第四章：伺服系统的动态设计.pptx

第四章第四章 伺服系统的动态设计伺服系统的动态设计 4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 4.1.1 4.1.1 动态设计概述动态设计概述 4.1.2 4.1.2 系统品质与系统特性系统品质与系统特性 4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.2.1 4.2.1 用用BodeBode图分析的要求条件图分析的要求条件 4.2.2 4.2.2 简单简单BodeBode图分析图分析 4.2.3 4.2.3 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.3 4.3 补偿环节传递函数的求取补偿环节传递函数的求取 4.3.1 4.3.1 串联补偿环节传递函数的求取串联补偿环节传递函数的求取 4.3.2 4.3.2 负反馈补偿的设计负反馈补偿的设计 4.3.3 4.3.3 降低灵敏度的设计降低灵敏度的设计 4.3.4 4.3.4 前馈补偿环节传递函数的求取前馈补偿环节传递函数的求取 4.3.5 4.3.5 型系统的设计型系统的设计 4.4 4.4 补偿装置的实现补偿装置的实现 4.4.1 4.4.1 直流补偿装置的实现直流补偿装置的实现 4 4.1 1.1 1 动动 态态 设设 计计 概概 述述4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则信信 号号 转转 换换电电 路路 输输 出出信信 号号 输输 入入 放放 大大 装装 置置执执 行行 机机 构构被被 控控 对对 象象检检 测测 装装 置置补补 偿偿 装装 置置u 动动态态设设计计步步骤骤 绘绘制制希希望望特特性性 设设 计计 校校 正正 环环 节节 将将 校校 正正 环环 节节 有有 效效 的的 连连 接接 到到 系系 统统 中中u 应应用用方方法法：主主要要应应用用开开环环对对数数频频率率法法。条条 件件：线线性性系系统统：单单位位反反馈馈，最最小小相相位位系系统统 非非线线性性系系统统：可可用用简简单单的的描描述述函函数数法法表表达达第四章第四章 伺服系统的动态设计伺服系统的动态设计 4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 4.1.1 4.1.1 动态设计概述动态设计概述 4.1.2 4.1.2 系统品质与系统特性系统品质与系统特性 4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.2.1 4.2.1 用用BodeBode图分析的要求条件图分析的要求条件 4.2.2 4.2.2 简单简单BodeBode图分析图分析 4.2.3 4.2.3 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.3 4.3 补偿环节传递函数的求取补偿环节传递函数的求取 4.3.1 4.3.1 串联补偿环节传递函数的求取串联补偿环节传递函数的求取 4.3.2 4.3.2 负反馈补偿的设计负反馈补偿的设计 4.3.3 4.3.3 降低灵敏度的设计降低灵敏度的设计 4.3.4 4.3.4 前馈补偿环节传递函数的求取前馈补偿环节传递函数的求取 4.3.5 4.3.5 型系统的设计型系统的设计 4.4 4.4 补偿装置的实现补偿装置的实现 4.4.1 4.4.1 直流补偿装置的实现直流补偿装置的实现 4 4.1 1.2 2 系系 统统 品品 质质 与与 系系 统统 特特 性性4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则系系统统品品质质：衡衡量量系系统统工工作作质质量量好好坏坏并并变变成成 可可 以以 计计 量量 的的 品品 质质 指指 标标。稳稳态态品品质质指指标标：稳稳态态精精度度。动动态态品品质质指指标标（过过渡渡过过程程）最最大大超超调调量量%过过渡渡过过程程时时间间ts 振振荡荡次次数数N系系统统特特性性：指指系系统统本本身身的的特特性性，如如阶阶数数、型型 数、开数、开 环环 增增 益益 等等 等。等。u 系系统统特特性性与与稳稳态态精精度度的的关关系系4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 稳稳态态精精度度：用用稳稳态态误误差差的的数数值值来来衡衡量量。