伺服系統(tǒng)動態(tài)設計

1、 分析、設計伺服系統(tǒng)的方法主要包括分析、設計伺服系統(tǒng)的方法主要包括時域法時域法和和頻頻域法域法， 在時間領域中，利用解微分方程和根軌跡法來在時間領域中，利用解微分方程和根軌跡法來研究控制系統(tǒng)性能的方法，統(tǒng)稱為時域法。研究控制系統(tǒng)性能的方法，統(tǒng)稱為時域法。 頻率響應頻率響應(頻率特性頻率特性)是系統(tǒng)在受到不同頻率的是系統(tǒng)在受到不同頻率的正弦信號作用時，描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出和輸入間正弦信號作用時，描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出和輸入間關系的數(shù)學模型，它即能反映系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，關系的數(shù)學模型，它即能反映系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，同時也包含了系統(tǒng)的動態(tài)性能。其優(yōu)點是不需要同時也包含了系統(tǒng)的動態(tài)性能。其優(yōu)點是不需要把輸出量變化

2、全過程計算出來，就能分析系統(tǒng)中把輸出量變化全過程計算出來，就能分析系統(tǒng)中各個參量與系統(tǒng)性能的關系，在工程實踐中應用各個參量與系統(tǒng)性能的關系，在工程實踐中應用廣泛。廣泛。三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計設系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：設系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計nnnnmmmmasasasabsbsbsbsG11101110)(js nnnnmmmmajajajabjbjbjbjG)()()()()()()(11101110 寫成實部與虛部的形式：寫成實部與虛部的形式：)()()()()(jejGjvujGjs 三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計其中，其中，)(

3、)()(22vujG)sin()(tXtx)()(arctan)(uv幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性已知系統(tǒng)的頻率特性，當系統(tǒng)的輸入為正弦信號時，已知系統(tǒng)的頻率特性，當系統(tǒng)的輸入為正弦信號時，容易求得輸出為：容易求得輸出為：)(sin()()(tjGXty 1. 對數(shù)頻率特性曲線（對數(shù)頻率特性曲線（Bode圖）圖） Bode圖包括圖包括對數(shù)幅頻特性曲線對數(shù)幅頻特性曲線和和對數(shù)相頻特性曲對數(shù)相頻特性曲線線，兩者的橫坐標即頻率坐標是按頻率的對數(shù)（以，兩者的橫坐標即頻率坐標是按頻率的對數(shù)（以10為底）進行分度的，所以對頻率來講，橫坐標是為底）進行分度的，所以對頻率來講，橫坐標是不均勻的。在橫坐標上

4、，角頻率變化倍數(shù)常用頻程不均勻的。在橫坐標上，角頻率變化倍數(shù)常用頻程表示。所謂頻程是指高頻與低頻頻率比的對數(shù)，因表示。所謂頻程是指高頻與低頻頻率比的對數(shù)，因為為lg10=1，因此角頻率變化，因此角頻率變化10倍，在橫坐標上的距倍，在橫坐標上的距離相差離相差1個單位，即橫坐標上的每等分格叫做一個個單位，即橫坐標上的每等分格叫做一個10倍頻程，以倍頻程，以dec(decade)表示。表示。三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計 對數(shù)幅頻特性縱坐標以值表示，其定義對數(shù)幅頻特性縱坐標以值表示，其定義 對數(shù)相頻特性曲線的縱坐標是相角的度數(shù)，對數(shù)相頻特性曲線的縱坐標是相角的度數(shù)， 取不同得取不同得 ，求

5、得，求得L(),(),L(),(),做出的圖即為做出的圖即為 BODE BODE圖。圖。三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計)(lg20)(jGL)()(arctan)(uv 2. 穩(wěn)定性判據(jù)與穩(wěn)定裕量穩(wěn)定性判據(jù)與穩(wěn)定裕量 對數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)是用開環(huán)頻率特性曲線來對數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)是用開環(huán)頻率特性曲線來判斷系統(tǒng)閉環(huán)的穩(wěn)定性，這在實際工程中是很有判斷系統(tǒng)閉環(huán)的穩(wěn)定性，這在實際工程中是很有實用價值的。實用價值的。 (1) 對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù) 用開環(huán)頻率特性判別系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的條件為用開環(huán)頻率特性判別系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的條件為三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計oL180)(, 0)(

6、oL180)(, 0)(三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計 (2) 穩(wěn)定性裕量穩(wěn)定性裕量 在系統(tǒng)開環(huán)頻率特在系統(tǒng)開環(huán)頻率特性中引入一個穩(wěn)定性性中引入一個穩(wěn)定性裕量來衡量系統(tǒng)的相裕量來衡量系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。對穩(wěn)定性。 相位裕量相位裕量 增益裕量增益裕量三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計)(180)180()(gcoogcM)(lg20pcMAG4. 系統(tǒng)的校正系統(tǒng)的校正 按照校正裝置在系統(tǒng)中的聯(lián)接方法，可把校按照校正裝置在系統(tǒng)中的聯(lián)接方法，可把校正分為串聯(lián)校正和并聯(lián)校正。正分為串聯(lián)校正和并聯(lián)校正。(1) 串聯(lián)校正串聯(lián)校正 校正裝置串聯(lián)在前向通道中稱為串聯(lián)校正。校正裝置串聯(lián)在前向通道中

7、稱為串聯(lián)校正。如圖所示，串聯(lián)校正裝置一般都放在前向通道如圖所示，串聯(lián)校正裝置一般都放在前向通道的前端，以減小功率消耗。的前端，以減小功率消耗。三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計(2) 并聯(lián)校正并聯(lián)校正 按校正環(huán)節(jié)的并聯(lián)方式，并聯(lián)校正可分為反饋校正和按校正環(huán)節(jié)的并聯(lián)方式，并聯(lián)校正可分為反饋校正和順饋校正。下圖所示反饋校正是從系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)的輸出中取順饋校正。下圖所示反饋校正是從系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)的輸出中取出信號，經過校正網絡加到該環(huán)節(jié)前面某一環(huán)節(jié)的輸入端，出信號，經過校正網絡加到該環(huán)節(jié)前面某一環(huán)節(jié)的輸入端，并與那里的輸入信號疊加，從而改變信號的變化規(guī)律，實現(xiàn)并與那里的輸入信號疊加，從而改變信號的變化規(guī)律，實現(xiàn)對系統(tǒng)校正的目的。應用比較多的是對系統(tǒng)的部分環(huán)節(jié)建立對系統(tǒng)校正的目的。應用比較多的是對系統(tǒng)的部分環(huán)節(jié)建立局部負反饋。局部負反饋。三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計三、伺服系統(tǒng)動態(tài)設計 下圖所示順饋校