有機(jī)結(jié)合的分析與設(shè)計

有機(jī)結(jié)合的分析與設(shè)計第1頁/共94頁2

在進(jìn)行機(jī)電伺服系統(tǒng)設(shè)計時，首先要了解被控對象的特點(diǎn)和對系統(tǒng)的具體要求，通過調(diào)查研究制訂出系統(tǒng)的設(shè)計方案。該方案通常只是一個初步的輪廓，包括系統(tǒng)主要元部件的種類、各部分之間的連接方式、系統(tǒng)的控制方式、所需能源形式、校正補(bǔ)償方法，以及信號轉(zhuǎn)換的方式等。有了初步設(shè)計方案就要進(jìn)行定量的分析計算，分析計算包括穩(wěn)態(tài)設(shè)計計算和動態(tài)設(shè)計計算。穩(wěn)態(tài)設(shè)計包括使系統(tǒng)的輸出運(yùn)動參數(shù)達(dá)到技術(shù)要求、執(zhí)行元件(如電動機(jī))的參數(shù)選擇、功率（或轉(zhuǎn)矩）的匹配及過載能力的驗(yàn)算、各主要元部件的選擇與控制電路設(shè)計、信號的有效傳遞、各級增益的分配、各級之間阻抗的匹配和抗干擾措施等，并為后面動態(tài)設(shè)計中的校正補(bǔ)償裝置的引入留有余地。第2頁/共94頁3圖1.4機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）基本組成第3頁/共94頁4

初步確定系統(tǒng)的主回路各部分特性、參數(shù)，便可著手建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，為系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計做好準(zhǔn)備。

主要是設(shè)計校正補(bǔ)償裝置，使系統(tǒng)滿足動態(tài)技術(shù)指標(biāo)要求，通常要進(jìn)行計算機(jī)仿真，或借助計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計。

通過上述理論設(shè)計計算，完成的還僅是一個較詳細(xì)的設(shè)計方案，這種工程設(shè)計計算一般是近似的，只能作為工程實(shí)踐的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的實(shí)際電路及實(shí)際參數(shù)，往往要通過樣機(jī)的試驗(yàn)與調(diào)試，才能最后確定下來。這并不等于以上設(shè)計計算是多余的，因經(jīng)過設(shè)計計算后確定的方案，考慮了機(jī)電參數(shù)的有機(jī)結(jié)合與匹配，這對工程實(shí)踐是必需的，這有利于減少盲目性和加快樣機(jī)的調(diào)試與電路參數(shù)的確定。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化系統(tǒng)的自動化程度越來越高。為滿足人們生活和生產(chǎn)安全、可靠地使用要求，在機(jī)電一體化有機(jī)結(jié)合分析與設(shè)計過程中，必須充分注意其可靠性、安全性設(shè)計要求。穩(wěn)態(tài)設(shè)計動態(tài)設(shè)計第4頁/共94頁5

第二節(jié)機(jī)電有機(jī)結(jié)合之一——

機(jī)電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計考慮方法位置控制系統(tǒng)和速度控制系統(tǒng)的被控對象作機(jī)械運(yùn)動時，該被控對象就是系統(tǒng)的負(fù)載，它與系統(tǒng)執(zhí)行元件的機(jī)械傳動聯(lián)系有多種形式。機(jī)械運(yùn)動是組成機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要組成部分，它們的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)特性與整個系統(tǒng)的性能關(guān)系極大。被控對象(簡稱負(fù)載)的運(yùn)動形式有直線運(yùn)動、回轉(zhuǎn)運(yùn)動、間歇運(yùn)動等，具體的負(fù)載往往比較復(fù)雜，為便于分析，常將它分解為幾種典型負(fù)載，結(jié)合系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律再將它們組合起來，使定量設(shè)計計算得以順利進(jìn)行。一、典型負(fù)載第5頁/共94頁61.典型負(fù)載分析

