電力能源拖動自動控制系統(tǒng)概述

電氣傳動控制系統(tǒng)ElectricalDriveControlSystem伺服系統(tǒng)自動化專業(yè)、電氣工程專業(yè)選修課2023/6/61第六章伺服系統(tǒng)§6-1伺服系統(tǒng)的特征及組成本章小結(jié)§6-2伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型§6-3伺服系統(tǒng)的設(shè)計特征及組成2023/6/62前言伺服（Servo）意味著“伺候”和“服從”。廣義的伺服系統(tǒng)是精確地跟蹤或復(fù)現(xiàn)某個給定過程的控制系統(tǒng)，也可稱作隨動系統(tǒng)。狹義伺服系統(tǒng)又稱位置隨動系統(tǒng)，其被控制量（輸出量）是負(fù)載機械空間位置的線位移或角位移，當(dāng)位置給定量（輸入量）作任意變化時，系統(tǒng)的主要任務(wù)是使輸出量快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)給定量的變化。2023/6/63概述伺服系統(tǒng)的功能是使輸出快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)給定，對伺服系統(tǒng)具有如下的基本要求：穩(wěn)定性好伺服系統(tǒng)在給定輸入和外界干擾下，能在短暫的過渡過程后，達到新的平衡狀態(tài)，或者恢復(fù)到原先的平衡狀態(tài)。精度高

伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量跟隨給定值的精確程度，如精密加工的數(shù)控機床，要求很高的定位精度。動態(tài)響應(yīng)快

動態(tài)響應(yīng)是伺服系統(tǒng)重要的動態(tài)性能指標(biāo)，要求系統(tǒng)對給定的跟隨速度足夠快、超調(diào)小，甚至要求無超調(diào)?？箶_動能力強

在各種擾動作用時，系統(tǒng)輸出動態(tài)變化小，恢復(fù)時間快，振蕩次數(shù)少，甚至要求無振蕩。2023/6/64伺服系統(tǒng)的特征必須具備高精度的傳感器，能準(zhǔn)確地給出輸出量的電信號。功率放大器以及控制系統(tǒng)都必須是可逆的。足夠大的調(diào)速范圍及足夠強的低速帶載性能?？焖俚捻憫?yīng)能力和較強的抗干擾能力。2023/6/65伺服系統(tǒng)的組成伺服系統(tǒng)由伺服電動機、功率驅(qū)動器、控制器和傳感器四大部分組成。除了位置傳感器外，可能還需要電壓、電流和速度傳感器。圖9-1位置伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖A）開環(huán)系統(tǒng)b）半閉環(huán)系統(tǒng)c）全閉環(huán)系統(tǒng)2023/6/66伺服系統(tǒng)的組成旋轉(zhuǎn)編碼器圖9-2絕對值式編碼器的碼盤a)二進制碼盤b)循環(huán)碼碼盤2023/6/67伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)伺服系統(tǒng)的實際位置與目標(biāo)值之間的誤差，稱作系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差。由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差可分為兩類：檢測誤差與系統(tǒng)誤差。伺服系統(tǒng)在動態(tài)調(diào)節(jié)過程中性能指標(biāo)稱為動態(tài)性能指標(biāo)，如超調(diào)量、跟隨速度及時間、調(diào)節(jié)時間、振蕩次數(shù)、抗擾動能力等。2023/6/68伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)圖9-4位置伺服系統(tǒng)的典型輸入信號a）位置階躍輸入b）速度輸入c）加速度輸入2023/6/69伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)伺服系統(tǒng)在三種單位輸入信號的作用下給定穩(wěn)態(tài)誤差：

2023/6/610伺服系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖9-3線性位置伺服系統(tǒng)一般動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2023/6/611第六章伺服系統(tǒng)§6-1伺服系統(tǒng)的特征及組成本章小結(jié)§6-2伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型§6-3伺服系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)學(xué)模型2023/6/612概述根據(jù)伺服電動機的種類，伺服系統(tǒng)可分為直流和交流兩大類。伺服系統(tǒng)控制對象包括伺服電動機、驅(qū)動裝置和機械傳動機構(gòu)。2023/6/613直流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型直流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為直流伺服電動機，中、小功率的伺服系統(tǒng)采用直流永磁伺服電動機，當(dāng)功率較大時，也可采用電勵磁的直流伺服電動機。直流無刷電動機與直流電動機有相同的控制特性，也可歸入直流伺服系統(tǒng)。2023/6/614直流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型直流伺服電動機的狀態(tài)方程機械傳動機構(gòu)的狀態(tài)方程

