位置伺服控制系统优化方案

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：伺服控制系统是一种能够跟随输入指令信号进行控制的系统，也称随动控制系统。位置伺服控制系统用于机械的定位和定向控制，机器人、数控机床、雷达跟踪、舰船操舵等都大量使用电动机控制的位置伺服系统。位置闭环控制与调速系统的不同是其有位置检测和位置控制器。本章主要介绍步进电动机位置开环控制原理和伺服电动机位置闭环控制系统的组成和控制要求。

伺服控制系统是一种能够跟随输入指令信号进行控制的系统，也称随动控制系统。位置伺服控制系统用于机械的定位和定向控制，机器人、数控机床、雷达跟踪、舰船操舵等都大量使用电动机控制的位置伺服系统。图7.1所示是一个舰船操舵控制示意图，舵手操纵舵轮带动电位器RP₁的动臂转动θ^∗角，发出船舵位置指令，电位器RP₁将转角θ^∗转换为电信号U₁^∗。在船尾船舵上接有电位器RP₂，用以检测船舵的实际转角θ，电位器RP₂电压U₂与U₁^∗之差ΔU反映了船舵与转向指令的偏差（θ^∗-θ），ΔU经放大器、变流器控制电动机并经减速机带动船舵转动，在船舵转角与方向轮转角相同时，ΔU=0，船舵停止转动，舰船按舵手操控的方向前进，因此，这是一个位置单闭环控制系统。控制机器人关节运动的伺服器结构也可如图7.1，不过θ^∗是微机发出的机械臂移动指令，船舵是机械臂，伺服器的控制功率和电动机都小得多，以致电位器、放大器、变流器、电动机和减速器可以组装在一个不大的模块中。

图7.1 舰船操舵控制示意图

电气位置伺服控制系统与转速控制系统很相似，都用电动机拖动，一样有开环控制和闭环控制，位置开环控制常用的是步进电动机，位置闭环控制电动机可以是各种交、直流电动机。前面各章介绍的电动机控制方法，包括矢量控制和直接转矩控制在电气位置伺服控制系统中都有应用。位置闭环控制与调速系统的不同是其有位置检测和位置控制器。位置检测将位移变换为电信号，常用的位置检测器有线位移检测和角位移检测两类，这将在后面介绍。位置控制器常用比例（P）调节器，比例微分（PD）调节器，比例积分微分（PID）调节器。本章主要介绍步进电动机位置开环控制原理和伺服电动机位置闭环控制系统的组成和控制要求。

位置伺服控制系统优化方案

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