所謂典型負(fù)載是指慣性負(fù)載、外力負(fù)載、彈性負(fù)載、摩擦負(fù)載(滑動摩擦負(fù)載、粘性摩擦負(fù)載、滾動摩擦負(fù)載等)。對具體系統(tǒng)而言，其負(fù)載可能是以上幾種典型負(fù)載的組合，不一定均包含上述所有負(fù)載項目。在設(shè)計系統(tǒng)時，應(yīng)對被控對象及其運(yùn)動作具體分析，從而獲得負(fù)載的綜合定量數(shù)值，為選擇與之匹配的執(zhí)行元件及進(jìn)行動態(tài)設(shè)計分析打下基礎(chǔ)。第6頁/共94頁72.負(fù)載的等效換算

被控對象的運(yùn)動，有的是直線運(yùn)動，如機(jī)床的工作臺X、Y及Z軸，機(jī)器人臂部的升降、伸縮運(yùn)動，繪圖機(jī)的X、Y方向運(yùn)動；也有的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，如機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)、工作臺的回轉(zhuǎn)、機(jī)器人關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動等。執(zhí)行元件與被控對象有直接連接的，也有通過傳動裝置連接的。執(zhí)行元件的額定轉(zhuǎn)矩(或力、功率)、加減速控制及制動方案的選擇，應(yīng)與被控對象的固有參數(shù)(如質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量等)相互匹配。因此，要將被控對象相關(guān)部件的固有參數(shù)及其所受的負(fù)載(力或轉(zhuǎn)矩等)等效換算到執(zhí)行元件(k)的輸出軸上，即計算其輸出軸承受的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩(回轉(zhuǎn)運(yùn)動)或計算等效質(zhì)量和等效力(直線運(yùn)動)。第7頁/共94頁8第8頁/共94頁9以機(jī)床工作臺的伺服進(jìn)給系統(tǒng)為例。下圖所示的系統(tǒng)由個移動部件和個轉(zhuǎn)動部件組成。、和分別為移動部分的質(zhì)量（kg）、運(yùn)動速度（m/s）和所受的負(fù)載力（N）；、和分別為轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量（）、轉(zhuǎn)速（或）和所受負(fù)載轉(zhuǎn)矩（）。1）求等效轉(zhuǎn)動慣量。該系統(tǒng)運(yùn)動部件的動能總和為：設(shè)等效到執(zhí)行元件輸出軸上的總動能為：第9頁/共94頁10由于，故：用工程上常用單位時，可改寫上式如下：式中，——執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)速（r/min）.2）求等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩

。設(shè)上述系統(tǒng)在時間t內(nèi)克服負(fù)載所做功的總和為：同理，執(zhí)行元件輸出軸在時間t內(nèi)的轉(zhuǎn)角為則，執(zhí)行元件所作的功為：，又故：采用工程單位又：第10頁/共94頁11等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩

：等效負(fù)載慣量

：等效阻尼系數(shù)

：等效彈簧剛度

：結(jié)論：機(jī)械傳動系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)動慣量、質(zhì)量、阻尼系數(shù)、彈性系數(shù)由低速端向高速端轉(zhuǎn)換時需要除以傳動比的平方?；貞洠簷C(jī)械傳動系統(tǒng)中，速度、位移、加速度由低速端向高速端轉(zhuǎn)換時需要乘以傳動比；力、轉(zhuǎn)矩由低速端向高速端轉(zhuǎn)換時需要除以傳動比。第11頁/共94頁12第12頁/共94頁13第13頁/共94頁14