Id：電樞電流RΣ：包括驅(qū)動器內(nèi)阻的電樞回路電阻LΣ：電樞回路電感2023/6/615直流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型驅(qū)動裝置的近似等效傳遞函數(shù)狀態(tài)方程

2023/6/616直流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型控制對象的數(shù)學(xué)模型

2023/6/617直流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型圖9-5直流伺服系統(tǒng)控制對象結(jié)構(gòu)圖2023/6/618直流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型采用電流閉環(huán)后，電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)為慣性環(huán)節(jié)，故帶有電流閉環(huán)控制的對象數(shù)學(xué)模型為2023/6/619直流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型圖9-6帶有電流閉環(huán)控制的對象結(jié)構(gòu)圖2023/6/620交流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型用交流伺服電動機作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行電動機，稱作交流伺服系統(tǒng)。常用的交流伺服電動機有三相異步電動機、永磁式同步電動機和磁阻式步進電動機等，也可用電勵磁的同步伺服電動機。無論是異步電動機，還是同步電動機，經(jīng)過矢量變換、磁鏈定向和電流閉環(huán)控制均可等效為電流控制的直流電動機。2023/6/621交流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型異步電動機按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的數(shù)學(xué)模型為2023/6/622交流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型采用電流閉環(huán)控制后，對象的數(shù)學(xué)模型為2023/6/623交流伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型CT為包含磁鏈作用在內(nèi)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，電流轉(zhuǎn)矩分量相當(dāng)于直流電動機的電樞電流，電流閉環(huán)控制的交流伺服電動機結(jié)構(gòu)圖與直流電動機相仿。對于同步伺服電動機也可得到相同結(jié)論，不重復(fù)論述。采用電流閉環(huán)控制后，交流伺服系統(tǒng)與直流伺服系統(tǒng)具有相同的控制對象數(shù)學(xué)模型。稱作在電流閉環(huán)控制下交、直流伺服系統(tǒng)控制對象的統(tǒng)一模型。用相同的方法設(shè)計交流或直流伺服系統(tǒng)。

2023/6/624第六章伺服系統(tǒng)§6-1伺服系統(tǒng)的特征及組成本章小結(jié)§6-2伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型§6-3伺服系統(tǒng)的設(shè)計工程設(shè)計2023/6/625概述伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)因系統(tǒng)的具體要求而異，對于閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，常用串聯(lián)校正或并聯(lián)校正方式進行動態(tài)性能的調(diào)整。校正裝置串聯(lián)配置在前向通道的校正方式稱為串聯(lián)校正，一般把串聯(lián)校正單元稱作調(diào)節(jié)器，所以又稱為調(diào)節(jié)器校正。若校正裝置與前向通道并行，則稱為并聯(lián)校正；信號流向與前向通道相同時，稱作前饋校正；信號流向與前向通道相反時，則稱作反饋校正。2023/6/626調(diào)節(jié)器校正及其傳遞函數(shù)常用的調(diào)節(jié)器有比例－微分（PD）調(diào)節(jié)器、比例－積分（PI）調(diào)節(jié)器以及比例－積分－微分（PID）調(diào)節(jié)器，設(shè)計中可根據(jù)實際伺服系統(tǒng)的特征進行選擇。2023/6/627PD調(diào)節(jié)器校正在系統(tǒng)的前向通道上串聯(lián)PD

調(diào)節(jié)器校正裝置，可以使相位超前，以抵消慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)使相位滯后而產(chǎn)生的不良后果。PD

調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為2023/6/628PI調(diào)節(jié)器校正如果系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能滿足要求，并有一定的穩(wěn)定裕量，而穩(wěn)態(tài)誤差較大，則可以用PI調(diào)節(jié)器進行校正。PI

調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為2023/6/629PID調(diào)節(jié)器校正將PD

串聯(lián)校正和PI串聯(lián)校正聯(lián)合使用，構(gòu)成PID

調(diào)節(jié)器。如果合理設(shè)計則可以綜合改善伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性。PID

串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為2023/6/630單環(huán)位置伺服系統(tǒng)對于直流伺服電動機可以采用單位置環(huán)控制方式，直接設(shè)計位置調(diào)節(jié)器APR。為了避免在過渡過程中電流沖擊過大，應(yīng)采用電流截止反饋保護，或者選擇允許過載倍數(shù)比較高的伺服電動機。2023/6/631單環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖9-7單環(huán)位置伺服系統(tǒng)APR—位置調(diào)節(jié)器UPE—驅(qū)動裝置SM—直流伺服電動機BQ—位置傳感器2023/6/632單環(huán)位置伺服系統(tǒng)忽略負(fù)載轉(zhuǎn)矩，直流伺服系統(tǒng)控制對象傳遞函數(shù)為機電時間常數(shù)

