第5章机电传动伺服系统 51伺服系统中主要元器件 52伺服控制系统设计方法 53伺服系统应用举例
第5章 机电传动伺服系统 5.1 伺服系统中主要元器件 5.2 伺服控制系统设计方法 5.3 伺服系统应用举例
5.1伺服系统中主要元器件 ■5,1.1直流伺服电动机 影响伺服系统控制因素很多,其中最重要的是位 置、速度、加速度以及振动等伺服 1.角速度的检测 (1)测速发电机 直流测速发电机 直流测速发电机有他励式和永磁式两种,其主要 性能均一致。它的电枢提供直流电压。输出,极 性由输入转向决定,大小与输入角速度成正比。 9.55U
5.1 伺服系统中主要元器件 ◼ 5.1.1直流伺服电动机 影响伺服系统控制因素很多，其中最重要的是位 置、速度、加速度以及振动等伺服 1．角速度的检测 (1)测速发电机 直流测速发电机 直流测速发电机有他励式和永磁式两种，其主要 性能均一致。它的电枢提供直流电压。输出，极 性由输入转向决定，大小与输入角速度成正比
发电机 主 2 茫粗 整形1厂 图5.17测速发电机鳳理及特性
(2)测速电桥 (3)光电测速盘 圆盘 电动机 Un -o+ UB 整形电路 A B O 光电传感器 光电传感器 图519光电测速原理图
(2)测速电桥 (3)光电测速盘
(4)速率陀螺 当运动物体不是做连续旋转时,例如船在水中受风浪作 用而摇摆,飞行器在空中飞行时受气流作用而摇摆,车 辆在地上行驶时因路面不平而引起车身左右颠簸等,都 是做小角度的摆动。要测量它们摆动的角速度用以上介 绍的测速装置难以奏效,则可采用速率陀螺来检测。 2.常用典型测角(位移)元件 在伺服系统中测角(位移)的方法很多,这里介绍一些已 系列化生产的测角(位移)元件,常用的有电位计、差动变 压器、自整角机、旋转变压器、感应同步器、陀螺等
(4)速率陀螺 当运动物体不是做连续旋转时，例如船在水中受风浪作 用而摇摆，飞行器在空中飞行时受气流作用而摇摆，车 辆在地上行驶时因路面不平而引起车身左右颠簸等，都 是做小角度的摆动。要测量它们摆动的角速度用以上介 绍的测速装置难以奏效，则可采用速率陀螺来检测。 2．常用典型测角(位移)元件 在伺服系统中测角(位移)的方法很多，这里介绍一些已 系列化生产的测角(位移)元件，常用的有电位计、差动变 压器、自整角机、旋转变压器、感应同步器、陀螺等
3.双通道测角线路 用自整角机或旋转变压器测角,转角不受限制是它们的 优点之一,因而在随动系统中用得很广泛。可是自整角机和 旋转变压器的制造误差,常超过了系统的误差要求。采用精 粗双通道测角线路,在多数情况能解决此矛盾 4.扫描测量 以上介绍的测角(位移)方法,要求系统的输入是机械转角( 或位移),并能通过传感器直接检测。还有一些场合无法直 接测量输入,就不能采用上述方法,例如跟踪飞行器的雷达 天线伺服系统,是利用发射电磁波并通过目标反射的回波, 来鉴别天线轴线与目标视线的误差角。又如利用飞行器自身 发出的红外线,由红外探测器来检测探测器轴线与目标视线 之间的误差角。又如声纳利用声波或超声波来探测水面下的 物体等。利用电磁波、光波、声波作扫描运动,可以精确地 测得误差角(位移)。扫描形式有圆锥形、扇形、玫瑰瓣形等 多种
