(shí)現(xiàn) ,可能沒(méi)有說(shuō)明的質(zhì)量控制系統(tǒng)。 如果控制器是 ph 值包含在另一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

8、如果控制器是 包含在另一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的相位延遲是非常重要的。如果延遲太大可能有必要遵 循德曲調(diào)環(huán)保持穩(wěn)定。增益特性可能導(dǎo)致不可接受的超調(diào)。盡管現(xiàn)代變速傳動(dòng)裝置 包括很多功能 ,最基本的功能是控制驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 (或力), 或速度位置。在繼續(xù)之前 ,細(xì)節(jié) 的不同類型的變速驅(qū)動(dòng)函數(shù) , 控制理論對(duì)每個(gè)這些討論了數(shù)量。 一個(gè)位置控制系統(tǒng)如 圖 5 a4 。這包括一個(gè)內(nèi)部速度控制器 , 并在整個(gè)一年速度控制器有一個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)矩控 制器。它可以創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)確定控制器的位置機(jī)械轉(zhuǎn)矩應(yīng)用于負(fù)載直接沒(méi)有內(nèi)部循 環(huán)速度和轉(zhuǎn)矩。 然而, 位置控制器將需要能夠控制復(fù)雜的傳遞函數(shù)相結(jié)合的電動(dòng)機(jī)繞 組、機(jī)械載荷和速度的轉(zhuǎn)換。這

9、種方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是限制可以應(yīng)用于速度和轉(zhuǎn)矩 之間的距離或速度變化每個(gè)控制器。 只有當(dāng)系統(tǒng)需要控制速度、 位置控制器 , 當(dāng)一個(gè) 系統(tǒng)忽略了需要控制只有系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩、位置和速度控制器將被忽略。一個(gè)位置傳感器顯示提供反饋系 統(tǒng),但這可能是取代速度傳感器 , 或它可以省略完全 ,如下所示。位置信息所需的轉(zhuǎn)矩控制器功能在一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(見(jiàn)虛線 ) 。如果位置反饋提供反饋是派生的變化速度是速度比常規(guī)采樣周期。無(wú)傳感器方案可能會(huì)速度和 轉(zhuǎn)矩控制交流電動(dòng)機(jī) , 在這種情況下 , 傳感器不是必需的。位置反饋不是必要的轉(zhuǎn)矩 控制器在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng) , 所以一個(gè)速度反饋裝置 , 如速度速度傳感器可用于提供反饋 控

10、制器。再一次 , 無(wú)傳感器方案可能不會(huì)在一個(gè)速度反饋裝置是必需的。a4 2 2 轉(zhuǎn)矩控制A 轉(zhuǎn)矩控制器為一個(gè)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī) , 或一個(gè)力控制器為一個(gè)線性馬達(dá) , 是基本的內(nèi) 循環(huán)的大多數(shù)變速驅(qū)動(dòng)器。 只有轉(zhuǎn)矩控制是這里討論的 , 但原則也適用于對(duì)一個(gè)線性 應(yīng)用力控制。為了解釋原則的轉(zhuǎn)矩控制 ,簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在圖 a4 6 作為一個(gè) 例子。分析轉(zhuǎn)矩控制在一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)可以在完全相同的方式, 提供適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換是進(jìn)行扭矩需求或引用 (Te *) 是由轉(zhuǎn)矩控制器轉(zhuǎn)換成電流在電動(dòng)機(jī)電樞 , 電動(dòng)機(jī)本身 將電流轉(zhuǎn)化成扭矩。(b) 電流控制驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)荷。圖 A4.6b 顯示系統(tǒng)要求轉(zhuǎn)換成電機(jī)電流的轉(zhuǎn)矩的參考

11、。扭矩參考（Te *）是第一次變成了一個(gè)電流參考（ia *）包括了尺度效應(yīng)的電動(dòng)機(jī)通量。汽車流量,控制電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流（如果）,通常是減少?gòu)钠漕~定水平更高的速度當(dāng)終端電壓 會(huì)超過(guò)最大可能的輸出電壓的電源電路沒(méi)有這種調(diào)整。電流限制然后被用于電流參 考以便所需電流不超過(guò)卡帕能力的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)前的參考（限于最高級(jí)別）成為輸入的PI控制器。電等效電路的電機(jī)由一個(gè)電阻 （Ra）, 個(gè)電感（La）和反電動(dòng)勢(shì),通量和速度 成正比單獨(dú)的PI控制器可以成功地控制電流在這個(gè)電路 ，因?yàn)殡S著速度的增加，電壓 需要克服反電動(dòng)勢(shì)將pro二的積分術(shù)語(yǔ)。積分控制是可能相對(duì)較慢，所以以提高性能 在瞬態(tài)速度變化電壓前饋詞相當(dāng)于包括