2023/6/633單環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖9-8直流伺服系統(tǒng)控制對象結(jié)構(gòu)圖采用PD

調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為2023/6/634單環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)

系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)

2023/6/635單環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖9-9單位置環(huán)控制直流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖?2023/6/636單環(huán)位置伺服系統(tǒng)用系統(tǒng)的開環(huán)零點消去慣性時間常數(shù)最大的開環(huán)極點，以加快系統(tǒng)的響應(yīng)過程。系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)2023/6/637單環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程式

2023/6/638單環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖9-10單位置環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)對數(shù)幅頻特性用Routh穩(wěn)定判據(jù)，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，須使:2023/6/639雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)在電流閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計位置調(diào)節(jié)器，構(gòu)成位置伺服系統(tǒng)，位置調(diào)節(jié)器的輸出限幅是電流的最大值。以直流伺服系統(tǒng)為例，對于交流伺服系統(tǒng)也適用，只須對伺服電動機和驅(qū)動裝置應(yīng)作相應(yīng)的改動。2023/6/640雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖9-11雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)2023/6/641雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)忽略負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，帶有電流閉環(huán)控制對象的傳遞函數(shù)為為了消除負(fù)載擾動引起的靜差，APR

選用PI

調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)2023/6/642雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖9-12雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)

2023/6/643雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為特征方程式特征方程式未出現(xiàn)s的二次項，由Routh穩(wěn)定判據(jù)可知，系統(tǒng)不穩(wěn)定。2023/6/644雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)將APR

改用PID

調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)

2023/6/645雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)特征方程式2023/6/646雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)由Routh穩(wěn)定判據(jù)求得系統(tǒng)穩(wěn)定的條件

圖9-13采用PID控制的雙環(huán)控制伺服系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)對數(shù)幅頻特性2023/6/647雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)若APR

仍采用PI

調(diào)節(jié)器，可在位置反饋的基礎(chǔ)上，再加上微分負(fù)反饋，即轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。圖9-14帶有微分負(fù)反饋的伺服系統(tǒng)

2023/6/648雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖9-15帶有微分負(fù)反饋的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2023/6/649三環(huán)位置伺服系統(tǒng)在調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再設(shè)一個位置環(huán)，形成三環(huán)控制的位置伺服系統(tǒng)。圖9-16三環(huán)位置伺服系統(tǒng)APR—位置調(diào)節(jié)器ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR—電流調(diào)節(jié)器BQ—光電位置傳感器DSP—數(shù)字轉(zhuǎn)速信號形成環(huán)節(jié)2023/6/650三環(huán)位置伺服系統(tǒng)直流轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計，開環(huán)傳遞函數(shù)矢量控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)兩者結(jié)構(gòu)相同。2023/6/651三環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖9-17直流轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖圖9-18矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2023/6/652三環(huán)位置伺服系統(tǒng)圖9-19位置環(huán)的控制對象結(jié)構(gòu)圖圖9-20位置閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖

2023/6/653三環(huán)位置伺服系統(tǒng)位置環(huán)控制對象的傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)

2023/6/654三環(huán)位置伺服系統(tǒng)給定輸入為階躍時，APR選用P調(diào)節(jié)器就可實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差，則系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)放大系數(shù)

2023/6/655三環(huán)位置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)特征方程式

2023/6/656三環(huán)位置伺服系統(tǒng)用Routh穩(wěn)定判據(jù)，可求得系統(tǒng)的穩(wěn)定條件

2023/6/657復(fù)合控制的伺服系統(tǒng)為了提高隨動性能，從給定信號直接引出開環(huán)的前饋控制，和閉環(huán)的反饋控制一起，構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)

