數(shù)字交流伺服系統(tǒng)實驗報告

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1、數(shù)字交流伺服系統(tǒng)實驗報告學院：機械工程學院學號：YJX1101028姓名：馬玉華數(shù)字交流伺服系統(tǒng)實驗報告（標題宋體，3號，加黑，段前段后0.5行）一、實驗目的（宋體，小4，加黑，段后0.5行）通過實驗深入理解伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)結構及工作原理，掌握伺服系統(tǒng)的控制器設計與系統(tǒng)調(diào)試方法。（正文：宋體，5號，單倍行距）二、實驗內(nèi)容及結果1.對系統(tǒng)進行理論分析1)數(shù)字伺服伺服系統(tǒng)又稱“隨動系統(tǒng)”，是屬于自動化體系中控制的一種，它是由若干元件和部件組成的、具有功率放大作用的一種自動控制系統(tǒng)，它的輸出量總是相當精確地跟隨輸入量的變化而變化，或者說，它的輸

2、出量總是復現(xiàn)輸入量。它通常是具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，有的場合也可以采用開環(huán)控制系統(tǒng)來實現(xiàn)其功能。隨著技術的進步和整個工業(yè)的不斷發(fā)展，伺服驅動技術也取得了極大的進步，伺服系統(tǒng)已經(jīng)進入了全數(shù)字化和交流化的時代。隨動系統(tǒng)的基本職能是對信號進行功率放大，保證有足夠的能量推動負載（被控對象）按輸入信號的規(guī)律運動（即輸出），并使得輸入與輸出之間的偏差不超過允許的誤差范圍。也有一部分伺服系統(tǒng)還必須完成一定距離的自動追蹤任務。數(shù)字伺服控制系統(tǒng)是一種以數(shù)字處理器或計算機為控制器去控制具有連續(xù)工作狀態(tài)的被控對象的閉環(huán)控制系統(tǒng)。因此，數(shù)字伺服控制系統(tǒng)包括工

3、作于離散狀態(tài)下的數(shù)字計算機和和工作于連續(xù)狀態(tài)下的被控對象兩大部分。由于數(shù)字控制系統(tǒng)的具有一系列的優(yōu)越性，但主要體現(xiàn)在數(shù)字化的實現(xiàn)，將原來有的硬件伺服控制變成了軟件伺服控制，從而使在伺服系統(tǒng)中應用現(xiàn)代控制理論的先進算法如最優(yōu)控制、人工智能、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡等，成為可能。此外也使得整個伺服系統(tǒng)更加集成化、網(wǎng)絡化、智能化和模塊化。數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的輸出可以使各種不同的物理量，如速度（包括角速度）控制、位置（包括轉角）控制、和運動軌跡控制。其組成部分主要有測量元件、給定元件、比較元件、放大元件、執(zhí)行元件和校正元件等。由系統(tǒng)所給的仿真控制圖可

4、以知道系統(tǒng)屬于位置控制系統(tǒng)。其整體分析可知系統(tǒng)有電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)構成的三環(huán)位置控制系統(tǒng)，其整體控制框圖可以如下圖所示：圖1位置控制系統(tǒng)的結構框圖并且由系統(tǒng)所給定的系統(tǒng)的仿真圖可知，系統(tǒng)的速度控制和電流控制部分都已經(jīng)完成，在本次設計中只需要對位置控制部分的設計控制算法就可。其主要包括控制結構的選擇和參數(shù)的選取。2）控制結構的選擇數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的分類方式有很多種，按不同的分類方法會得到不同名稱的數(shù)字伺服控制系統(tǒng)。但由于本實驗是為了做出位置外環(huán)的控制部分算法，所以這里介紹按照系統(tǒng)控制方式的分法。然后根據(jù)其優(yōu)缺點和試驗系統(tǒng)的需要來選取適

5、合的控制方式。按照系統(tǒng)控制方式來分類，可以分為誤差控制的數(shù)字伺服控制系統(tǒng)和復合控制系統(tǒng)。分別介紹如下。誤差控制的數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，其主要特點是系統(tǒng)的快慢取決于誤差信號的大小。當系統(tǒng)的誤差信號為零時（即系統(tǒng)輸出量與輸入給定量完全相等時），系統(tǒng)便處于靜止狀態(tài)。其基本結構形式可以用下圖來表示：圖2誤差控制的數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的基本結構形式誤差測量裝置又稱比較元件或敏感元件，其作用是將系統(tǒng)的輸入和輸出之間的差值隨時的測量出來，并將誤差信號轉換成電信號送入放大裝置。放大裝置將誤差電壓進行必要的變換和功率放大之后，驅動執(zhí)行元件，使執(zhí)行元件通過減速器拖

6、動被控對象，按照輸入信號的規(guī)律運動。校正裝置的作用是補償系統(tǒng)中存在的電磁與機電慣性所引起的滯后作用，是系統(tǒng)的輸出信號能瞬時跟隨輸入信號的變化，以滿足系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)的要求。按誤差控制的隨動系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能。當系統(tǒng)受到外部干擾，是輸出量偏離輸入量時，通過負反饋作用，使誤差測量裝置的輸出的誤差電壓，執(zhí)行元件推動被控對象回到與輸入相對應的位置，即將系統(tǒng)輸出量自動的調(diào)整到允許的誤差范圍內(nèi)，這是按誤差控制（又稱反饋控制）的極大優(yōu)點。但其缺點也很明顯，是負反饋削弱了系統(tǒng)的放大倍數(shù)，降低了系統(tǒng)的快速性，且系統(tǒng)精度的進一步提高也受到這種結構形式的

7、制約，因為提高精度需要增大系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)和增加積分環(huán)節(jié)，這樣又會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。復合控制系統(tǒng)，即按照輸入信號微分和系統(tǒng)誤差綜合控制的系統(tǒng)。它的特點是系統(tǒng)的運動取決于輸入信號的變化率（包括輸入速度和加速度）和系統(tǒng)誤差信號的綜合作用。復合控制系統(tǒng)的基本結構形式可以用小下圖來表示：圖3復合控制系統(tǒng)的基本控制結構如果按系統(tǒng)誤差及輸入信號的一階或一階與二階微分來控制系統(tǒng)，則可以大大的提高系統(tǒng)的精度與快速性，而又不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保留了單純按照誤差控制的全部優(yōu)點。這就是復合控制系統(tǒng)，為了詳細的表示出復合系統(tǒng)這種優(yōu)勢，可以做如下推導：在按誤差控

8、制的閉環(huán)系統(tǒng)基礎上并聯(lián)一個輸入信號n階微分的正順饋通道，則組成了復合控制系統(tǒng)。即系統(tǒng)的執(zhí)行元件受系統(tǒng)誤差信號和輸入信號的n階微分綜合控制，如下圖所示，圖中是系統(tǒng)輸入信號，是系統(tǒng)的輸出信號，Wr(S)是n階微