稳稳态态误误差差的的求求解解：c c erW(s)根根据据终终值值定定理理可可求求解解稳稳态态误误差差：注注意意：此此定定理理的的条条件件是是sE(s)在在s平平面面虚虚轴轴上上和和右右半半平平面面上上无无极极点点，即即系系统统必必须须是是渐渐进进稳稳定定的的！u 输输入入信信号号的的类类型型4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 阶跃信号：阶跃信号：斜坡（等速）信号：斜坡（等速）信号：抛抛物物线线（等等加加速速）信信号号：正正弦弦信信号号（谐谐波波信信号号）：4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则u 各各种种输输入入信信号号下下稳稳态态误误差差的的大大小小 阶阶跃跃、斜斜坡坡、抛抛物物线线信信号号输输入入：0 0型型型型型型ec型型R（s）0004.1 4.1 动态设计原则动态设计原则从从Bode图图 上上 看看：系系 统统 稳稳 态态 误误 差差 与与20lg|W(j20lg|W(j)|)|低低频频段段渐渐近近线线的的斜斜率率(型型)及及它它(或或延延长长线线)在在=1处处的的分分贝贝数数有有关关。L()=1 正正弦弦输输入入信信号号4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则输输 入入:r(t)=asinrt若若20lg20lg|W(j|W(j r r)|)|的的分分贝贝数数越越高高，|W(j|W(j r r)|)|的的值值越越大大，|(j(j r r)|)|越越接接近近1 1，那那么么稳稳态态误误差差就就越越小小。由由于于r r一一般般为为低低频频，所所以以看看2 0 l g|W(j2 0 l g|W(j r r)|)|低低 频频 段段 分分 贝贝 数数。输输出出:y(t)=a|(jr)|si n(rt+)小小结结4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 对对于于阶阶跃跃、斜斜坡坡、抛抛物物线线三三种种信信号号输输入入，稳稳态态误误差差不不仅仅与与输输入入信信号号的的形形式式和和大大小小有有关关，还还与与系系统统开开环环增增益益K的的大大小小和和包包含含积积分分环节的数目有关。环节的数目有关。对对 于于 正正 弦弦 输输 入入：稳稳 态态 误误 差差 与与=r时时20lg|W(j20lg|W(j r r)|)|的的 分分 贝贝 数数 有有 关关，即即 低低 频频 段段20lg|W(j20lg|W(j r r)|)|的的 分分 贝贝 数数 相相 关关。从从频频率率响响应应特特性性来来看看，与与20lg|W(j)|低低频频段段渐渐近近线线斜斜率率及及它它（或或渐渐近近线线）在在=1处处的分贝数有关。的分贝数有关。系系统统特特性性与与超超调调量量%的的关关系系4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则%频域频域MMp pNyquist平面平面MMp pNichols平面平面MMp p开环频率特性开环频率特性20lg|WW（j j)|u 系系统统特特性性与与其其过过渡渡过过程程品品质质的的关关系系 时时域域分分析析：Mp与与%的的关关系系 对对于于无无零零点点二二阶阶系系统统：引引入入谐谐振振峰峰Mp=对对于于高高阶阶系系统统：当当其其MMp p4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则|(j j)|m a x=乃乃奎奎斯斯特特（Nyquist)平平面面分分析析 （Mp与与W(j)零零极极点点分分布布的的关关系系）4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 NyquistNyquist平平 面面 回回 顾顾平平 面面 回回 顾顾横横坐坐标标为为实实部部横横坐坐标标为为实实部部u u，纵纵坐坐标标为为虚虚部部，纵纵坐坐标标为为虚虚部部jvjv构构成成构构成成NyquistNyquist平平面面。平平面面。等等等等MM圆圆圆圆在在在在NyquistNyquist平平面面上上，平平面面上上，当当M为为 定定 值值 时时，4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则当当当当MM不同值时，为一族不同心、不同半径的圆，即等不同值时，为一族不同心、不同半径的圆，即等不同值时，为一族不同心、不同半径的圆，即等不同值时，为一族不同心、不同半径的圆，即等MM圆。圆。圆。圆。