二、執(zhí)行元件的匹配選擇

伺服系統(tǒng)是由若干元部件組成的，其中有些元部件已有系列化商品供選用。為降低機(jī)電一體化系統(tǒng)的成本，縮短設(shè)計與研制周期，應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)化零部件。擬定系統(tǒng)方案時，首先確定執(zhí)行元件的類型，然后根據(jù)技術(shù)條件的要求進(jìn)行綜合分析，選擇與被控對象及其負(fù)載相匹配的執(zhí)行元件。下面以電動機(jī)的匹配選擇為例簡要說明執(zhí)行元件的選擇方法。被控對象由電動機(jī)驅(qū)動，因此，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率等參數(shù)應(yīng)和被控對象的需要相匹配，如冗余量大，易使執(zhí)行元件價格高，使機(jī)電一體化系統(tǒng)的成本升高，市場競爭力下降，在使用時，冗余部分用戶用不上，易造成浪費(fèi)。如果選用的執(zhí)行元件的參數(shù)數(shù)值偏低，將達(dá)不到使用要求。所以，應(yīng)選擇與被控對象的需要相適應(yīng)的執(zhí)行元件。第14頁/共94頁151）系統(tǒng)執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)矩匹配設(shè)伺服進(jìn)給系統(tǒng)執(zhí)行元件輸出軸所承受的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為，等效慣性負(fù)載轉(zhuǎn)矩為，則電動機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：考慮到機(jī)械的總傳動效率時，則有：以機(jī)床工作臺的伺服進(jìn)給系統(tǒng)為例，運(yùn)動軸所采用的執(zhí)行元件（電動機(jī)）的額定轉(zhuǎn)速基本上應(yīng)該是系統(tǒng)所需最大轉(zhuǎn)速；額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于（考慮機(jī)械損失）所需的最大轉(zhuǎn)矩，即大于等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩與等效慣性負(fù)載轉(zhuǎn)矩之和。第15頁/共94頁16第16頁/共94頁172）系統(tǒng)執(zhí)行元件的功率匹配（直流、交流伺服電動機(jī)）預(yù)選電動機(jī)的估算功率可由下式確定式中，——電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速（r/min）；

——電動機(jī)的最高角速度（rad/s）；

——考慮電動機(jī)、減速器等的功率系數(shù)，一般1.2～2。在功率預(yù)選后，需要進(jìn)行過熱、過載驗(yàn)算。第17頁/共94頁18（a）過熱驗(yàn)算：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為變量時，應(yīng)用等效法求其等效轉(zhuǎn)矩，在電動機(jī)磁通近似不變時，有：預(yù)選電動機(jī)的估算功率可由下式確定式中，，——時間間隔，在此時間間隔內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩分別為，。則所選電動機(jī)的不過熱的條件為：式中——電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；——電動機(jī)的額定功率；

——由等效轉(zhuǎn)矩?fù)Q算的電動機(jī)功率,。其中為電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。第18頁/共94頁19（b）過載驗(yàn)算：應(yīng)使得瞬時最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩的比值不大于某一系數(shù)，即式中，——電動機(jī)的過載系數(shù)。第19頁/共94頁20

三、減速比的匹配選擇與各級減速比的分配

減速比主要根據(jù)負(fù)載性質(zhì)、脈沖當(dāng)量和機(jī)電一體化系統(tǒng)的綜合要求來選擇確定，既要使減速比達(dá)到一定條件下最佳，同時又要滿足脈沖當(dāng)量與步距角之間的相應(yīng)關(guān)系，還要同時滿足最大轉(zhuǎn)速要求等。當(dāng)然要全部滿足上述要求是非常困難的。第20頁/共94頁21（a）使加速度最大的選擇方法，當(dāng)輸入信號變化快、加速度又很大時，應(yīng)使得：（b）使速度最大的選擇方法，當(dāng)輸入信號近似恒值，即加速度很小時，應(yīng)使得：其中，——電動機(jī)的粘性摩擦系數(shù)；——負(fù)載的粘性摩擦系數(shù)。（c）滿足送進(jìn)系統(tǒng)傳動基本要求的選擇方法。即滿足脈沖當(dāng)量、步距角和絲桿基本導(dǎo)程之間的匹配關(guān)系：。（d）減速器輸出軸角誤差最小原則，即最小。（e）對速度和加速度均有一定要求的時，按照（a）選擇減速比i，然后驗(yàn)算是否滿足，式中的為負(fù)載的最大角速度；為電動機(jī)輸出的角速度。第21頁/共94頁22