3．双通道测角线路 用自整角机或旋转变压器测角，转角不受限制是它们的 优点之一，因而在随动系统中用得很广泛。可是自整角机和 旋转变压器的制造误差，常超过了系统的误差要求。采用精 、粗双通道测角线路，在多数情况能解决此矛盾。 4．扫描测量 以上介绍的测角(位移)方法，要求系统的输入是机械转角( 或位移)，并能通过传感器直接检测。还有一些场合无法直 接测量输入，就不能采用上述方法，例如跟踪飞行器的雷达 天线伺服系统，是利用发射电磁波并通过目标反射的回波， 来鉴别天线轴线与目标视线的误差角。又如利用飞行器自身 发出的红外线，由红外探测器来检测探测器轴线与目标视线 之间的误差角。又如声纳利用声波或超声波来探测水面下的 物体等。利用电磁波、光波、声波作扫描运动，可以精确地 测得误差角(位移)。扫描形式有圆锥形、扇形、玫瑰瓣形等 多种
5.脉冲比较测角(位移) 在进行大型建筑施工时,需要光电准直测量,以保证施 工的质量。常用的方法如图5.31所示。一端安置激光发射 装置,向另一端发射很细的激光束;另一端用光电准直仪 校准,准直仪的光学系统将激光束投射到光敏元件表面, 成一圆形光斑。光敏元件可用四象限光电池或四象限光电 二极管。图5.31采用的是四象限光电二极管,它们是在同 基片上制成的四个二极管,具有相同的光电特性。当光 斑中心正对A、B、C、D四管中间十字线的交点时,四管所 受光照面积相同、光强一致,表示两端已对准成一直线
5．脉冲比较测角(位移) 在进行大型建筑施工时，需要光电准直测量，以保证施 工的质量。常用的方法如图5.31所示。一端安置激光发射 装置，向另一端发射很细的激光束；另一端用光电准直仪 校准，准直仪的光学系统将激光束投射到光敏元件表面， 成一圆形光斑。光敏元件可用四象限光电池或四象限光电 二极管。图5.31采用的是四象限光电二极管，它们是在同 一基片上制成的四个二极管，具有相同的光电特性。当光 斑中心正对A、B、C、D四管中间十字线的交点时，四管所 受光照面积相同、光强一致，表示两端已对准成一直线
四象限 光电二极管光斑 激光 透镜 发射器 AHYAI 光电准直仪
52伺服控制系统设计方法 5,21伺服系统的组成 同服系统的种类很多,组成方式和工作状况也是多种多 样,可简单的用图532所示方块图来表示它的组成。它有 检测装置,用来检测输入信号和系统的输出,有放大装置 和执行部件,为使各部件之间有效的组配和使系统具有良 好的工作品质,一般还有信号转换线路和补偿装置。这仅 指信息在系统中传递所必经的各个部分。此外,以上各部 分都离不开相应的能源设备、相应的保护装置、控制设备 和其它辅助设备。 伺服系统的输出可以是各种不同的物理量,本书将结 机械运动控制中的问题进行讨论,如速度(包括角速度 控制、位置(包括转角控制和运动轨迹控制,讨论各种速 度伺服系统和位置伺服系统(亦称随动系统)的原理与设计
5.2 伺服控制系统设计方法 ◼ 5.2.1伺服系统的组成 伺服系统的种类很多，组成方式和工作状况也是多种多 样，可简单的用图5.32所示方块图来表示它的组成。它有 检测装置，用来检测输入信号和系统的输出，有放大装置 和执行部件，为使各部件之间有效的组配和使系统具有良 好的工作品质，一般还有信号转换线路和补偿装置。这仅 指信息在系统中传递所必经的各个部分。此外，以上各部 分都离不开相应的能源设备、相应的保护装置、控制设备 和其它辅助设备。 伺服系统的输出可以是各种不同的物理量，本书将结 合机械运动控制中的问题进行讨论，如速度(包括角速度) 控制、位置(包括转角)控制和运动轨迹控制，讨论各种速 度伺服系统和位置伺服系统(亦称随动系统)的原理与设计 问题
电源装置 信号 输出 输入 检测装置信号转换电路一放大装置卜执行机构卜口被控对象 补偿装置 图532伺服系统方块图