令令令令V=0V=0，ujv4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则ujv在在NyquistNyquist平平 面面 上上，与与WW（j j)曲曲 线线 相相 切切 的的M圆圆值值，就就是是系系统统的的谐谐振振峰峰值值MMp p。由由 图图可可 见见，要要 使使 超超 调调 量量 小小，则则 需需 相相 角角 裕裕 量量大大。每每 个个MM圆圆 所所 要要 求求 的的 最最 大大 相相 角角 贮贮 量量max则则 系系 统统 相相 角角 贮贮 量量 尼尼柯柯尔尔斯斯平平面面分分析析4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 Nichols平平 面面 简简 介介以以开开环环幅幅频频特特性性A和和幅幅角角为为坐坐标标，折折算算到到对对数数坐坐标标上上去去，横横坐坐标标为为，纵纵坐坐标标为为20lgA构构成成 N i c h o l s平平 面面。20lgA()Nichols平平面面M圆圆族族4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则20lgA()()ujvL LM ML Lm m20lgA()()()20lgA()cmujv4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则W(jW(j)-90-900 0-180-1800 0-20dB/dec-40dB/dec-20dB/dec从从从从NicholsNichols平平 面面平平 面面MM圆圆族族可可以以看看出出，它它们们正正好好对对应应系系圆圆族族可可以以看看出出，它它们们正正好好对对应应系系统统开开环环对对数数幅幅频频特特性性统统开开环环对对数数幅幅频频特特性性L(L()=20lg|W(j)=20lg|W(j)|)|与与与与0dB0dB相相 交交相相 交交的的中中频频段段。从从图图上上可可见见，为为保保证证系系统统有有足足够够的的的的中中频频段段。从从图图上上可可见见，为为保保证证系系统统有有足足够够的的相相角角裕裕量量相相角角裕裕量量，系系统统中中频频段段的的斜斜率率必必须须是是，系系统统中中频频段段的的斜斜率率必必须须是是-20dB/dec-20dB/dec，且它沿横坐标的跨度应不小于且它沿横坐标的跨度应不小于且它沿横坐标的跨度应不小于且它沿横坐标的跨度应不小于 Mp与开开环环频频率率特特性性20lg|W(j)|的的关关系系()20lgA()cm-90-900 0-180-1800 0-20dB/dec-40dB/dec-20dB/decLmLMh小小结结4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则为为 减减 小小%：1、系系统统中中频频段段特特性性必必须须为为-20dB/dec，才才 能能 保保 证证 系系 统统 相相 角角 裕裕 量量 1/sinMp 2、系系统统中中频频段段特特性性沿沿纵纵坐坐标标的的上上下下跨跨度度 应不小于应不小于 LM和和Lm界限。界限。3、为为 减减 小小%，可可以以延延长长中中频频段段特特性性 -20dB/dec的的长长度度，尤尤其其是是上上部部的的长长度度。系系统统特特性性与与过过渡渡过过程程时时间间ts的的关关系系4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则为为减减小小t ts s,应应增增大大c c，即即使使穿穿越越频频率率尽尽量量靠靠右右！总总结结4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则1 1、影影响响系系统统稳稳态态精精度度的的主主要要因因素素是是开开环环增增益益K和和包包含含积积分分环环节节的的数数目目，即即稳稳态态精精度度主主要要取取决决于于系系统统低低频频段段特特性性。2 2、影影响响系系统统过过渡渡过过程程品品质质的的主主要要因因素素是是系系统统开开环环幅幅频频特特性性中中频频段段的的位位置置和和形形状状，它它们们都都与与系系统统的的开开环环增增益益和和开开环环零零极极点点的的分分布布状状况况特特有有关关。%与与中中频频段段长长度度有有关关，ts与与c的的大大小小有有关关。