執(zhí)行元件與機(jī)械傳動系統(tǒng)確定之后，需要根據(jù)所擬系統(tǒng)的初步方案，選擇和設(shè)計系統(tǒng)的其余部分，把初步方案逐步具體化。各部分的設(shè)計計算，必須從系統(tǒng)總體要求出發(fā)，考慮相鄰部分的廣義接口、信號的有效傳遞(防干擾措施)、輸入／輸出的阻抗匹配?？傊拐麄€系統(tǒng)在各種運(yùn)行條件下，達(dá)到各項設(shè)計要求。伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計就是要從兩頭入手，即首先從系統(tǒng)應(yīng)具有的輸出能力及要求出發(fā)，選定執(zhí)行元件和傳動裝置;其次是從系統(tǒng)的精度要求出發(fā)，選擇和設(shè)計檢測裝置及信號的前向和后向通道；最后通過動態(tài)設(shè)計計算，設(shè)計適當(dāng)?shù)男Ｕa(bǔ)償裝置、完善電源電路及其他輔助電路，從而達(dá)到機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計要求。檢測傳感裝置的精度(即分辨力)、不靈敏區(qū)等要適應(yīng)系統(tǒng)整體的精度要求，在系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)，其輸入／輸出應(yīng)具有固定的線性特性，信號的轉(zhuǎn)換要迅速及時，信噪比要大，裝置的轉(zhuǎn)動慣量及摩擦阻力矩要盡可能小，性能要穩(wěn)定可靠等。信號轉(zhuǎn)換接口電路應(yīng)盡量選用商品化的集成電路，要有足夠的輸入／輸出通道，不僅要考慮與傳感器輸出阻抗的匹配，還要考慮與放大器的輸入阻抗符合匹配要求。伺服系統(tǒng)放大器的設(shè)計與選擇主要考慮以下幾個問題：

四、檢測傳感裝置、信號轉(zhuǎn)換接口電路、放大電路及電源等的匹配選擇與設(shè)計第22頁/共94頁23（a)功率輸出級必須與所用執(zhí)行元件匹配，其輸出電壓、電流應(yīng)滿足執(zhí)行元件的容量要求，不僅要滿足執(zhí)行元件額定值的需要，而且還應(yīng)該能夠保證執(zhí)行元件短時過載、短時快速的要求?？傊敵黾壍妮敵鲎杩挂?，效率要高,時間常數(shù)要小。（b）放大器應(yīng)為執(zhí)行元件(如電動機(jī))的運(yùn)行狀態(tài)提供適宜條件。例如：為大功率電動機(jī)提供制動條件，為力矩電動機(jī)或永磁式直流電動機(jī)的電樞電流提供限制保護(hù)措施。（c）放大器應(yīng)有足夠的線性范圍，以保證執(zhí)行元件的容量得以正常發(fā)揮。（d）輸入級應(yīng)能與檢測傳感裝置相匹配。即它的輸入阻抗要大，以減輕檢測傳感裝置的負(fù)荷。（e）放大器應(yīng)具有足夠的放大倍數(shù)，其特性應(yīng)穩(wěn)定可靠，便于調(diào)整。第23頁/共94頁24

伺服系統(tǒng)的能源（特別是電源)支持：在一個系統(tǒng)中，所需電源一般很難統(tǒng)一，特別是放大器的電源常常為適應(yīng)各放大級的不同需要而進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計。但是最關(guān)鍵的還是動力電源，它常常制約系統(tǒng)方案的形式。系統(tǒng)對電源的穩(wěn)定度和對頻率的穩(wěn)定度都有一定要求，設(shè)計時要注意不要讓干擾信號從電源引入，所使用電源應(yīng)具有足夠的保護(hù)措施，如過電壓保護(hù)、掉電保護(hù)、過電流保護(hù)、短路保護(hù)等?？垢蓴_措施有濾波、隔離、屏蔽等。此外，要有為系統(tǒng)服務(wù)的自檢電路、顯示與操作裝置?？傊?，系統(tǒng)設(shè)計牽涉的知識面較廣，每一個環(huán)節(jié)均要給予充分注意。第24頁/共94頁25五、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及主諧振頻率的計算

在穩(wěn)態(tài)設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用所選元、部件的有關(guān)參數(shù)，可以繪制出系統(tǒng)框圖，并根據(jù)自動控制理論基礎(chǔ)課程所學(xué)知識建立各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，進(jìn)而建立系統(tǒng)傳遞函數(shù)?，F(xiàn)以工作臺閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)為例，分析在不同控制方式下傳遞函數(shù)的建立方法。

