探究伺服系统动态参数:时间响应特性及其影响因素

本文主要介绍了伺服系统的五大动态参数。时间响应特性是反映系统对迅速变化的指令是否可以迅速跟踪的特性,它由瞬态响应和稳态响应两个部分组成。该系统包含多个储能元件…

时间响应特性是反映系统能否快速跟踪快速变化的指令的特性,由瞬态响应和稳态响应两部分组成。系统内含有多个储能元件,因此当输入传递到系统时,系统输出并不能立即跟随输入的变化,必须体现为一个瞬态响应过程(或过渡过程),系统才能达到稳定。稳态响应是指当增加的时间t趋于无穷大时,系统的输出状态。如果在稳态时,输出与输入不完全一致,则认为系统存在稳态误差。系统的时间响应特性不仅由系统结构和性能决定(如一阶系统与二阶系统就不同),还由输入信号的类型决定,并随不同的加工目标、不同的切削量而变化。尤其考虑启动、停止、正向、反向等控制条件,各坐标轴速度信号的变化极其复杂。

2. 频率响应特性

时间响应特性从微分方程出发,研究系统响应随时间变化的规律。即在已知传递函数的情况下,由系统在阶跃输入和斜坡输入时的响应速度和振荡过程求得动态特性参数。但很多情况下,传递函数具有模糊性,因此动态特性只能通过实验方法求得。所谓频率响应特性,是系统对正弦输入信号的反映,即通过考虑系统对正弦输入信号的响应规律来求得其动态特性。由于频率特性与传递函数关系密切,因此在工程中得到越来越多的应用。可将频率响应数据拟合到传递函数中,建立数学模型。

3.稳定性分析

控制系统的基本要求就是工作的稳定性,只有工作稳定了,性能指标才有进一步的发挥。系统的稳定性受很多因素的影响,包括机械传动部件的惯性、阻尼、刚度、传动比等。为了考察机械传动部件参数对系统稳定性的影响,根据稳定性判断公式编制了计算程序。

4. 快速性分析

所谓快速性分析是指分析系统的快速响应性能,快速性反映了系统的瞬态品质。

解释系统快速性的方法有很多,包括直接求解法、间接评估法和计算机仿真法。直接求解法比较麻烦,而且很难得到系统结构和参数对暂态质量的影响;计算机仿真很简单,也能应用于一些结构复杂、多变量系统、非线性系统等难以得到数学模型的系统,但需要一套软件和计算机条件。间接评估法比较简单,能明显看出系统结构和参数对暂态质量的影响,因此在系统分析与设计中得到广泛的应用。

对于直线进给伺服系统,由于其中包含各种电路、机电转换装置及机械传动机构,系统各环节均存在时间常数,对高频信号不能及时响应,仅为低通滤波器。该类系统带宽较宽,对高频信息响应较快,因此从开环频率特性图上看,应提高闭环电路的响应速度。

5.伺服精度

伺服精度的大小是用误差的大小来平衡的。伺服误差通常指伺服系统在稳定状态下指令位置与实际位置之间的差值,它反映了系统的稳态质量。理想的伺服系统是输出与输入在任何时候都同步而无误差,但这是不可能的。造成不同步的原因是多方面的,系统自身的动态特性、外部负载、内部扰动等都可能使实际位置偏离指令位置。

计算伺服误差,需要分别计算系统在输入信号和外加负载共同作用下的输出响应,然后根据线性系统的叠加原理,将所有响应叠加起来,即可知道实际位置,再用指令位置减去实际位置,即可得到伺服误差。

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