第四章第四章 伺服系统的动态设计伺服系统的动态设计 4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 4.1.1 4.1.1 动态设计概述动态设计概述 4.1.2 4.1.2 系统品质与系统特性系统品质与系统特性 4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.2.1 4.2.1 用用BodeBode图分析的要求条件图分析的要求条件 4.2.2 4.2.2 简单简单BodeBode图分析图分析 4.2.3 4.2.3 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.3 4.3 补偿环节传递函数的求取补偿环节传递函数的求取 4.3.1 4.3.1 串联补偿环节传递函数的求取串联补偿环节传递函数的求取 4.3.2 4.3.2 负反馈补偿的设计负反馈补偿的设计 4.3.3 4.3.3 降低灵敏度的设计降低灵敏度的设计 4.3.4 4.3.4 前馈补偿环节传递函数的求取前馈补偿环节传递函数的求取 4.3.5 4.3.5 型系统的设计型系统的设计 4.4 4.4 补偿装置的实现补偿装置的实现 4.4.1 4.4.1 直流补偿装置的实现直流补偿装置的实现 4 4.2 2.1 1 4 4.2 2.1 1 用用用用B Bo od de eB Bo od de e图图 分分 析析 的的 要要 求求 条条 件件图图 分分 析析 的的 要要 求求 条条 件件4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制1、系系统统应应为为最最小小相相位位系系统统；2、系系统统应应为为单单位位反反馈馈系系统统；第四章第四章 伺服系统的动态设计伺服系统的动态设计 4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 4.1.1 4.1.1 动态设计概述动态设计概述 4.1.2 4.1.2 系统品质与系统特性系统品质与系统特性 4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.2.1 4.2.1 用用BodeBode图分析的要求条件图分析的要求条件 4.2.2 4.2.2 简单简单BodeBode图分析图分析 4.2.3 4.2.3 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.3 4.3 补偿环节传递函数的求取补偿环节传递函数的求取 4.3.1 4.3.1 串联补偿环节传递函数的求取串联补偿环节传递函数的求取 4.3.2 4.3.2 负反馈补偿的设计负反馈补偿的设计 4.3.3 4.3.3 降低灵敏度的设计降低灵敏度的设计 4.3.4 4.3.4 前馈补偿环节传递函数的求取前馈补偿环节传递函数的求取 4.3.5 4.3.5 型系统的设计型系统的设计 4.4 4.4 补偿装置的实现补偿装置的实现 4.4.1 4.4.1 直流补偿装置的实现直流补偿装置的实现 4 4.2 2.2 2 4 4.2 2.2 2 简简 单单简简 单单B Bo od de eB Bo od de e图图 分分 析析图图 分分 析析4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制L（）1/T20lgKL（）1/TKV L（）1/T第四章第四章 伺服系统的动态设计伺服系统的动态设计 4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 4.1.1 4.1.1 动态设计概述动态设计概述 4.1.2 4.1.2 系统品质与系统特性系统品质与系统特性 4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.2.1 4.2.1 用用BodeBode图分析的要求条件图分析的要求条件 4.2.2 4.2.2 简单简单BodeBode图分析图分析 4.2.3 4.2.3 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.3 4.3 补偿环节传递函数的求取补偿环节传递函数的求取 4.3.1 4.3.1 串联补偿环节传递函数的求取串联补偿环节传递函数的求取 4.3.2 4.3.2 负反馈补偿的设计负反馈补偿的设计 4.3.3 4.3.3 降低灵敏度的设计降低灵敏度的设计 4.3.4 4.3.4 前馈补偿环节传递函数的求取前馈补偿环节传递函数的求取 4.3.5 4.3.5 型系统的设计型系统的设计 4.4 4.4 补偿装置的实现补偿装置的实现 4.4.1 4.4.1 直流补偿装置的实现直流补偿装置的实现 4 4.2 2.3 3 4 4.2 2.3 3 希希 望望 特特 性性 的的 绘绘 制制希希 望望 特特 性性 的的 绘绘 