1.半閉環(huán)控制方式下圖a為檢測傳感器裝在絲杠端部的半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。第25頁/共94頁26半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如下圖b所示。第26頁/共94頁27上圖的傳遞函數(shù)為:第27頁/共94頁28第28頁/共94頁292.全閉環(huán)控制方式第29頁/共94頁30第30頁/共94頁31第31頁/共94頁32第32頁/共94頁33第33頁/共94頁343.工作臺進(jìn)給系統(tǒng)的主諧振頻率對于帶非剛性軸的傳動系統(tǒng)，上述完整的傳遞函數(shù)必然是高階的。而在控制系統(tǒng)應(yīng)用中，往往感興趣的是機(jī)械傳動系統(tǒng)的主諧振頻率。現(xiàn)就其主諧振頻率的求法分析如下：第34頁/共94頁35第35頁/共94頁36第36頁/共94頁37第37頁/共94頁38根據(jù)上面拉氏變換得到的方程，可畫出如下圖所示的簡化系統(tǒng)框圖。通過系統(tǒng)框圖的進(jìn)一步簡化可得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為第38頁/共94頁39第39頁/共94頁40第40頁/共94頁41第41頁/共94頁42第42頁/共94頁43第43頁/共94頁44第44頁/共94頁45第45頁/共94頁46第三節(jié)機(jī)電有機(jī)結(jié)合之二——機(jī)電一體化系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計考慮方法機(jī)電一體化系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計只是初步確定了系統(tǒng)的主回路，還很不完善。在穩(wěn)態(tài)設(shè)計基礎(chǔ)上所建立的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型一般不能滿足系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的要求，甚至是不穩(wěn)定的。為此，必須進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計。系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計包括：選擇系統(tǒng)的控制方式和校正(或補(bǔ)償)形式，設(shè)計校正裝置，將其有效地連接到穩(wěn)態(tài)設(shè)計階段所設(shè)計的系統(tǒng)中去，使補(bǔ)償后的系統(tǒng)成為穩(wěn)定系統(tǒng)，并滿足各項動態(tài)指標(biāo)的要求。一、機(jī)電伺服系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計第46頁/共94頁47伺服系統(tǒng)常用的控制方式為反饋控制方式(即誤差控制方式)，也可采用前饋和反饋相結(jié)合的復(fù)合控制等方式。它們各具特點(diǎn)，需要按被控對象的具體情況和要求，從中選擇一種適宜的方式。同樣，校正形式也多種多樣，設(shè)計者需要結(jié)合穩(wěn)態(tài)設(shè)計所得到系統(tǒng)的組成特點(diǎn)，從中選擇一種或幾種校正形式，這是進(jìn)行定量計算分析的前提。具體的定量分析計算方法很多，每種方法都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和不足。而工程上常用對數(shù)頻率法即借助波德（Bode)圖和根軌跡方法進(jìn)行設(shè)計，這些方法作圖簡便，概念清晰，應(yīng)用廣泛。

對數(shù)頻率法即波德圖法，主要適用于線性定常最小相位系統(tǒng)。系統(tǒng)以單位反饋構(gòu)成閉環(huán)，若主反饋系統(tǒng)不為l（單位反饋），則需要等效成單位反饋的形式來處理。這是因?yàn)樵摲椒ㄖ饕孟到y(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性進(jìn)行設(shè)計，必須將各項設(shè)計指標(biāo)反映到波德圖上，并畫出一條能滿足要求的系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性，并與原始系統(tǒng)(穩(wěn)態(tài)設(shè)計基礎(chǔ)上建立的系統(tǒng))的開環(huán)對數(shù)幅頻特性相比較，找出所需補(bǔ)償(或校定)裝量的對數(shù)幅頻特性。然后根據(jù)此特性來設(shè)計校正(或補(bǔ)償)裝置，將該裝置有效地連接到原始系統(tǒng)的電路中去，使校正(或補(bǔ)償)后的開環(huán)對數(shù)幅頻特性基本上與所希望系統(tǒng)的特性相一致。這就是動態(tài)設(shè)計的一般考慮方法和步驟。第47頁/共94頁48