12、Kevc /裝箱。合并后的輸出的 PI控制器和 電壓前饋術(shù)語(yǔ)形成參考電壓 （va *）,以應(yīng)對(duì)這個(gè)電源電路應(yīng)用一個(gè)電壓 （va）到電動(dòng) 機(jī)的電路提供一個(gè)電流（ia）。當(dāng)前的測(cè)量，傳感器和用作反饋的電流控制器。以及線性組件如圖a4 6、電流控制回路在一個(gè)數(shù)字驅(qū)動(dòng)包括樣品延誤以及電源 電路造成的延遲。在實(shí)踐中，控制器的響應(yīng)是由比例增益。特別是，如果一個(gè)電壓前饋使用的術(shù)語(yǔ)，積分詞很少影響瞬態(tài)響應(yīng)。它是有用的了解閉環(huán)傳遞函數(shù)的轉(zhuǎn)矩控制器（即。Te / Te *）這樣的反應(yīng)，一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)矩控制器，或效果的一種內(nèi)在的轉(zhuǎn)矩控制器在外層循環(huán)如一個(gè)速度控制器，可以預(yù)測(cè)。為響應(yīng)是由系統(tǒng)延遲它是適當(dāng)?shù)拇黹]環(huán)響應(yīng)作

13、為簡(jiǎn)單的收益和一個(gè)單位增益?zhèn)鬏斞舆t。扭矩可以在 N m引用，但它是更傳統(tǒng)的使用價(jià)值一定比例的額定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。傳遞函數(shù)當(dāng)轉(zhuǎn)矩控制器是單獨(dú)使用。Kt是電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)在 N m A21。如果扭矩控制器是用于外部速度控制器一個(gè)稍微不同的表示必須使用,如圖A4.7b。速度控制器pro揮拳扭矩值的參考資料，統(tǒng)一對(duì)應(yīng)于一個(gè)指定的當(dāng)前水平的大小或評(píng)級(jí)的驅(qū)動(dòng)。從控制角度來(lái)看這是不重要的是否這是最大電流能力的驅(qū)動(dòng)，額定電流或一些其他的水平。使用的實(shí)際水平 定義為Kc（安培數(shù)）,并應(yīng)包括在傳遞函數(shù)如圖所示。這些簡(jiǎn)單的模型允許驅(qū)動(dòng)用戶預(yù)測(cè)性能的一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)矩控制器或轉(zhuǎn)矩控制器和一個(gè)外速度環(huán)。a4 2 3通量控制電機(jī)磁

14、通和因此電動(dòng)機(jī)端電壓為給定的速度來(lái)定義通量產(chǎn)生電流。在一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。pre-viously使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)通量水平設(shè)置的勵(lì)磁電流，如果。流量控制器（圖a4 8）包括一個(gè)內(nèi)部電流環(huán)和一個(gè)外循環(huán)，維持額定通汽車直到電樞端電壓達(dá)到最大限度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加高于額定速度然后控制勵(lì)磁電流，因此通量，因此電樞電壓保持在所需的最大水平。扭矩和流量控制器都顯示在一個(gè)簡(jiǎn)化的形式在圖a4 9。都有一種內(nèi)在的電流控制器,生成一個(gè)參考電壓和電源電路，轉(zhuǎn)換到當(dāng)前。系統(tǒng)顯示是一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)， 但基于矢量變換可以用來(lái)模擬這一交流電動(dòng)機(jī)和形式的依據(jù)矢量控制交流電機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)。a4 2 4速度控制a4 2 4 1 基本