制制4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制系统通常给定技术指标要求系统通常给定技术指标要求：m、m、em、ec、ev、ea、%、ts原原始始系系统统开开环环传传递递函函数数：W0(s)rc假设系统做等效正弦运动：假设系统做等效正弦运动：C C =m m sinsin i i t t e e =e em msinsin(i it+t+)m m =m m2 2/m m i i =m m/m m希希望望特特性性绘绘制制的的步步骤骤4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制1 1、稳稳态态指指标标：(1 1)精精 度度 点点(2 2)精精 度度 点点 界界 限限3 3、绘绘制制原原始始特特性性：4 4、希希望望特特性性：(1 1)超超调调量量指指标标(2 2)过过渡渡过过程程ts指指 标标2 2、电电机机饱饱和和界界限限：u 稳稳 态态 指指 标标4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 精精度度点点L（）iL（）i 精精度度界界限限4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制L（）iu 电电 机机 饱饱 和和 界界 限限k 饱饱和和点点 饱饱和和界界限限4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制L（）iku 原原始始特特性性的的绘绘制制4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制L（）i1/T11/T2L（）i1/T11/T2 过过渡渡过过程程指指标标ts4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制u 希希 望望 特特 性性 的的 绘绘 制制4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 超超调调量量指指标标%M p（6 6-3 3）L（）i1/T11/T2LMLmhu 相相 角角 裕裕 量量 估估 算算其中：其中：l：l c的极点的极点 p：p c的极点的极点 t：t c的零点的零点由由 估算估算Mp，若，若Mp过大，就需重过大，就需重画希望特性。画希望特性。4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制绘绘制制希希望望特特性性总总结结4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 稳稳态态品品质质要要求求为为 满满 足足 系系 统统 稳稳 态态 精精 度度 的的 要要 求求，系系统统 希希 望望 特特 性性 的的 低低 频频 段段 要要 满满 足足 精精 度度点点 和和 精精 度度 界界 限限 的的 要要 求求。动动态态品品质质要要求求为为满满足足系系统统动动态态品品质质的的要要求求，系系统统希希望望特特 性性 的的 中中 频频 段段 要要 满满 足足 和和 的要求。的要求。电电机机饱饱和和界界限限第四章第四章 伺服系统的动态设计伺服系统的动态设计 4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 4.1.1 4.1.1 动态设计概述动态设计概述 4.1.2 4.1.2 系统品质与系统特性系统品质与系统特性 4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.2.1 4.2.1 用用BodeBode图分析的要求条件图分析的要求条件 4.2.2 4.2.2 简单简单BodeBode图分析图分析 4.2.3 4.2.3 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.3 4.3 补偿环节传递函数的求取补偿环节传递函数的求取 4.3.1 4.3.1 串联补偿环节传递函数的求取串联补偿环节传递函数的求取 4.3.2 4.3.2 负反馈补偿的设计负反馈补偿的设计 4.3.3 4.3.3 降低灵敏度的设计降低灵敏度的设计 4.3.4 4.3.4 前馈补偿环节传递函数的求取前馈补偿环节传递函数的求取 4.3.5 4.3.5 型系统的设计型系统的设计 4.4 4.4 补偿装置的实现补偿装置的实现 4.4.1 4.4.1 直流补偿装置的实现直流补偿装置的实现 4 4.3 3.1 1 串串联联补补偿偿环环节节传传递递函函数数的的求求取取4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制W1(s)W2(s)rcL()1/T11/T21/T31/T4右右图图所所示示例例子子：Lx()L0()Wc(s)第四章第四章 