二、系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法在研究機(jī)電伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性時，一般先根據(jù)系統(tǒng)組成建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(即原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型)，不易用理論方法求解的可用實(shí)驗(yàn)方法建立。進(jìn)而可以根據(jù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)(響應(yīng)的快速性和振蕩)及系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。當(dāng)系統(tǒng)有輸入或受到外部干擾時，其輸出必將發(fā)生變化，由于系統(tǒng)中總是含有一些慣性或蓄能元件，其輸出量也不能立即變化到與外部輸入或干擾相對應(yīng)的值，也就是說需要有一個變化過程，這個變化過程即為系統(tǒng)的過渡過程。

當(dāng)系統(tǒng)在階躍信號作用下，過渡過程大致有以下三種情況：①系統(tǒng)的輸出按指數(shù)規(guī)律上升，最后平穩(wěn)地趨于穩(wěn)態(tài)值；②系統(tǒng)的輸出發(fā)散，即沒有穩(wěn)態(tài)值，此時系統(tǒng)是不穩(wěn)定的；③系統(tǒng)的輸出雖然有振蕩，但最終能趨于穩(wěn)態(tài)值。

第48頁/共94頁49

當(dāng)系統(tǒng)在階躍信號作用下，過渡過程大致有以下三種情況：①系統(tǒng)的輸出按指數(shù)規(guī)律上升，最后平穩(wěn)地趨于穩(wěn)態(tài)值；②系統(tǒng)的輸出發(fā)散，即沒有穩(wěn)態(tài)值，此時系統(tǒng)是不穩(wěn)定的；③系統(tǒng)的輸出雖然有振蕩，但最終能趨于穩(wěn)態(tài)值。

當(dāng)系統(tǒng)的過渡過程結(jié)束后，其輸出值達(dá)到與輸出相對應(yīng)的穩(wěn)定狀態(tài)，此時系統(tǒng)的輸出值與目標(biāo)值之差稱為穩(wěn)態(tài)誤差。具體表征系統(tǒng)動態(tài)特性好壞的定量指標(biāo)就是系統(tǒng)過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)，在時域內(nèi)，這種品質(zhì)指標(biāo)一般用單位階躍響應(yīng)曲線（如圖所示）中的參數(shù)來表示，即第49頁/共94頁50圖7.151.PID調(diào)節(jié)器及其傳遞函數(shù)第50頁/共94頁51第51頁/共94頁52第52頁/共94頁53第53頁/共94頁542.調(diào)節(jié)作用分析第54頁/共94頁55第55頁/共94頁56第56頁/共94頁57第57頁/共94頁58第58頁/共94頁59第59頁/共94頁60第60頁/共94頁61第61頁/共94頁623.速度反饋校正第62頁/共94頁63第63頁/共94頁64第64頁/共94頁65三、機(jī)械結(jié)構(gòu)彈性變形對系統(tǒng)的影響1.結(jié)構(gòu)諧振的影響

傳動系統(tǒng)因彈性變形而產(chǎn)生的振動，稱為結(jié)構(gòu)諧振(或機(jī)械諧振)。為了使問題簡化，在分析系統(tǒng)時，常假定系統(tǒng)中的機(jī)械裝置為絕對剛體，即無任何結(jié)構(gòu)變形。實(shí)際上，機(jī)械裝置并非剛體，而具有柔性。其物理模型是質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)。例如機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，床身、電動機(jī)、減速箱、各傳動軸都有不同程度的彈性變形，并具有一定的固有諧振頻率。但對于一般要求不高且控制系統(tǒng)的頻帶也比較窄，只要傳動系統(tǒng)設(shè)計的剛度較大，結(jié)構(gòu)諧振頻率通常遠(yuǎn)大于閉環(huán)上限頻率，故結(jié)構(gòu)諧振問題并不突出。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對控制系統(tǒng)的精度和響應(yīng)快速性要求愈來愈高，這就必須提高控制系統(tǒng)的頻帶寬度，從而可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)諧振頻率逐漸接近控制系統(tǒng)的帶寬，甚至可能落到帶寬之內(nèi)，使系統(tǒng)產(chǎn)生自激振蕩而無法工作，或使機(jī)構(gòu)損壞。第65頁/共94頁66第66頁/共94頁67第67頁/共94頁68第68頁/共94頁69第69頁/共94頁70第70頁/共94頁71第71頁/共94頁72第72頁/共94頁73