圖9-21復(fù)合控制位置伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖2023/6/658復(fù)合控制的伺服系統(tǒng)前饋控制器的傳遞函數(shù)選為得到2023/6/659復(fù)合控制的伺服系統(tǒng)理想的復(fù)合控制隨動系統(tǒng)的輸出量能夠完全復(fù)現(xiàn)給定輸入量，其穩(wěn)態(tài)和動態(tài)的給定誤差都為零。系統(tǒng)對給定輸入實現(xiàn)了“完全不變性”。需要引入輸入信號的各階導(dǎo)數(shù)作為前饋控制信號，但同時會引入高頻干擾信號，嚴(yán)重時將破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這時不得不再加上濾波環(huán)節(jié)。2023/6/660本章小結(jié)本章介紹了伺服系統(tǒng)的基本要求和特征、伺服系統(tǒng)的構(gòu)成及幾種常用的位置傳感器。本章分析了在不同的給定和擾動的作用下伺服系統(tǒng)的跟隨能力，為伺服系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。本章介紹伺服系統(tǒng)控制對象的數(shù)學(xué)模型，得到電流閉環(huán)控制下交、直流伺服系統(tǒng)控制對象的統(tǒng)一模型。最后介紹了伺服系統(tǒng)的設(shè)計方法，并討論了伺服系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件。2023/6/661《化妝品術(shù)語》起草情況匯報中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所一、標(biāo)準(zhǔn)的立項和下達時間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標(biāo)委會都要建立自己的術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)。1ONE二、標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)費標(biāo)準(zhǔn)研制經(jīng)費：3.8萬三、標(biāo)準(zhǔn)的立項意義術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)有利于行業(yè)間技術(shù)交流、提高標(biāo)準(zhǔn)一致性、消除貿(mào)易誤差，作為標(biāo)準(zhǔn)體系中的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)在各個領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系中均起著重要的作用。隨著我國化妝品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)逐步加快，所涉及的術(shù)語和定義的數(shù)量也在迅速增長，在此情形下，化妝品術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)的制定就顯得尤為重要。四、標(biāo)準(zhǔn)的制訂原則1.合法性遵守《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細(xì)則》中關(guān)于化妝品的定義。2.協(xié)調(diào)性直接引用或修改采用的方式，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語和定義相協(xié)調(diào)。3.科學(xué)性對于沒有國標(biāo)或定義不統(tǒng)一的術(shù)語，在定義時體現(xiàn)科學(xué)性的原則。4.實用性在標(biāo)準(zhǔn)體系中出現(xiàn)頻率較高，與行業(yè)聯(lián)系較緊密的術(shù)語優(yōu)先選用。五、標(biāo)準(zhǔn)的起草經(jīng)過

第一階段：資料搜集

搜集國內(nèi)外相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、文獻并對國外文獻如美國21CFR進行翻譯。第二階段：2007年末形成初稿

初稿內(nèi)容包括一般術(shù)語、衛(wèi)生化學(xué)術(shù)語、毒理學(xué)術(shù)語、微生物術(shù)語、產(chǎn)品術(shù)語、人體安全和功效評價術(shù)語，常用英文成份術(shù)語等７部分。第三階段：專家統(tǒng)稿1.2007年12月第一次專家統(tǒng)稿會（修訂情況：1.在結(jié)構(gòu)上增加原料功能術(shù)語、相關(guān)國際組織和科研機構(gòu)等內(nèi)容；2.在內(nèi)容上增加一般術(shù)語、產(chǎn)品術(shù)語的種類，將化妝品行業(yè)的新產(chǎn)品類別納入本標(biāo)準(zhǔn)；3.對于毒理學(xué)、衛(wèi)生化學(xué)、微生物學(xué)術(shù)語進行修改；4.刪除與化妝品聯(lián)系不緊密、無存在必要的常用英文成分術(shù)語。2.2009年1月第二次專家統(tǒng)稿會會議意見：1.修改能引用國家標(biāo)準(zhǔn)的盡量引用國家標(biāo)準(zhǔn)；對存在歧義的個別用詞進行修改。2.刪除由于本標(biāo)準(zhǔn)中的“產(chǎn)品術(shù)語”一章和香化協(xié)會所制定的某個標(biāo)準(zhǔn)存在重復(fù)，因此刪除“產(chǎn)品術(shù)語”一章的內(nèi)容；對“原料功能術(shù)語”的內(nèi)容進行梳理，刪除了20余條內(nèi)容。3.增加專家建議增加“化妝品限用物質(zhì)”等若干項術(shù)語。第四階段：征求意見2009年2月面向全國公開征求意見。第五階段：征求意見的處理與形成送審稿。在征求意見的處理階段再次征求了相關(guān)專家的意見。六、標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容依據(jù)1.《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細(xì)則》;2.《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》;3.美國21CFR；4.相關(guān)領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)如：GB5296.3-2008消費品使用說明化妝品通用標(biāo)簽，GB/T14666-2003分析化學(xué)術(shù)語等；5.國內(nèi)外化妝品的相關(guān)文獻，如《化妝品監(jiān)督管理及安全性評價》等。七、標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容（一）結(jié)構(gòu)：1.范圍2.一般術(shù)語3.毒理學(xué)試驗方法術(shù)語4.衛(wèi)生化學(xué)檢驗方法術(shù)語5.微生物檢驗方法術(shù)語6.人體安全性和功效性評價術(shù)語7.常用原料術(shù)語8.縮寫9.中英文索引（二）主要內(nèi)容：1).一般術(shù)語39條涉及化妝品的基本定義、化妝