伺服系统的动态设计伺服系统的动态设计 4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 4.1.1 4.1.1 动态设计概述动态设计概述 4.1.2 4.1.2 系统品质与系统特性系统品质与系统特性 4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.2.1 4.2.1 用用BodeBode图分析的要求条件图分析的要求条件 4.2.2 4.2.2 简单简单BodeBode图分析图分析 4.2.3 4.2.3 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.3 4.3 补偿环节传递函数的求取补偿环节传递函数的求取 4.3.1 4.3.1 串联补偿环节传递函数的求取串联补偿环节传递函数的求取 4.3.2 4.3.2 负反馈补偿的设计负反馈补偿的设计 4.3.3 4.3.3 降低灵敏度的设计降低灵敏度的设计 4.3.4 4.3.4 前馈补偿环节传递函数的求取前馈补偿环节传递函数的求取 4.3.5 4.3.5 型系统的设计型系统的设计 4.4 4.4 补偿装置的实现补偿装置的实现 4.4.1 4.4.1 直流补偿装置的实现直流补偿装置的实现 4 4.3 3.2 2 负负 反反 馈馈 补补 偿偿 的的 设设 计计4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制W1(s)W2(s)W3(s)rcWf(s)右右图图所所示示例例子子：4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制L()1/T41/T11/T31/T2Lx()L0()L2()()()()(LLjWjW120lgx0f2-=+Lf()第四章第四章 伺服系统的动态设计伺服系统的动态设计 4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 4.1.1 4.1.1 动态设计概述动态设计概述 4.1.2 4.1.2 系统品质与系统特性系统品质与系统特性 4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.2.1 4.2.1 用用BodeBode图分析的要求条件图分析的要求条件 4.2.2 4.2.2 简单简单BodeBode图分析图分析 4.2.3 4.2.3 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.3 4.3 补偿环节传递函数的求取补偿环节传递函数的求取 4.3.1 4.3.1 串联补偿环节传递函数的求取串联补偿环节传递函数的求取 4.3.2 4.3.2 负反馈补偿的设计负反馈补偿的设计 4.3.3 4.3.3 降低灵敏度的设计降低灵敏度的设计 4.3.4 4.3.4 前馈补偿环节传递函数的求取前馈补偿环节传递函数的求取 4.3.5 4.3.5 型系统的设计型系统的设计 4.4 4.4 补偿装置的实现补偿装置的实现 4.4.1 4.4.1 直流补偿装置的实现直流补偿装置的实现 4 4.3 3.3 3 降降 低低 灵灵 敏敏 度度 的的 设设 计计4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制u 灵灵 敏敏 度度 概概 念念“灵灵敏敏度度”是是指指系系统统特特性性对对参参数数变变化化的的敏敏感感程程度度。波波德德灵灵敏敏度度对于单位反馈闭环系统，若对于单位反馈闭环系统，若和和n是系统中某参数的是系统中某参数的实际值和标称值，其微变增量为实际值和标称值，其微变增量为 ，(s)和和n(s)是闭环传递函数的实际值和标称值，其微变增是闭环传递函数的实际值和标称值，其微变增量为量为 ，那么等式，那么等式为闭环传递函数为闭环传递函数(s)相对于参数相对于参数的灵敏度表达式。的灵敏度表达式。若若 ，则，则(s)对对W(s)的灵敏度表达式的灵敏度表达式 霍霍洛洛维维次次(Horowitz)灵灵敏敏度度4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制等式等式 称为闭环传递函数称为闭环传递函数(s)对开环传对开环传递函数递函数W(s)的灵敏度函数。其中差分的灵敏度函数。其中差分 和和 。对单位反馈系统而言：。