15、速度控制閉環(huán)速度控制可以通過(guò)應(yīng)用一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)矩控制器PI控制器在前面描述的。對(duì)于本分析假定負(fù)載是一個(gè)慣性J,扭矩Td,與速度（摩擦忽略不計(jì)）。由此產(chǎn)生的系與轉(zhuǎn)矩控制器，它是有用的了解的閉環(huán)響應(yīng)，響應(yīng)的一個(gè)獨(dú)立的速度控制器，或 效果的一種內(nèi)在的速度控制器在一個(gè)外環(huán)的位置可以被預(yù)測(cè)。如果一個(gè)溫和的反應(yīng) 是需要速度控制器是沒(méi)有顯著地受到系統(tǒng)延遲，和一個(gè)線性傳遞函數(shù)如方程 (a4 4)可以使用。所有的常量在這些方程和帶來(lái)的延遲當(dāng)前控制器通常是提供給用戶，以便計(jì)算和/或模擬可進(jìn)行性能預(yù)測(cè)的速度控制器。除了提供所需的閉環(huán)階躍響應(yīng)，它是重要為系統(tǒng)能夠防止不必要的運(yùn)動(dòng)的結(jié)果 應(yīng)用扭矩瞬態(tài)。這可能是由于負(fù)載突然

16、應(yīng)用或由于不均勻的負(fù)載。能夠防止不必要 的運(yùn)動(dòng)稱為剛度。這個(gè) com-plianee角的系統(tǒng)是一個(gè)衡量剛度和將在稍后討論(a4 24 2)。隨著阻尼系數(shù)的增加，閉環(huán)反應(yīng)過(guò)度降低，響應(yīng)速度提高。閉環(huán)響應(yīng)包括10%超越與阻尼因子的團(tuán)結(jié)，因?yàn)槟甏姆肿?。術(shù)語(yǔ)隨著阻尼系數(shù)的增加，過(guò)度的反應(yīng)降低，轉(zhuǎn)矩tran瞬變響應(yīng)變慢。在這種情況 下沒(méi)有年代術(shù)語(yǔ)在分子和反應(yīng)包括無(wú)超調(diào)與阻尼系數(shù)的統(tǒng)一。這似乎從這些結(jié)果，更高的比例增益，因此阻尼因子越高越反應(yīng)；然而,結(jié)果到 目前為止假設(shè)一個(gè)理想的轉(zhuǎn)矩控制器和沒(méi)有額外的不必要的延誤。在一個(gè)真正的數(shù) 字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)延誤給圖a4 12可能存在。一個(gè)延遲包含代表樣本期為速度測(cè)量，但

17、這僅僅是相關(guān)的，如果速度反饋是源自一個(gè)位置反饋裝置如一個(gè)編碼器和測(cè)量作為一個(gè) 變化的位置在一個(gè)固定的采樣周期。不必要的延遲的影響可以看到在閉環(huán)階躍響應(yīng)為一個(gè)真正的系統(tǒng)如圖a4 13 o在每種情況下的響應(yīng)有更多比真實(shí)系統(tǒng)超調(diào)的理想系統(tǒng)。如果阻尼因子設(shè)置為團(tuán)結(jié) 那么過(guò)度可能是可以接受的，但一個(gè)阻尼系數(shù)1.25響應(yīng)相當(dāng)振蕩和可能是不可接受 的o不必要的延遲的影響更加顯著耽擱的時(shí)間越久，也隨著設(shè)置帶寬的增加速度控制器。額外的延遲的影響可以看到波德圖的閉環(huán)響應(yīng)的速度控制器設(shè)置給統(tǒng)一阻尼因子（圖a4 14）。頻率在23分貝點(diǎn)的增益特性明顯增加了從理想的速度控制器，而頻率在608點(diǎn)的相位特性幾乎不變。如果這

18、是被用來(lái)作為一個(gè)獨(dú)立的控制器的增益 特性可以用來(lái)預(yù)測(cè)帶寬，但應(yīng)該指出的是，增益大于團(tuán)結(jié)在一些頻率。通常帶寬基于 增益特性是唯一的帶寬，是引用，因?yàn)檫@使得性能似乎是更好的，在這種情況下2 000 rad s21。然而,如果速度控制器是被包含在一個(gè)外部位置控制器，帶寬不必要的延遲性能的限制速度控制器。大自然的qua ntised速度反饋當(dāng)它來(lái)源于一個(gè)位置傳感器位置的變化在一個(gè)固定的采樣周期也可以限制這種。一個(gè)高的比例增益在速度控制 器，因此高帶寬，產(chǎn)生高頻轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲從quantised速度反饋。a4 2 4 2設(shè)置速度控制器收益所提供的負(fù)載慣性是已知的，可以選擇比例和積分上漲速度控制器，根據(jù)所