对单位反馈系统而言：小 结4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 不不论论哪哪一一种种灵灵敏敏度度定定义义，对对于于单单位位反反馈馈系系 统统，闭闭 环环 传传 递递 函函 数数 对对 开开 环环 传传 递递 函函 数数 的的 灵灵 敏敏 度度 是是 一一 致致 的的，即即 。可可 见见，要要 求求灵灵敏敏度度小小与与要要求求误误差差传传递递函函数数小小是是一一致致的的。u 按按 灵灵 敏敏 度度 要要 求求 设设 计计 补补 偿偿 环环 节节4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制W1(s)W2(s)rc若若要求：要求：已知：已知：W1(s)W2(s)rcWf(s)L()1/T31/T11/T31/T24.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制u 多多 反反 馈馈 回回 路路 设设 计计K1K21+T2s1/(Ri+Rd)1+TasK3 K4Km1Js1isKerceudIdMd dcGI(s)K1K21+T2s1/R1+TasK3 K4KmJs1isKerceudId dcG(s)Gs)电电流流反反馈馈环环GI(s)K1K21+T2s1/R1+TasK3 K4KmJs1isrceudId dcG(s)G(s)Ke其其 中中：i=Ta、Ki和和根根据据经经验验选选取取。忽忽 略略Ke,得得 到到 小小 闭闭 环环 传传 递递 函函 数数 速速度度负负反反馈馈环环K1K21+T2sKmJs1isrceId dcG(s)G(s)1/1+Rs/(kiK3K4)其其中中：速速度度环环开开环环传传递递函函数数速速度度环环闭闭环环传传递递函函数数cK1K21+T2s1isrce dG(s)Ks1+Ks 位位 置置 反反 馈馈 环环G(s)按按 前前 面面 讲讲 的的 方方 法法 来来 求求 取取。第四章第四章 伺服系统的动态设计伺服系统的动态设计 4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 4.1.1 4.1.1 动态设计概述动态设计概述 4.1.2 4.1.2 系统品质与系统特性系统品质与系统特性 4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.2.1 4.2.1 用用BodeBode图分析的要求条件图分析的要求条件 4.2.2 4.2.2 简单简单BodeBode图分析图分析 4.2.3 4.2.3 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.3 4.3 补偿环节传递函数的求取补偿环节传递函数的求取 4.3.1 4.3.1 串联补偿环节传递函数的求取串联补偿环节传递函数的求取 4.3.2 4.3.2 负反馈补偿的设计负反馈补偿的设计 4.3.3 4.3.3 降低灵敏度的设计降低灵敏度的设计 4.3.4 4.3.4 前馈补偿环节传递函数的求取前馈补偿环节传递函数的求取 4.3.5 4.3.5 型系统的设计型系统的设计 4.4 4.4 补偿装置的实现补偿装置的实现 4.4.1 4.4.1 直流补偿装置的实现直流补偿装置的实现 4 4.3 3.4 4 前前馈馈补补偿偿环环节节传传递递函函数数的的求求取取W1(s)W2(s)rcWb(s)+系系统统被被提提高高型型 系系 统统 被被 提提 高高型型 系系 统统 被被 提提 高高型型 第四章第四章 伺服系统的动态设计伺服系统的动态设计 4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 4.1.1 4.1.1 动态设计概述动态设计概述 4.1.2 4.1.2 系统品质与系统特性系统品质与系统特性 4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.2.1 4.2.1 用用BodeBode图分析的要求条件图分析的要求条件 4.2.2 4.2.2 简单简单BodeBode图分析图分析 4.2.3 4.2.3 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.3 4.3 补偿环节传递函数的求取补偿环节传递函数的求取 4.3.1 4.3.1 串联补偿环节传递函数的求取串联补偿环节传递函数的求取 4.3.2 4.3.2 负反馈补偿的设计负反馈补偿的设计 4.3.3 4.3.3 降低灵敏度的设计降低灵敏度的设计 4.3.4 4.3.4 前馈补偿环节传递函数的求取前馈补偿环节传递函数的求取 4.3.5 4.3.5 型系统的设计型系统的设计 4.4 4.4 补偿装置的实现补偿装置的实现 4.4.1 4.4.1 直流补偿装置的实现直流补偿装置的实现 4 4.3 3.5 5 型型 系系 统统 的的 设设 计计rceK11isK5(1+Ts)(1+Ts)K2K3K41+T2scu 串串 加加P PI I调调 节节 器器 实实 现现型型 系系 统统rceK11isK5(1+Ts)(1+Ts)ss+1+1scK2K3K41+T2s 再再按按希希望望特特性性设设计计(例例串串联联或或负负反反馈馈补补偿偿)先先串串加加PI调调节节器器。L（）1/T21/T4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制的的选选择择：rceK11isK5(1+Ts)(1+Ts)ss+1+1scK2K3K41+T2s 用用(s+1)来来 抵抵 消消(1+T2s)、(1+Ts)、(1+Ts)中中最最大大的的一一个个惯惯性性环环节节，得得到到曲曲线线。若若T2、T、T都都很很小小，如如曲曲线线所所示示。1/T3u 用用 前前 馈馈 补补 偿偿 实实 现现型型 系系 统统4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制rceK11isK5(1+Ts)(1+Ts)K2K3K41+T2scb s+实实现现方方法法：先先按按型型系系统统设设计计(例例采采用用串串联联或或负负反反馈馈补补偿偿)再再求求前前馈馈补补偿偿环环节节。例例上上述述系系统统型型系系统统的的实实现现：等等效效开开环环传传递递函函数数4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制所所谓谓等等效效即即仅仅仅仅对对输输 入入r r的的 作作 用用 是是 等等效效的的，离离开开这这一一点点两两系系统统并并不不等等效效!W1(s)W2(s)rcWb(s)+eW1(s)W2(s)rc+eWb(s)+Wb(s)系系 统统 是是0型型 系系统统是是型型 系系统统是是型型 系系统统是是型型 系系 统统 是是0型型 通通过过闭闭环环传传递递函函数数判判断断系系统统的的型型第四章第四章 伺服系统的动态设计伺服系统的动态设计 4.1 4.1 动态设计原则动态设计原则 4.1.1 4.1.1 动态设计概述动态设计概述 4.1.2 4.1.2 系统品质与系统特性系统品质与系统特性 4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.2.1 4.2.1 用用BodeBode图分析的要求条件图分析的要求条件 4.2.2 4.2.2 简单简单BodeBode图分析图分析 4.2.3 4.2.3 希望特性的绘制希望特性的绘制 4.3 4.3 补偿环节传递函数的求取补偿环节传递函数的求取 4.3.1 4.3.1 串联补偿环节传递函数的求取串联补偿环节传递函数的求取 4.3.2 4.3.2 负反馈补偿的设计负反馈补偿的设计 4.3.3 4.3.3 降低灵敏度的设计降低灵敏度的设计 4.3.4 4.3.4 前馈补偿环节传递函数的求取前馈补偿环节传递函数的求取 4.3.5 4.3.5 型系统的设计型系统的设计 4.4 4.4 补偿装置的实现补偿装置的实现 4.4.1 4.4.1 直流补偿装置的实现直流补偿装置的实现 4 4.4 4.1 1 直直 流流 补补 偿偿 装装 置置 的的 实实 现现4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制u 串串联联补补偿偿装装置置的的实实现现W1(s)Wc(s)W2(s)rc 可可用用无无源源网网络络实实现现(P225 附附录录1)可可用用有有源源网网络络实实现现(P227 附附 录录2)u1u2R1R2C2C1u1R1R3C1R2r2r1r3C2+_u 前前 馈馈 补补 偿偿 装装 置置 的的 实实 现现4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制W1(s)W2(s)rcWb(s)+e实实现现线线路路：d负载负载RC微微分电路分电路rcR C微微分分电电路路实实现现举举例例C1R1r式式中中：UR2W1RiRfd40CY-3-+RfRiK1K21+TasRfZ(s)Kedu 负负 反反 馈馈 补补 偿偿 装装 置置 的的 实实 现现4.2 4.2 希望特性的绘制希望特性的绘制RfRiK1K21+TasRiZ(s)KedC2C1R1R3Z(s)W1(s)W2(s)rcWf(s)