42位置随动系统(自学) 4.2.1位置随动系统的组成 4.22位置随动系统的特征及其与调速系统的比较 4.23位置传感器 4.24位置随动系统的稳态误差分析和参数计算 4.25位置随动系统的动态校正及控制
4.2 位置随动系统（自学） 4.2.1 位置随动系统的组成 4.2.2 位置随动系统的特征及其与调速系统的比较 4.2.3 位置传感器 4.2.4 位置随动系统的稳态误差分析和参数计算 4.2.5位置随动系统的动态校正及控制
自学4.2节,并回答以下几个问题: 1、位置随动系统解决的主要问题是什么?P133 并比较位置随动系统与调速系统的异同P134 2、位置随动系统通常由哪几部分组成? 各起何作用?P133~P134 3、常用的位置检测装置有哪些?请简述它们的工作原理 P134~P136。 4、请画出位置、转速、电流三环控制位置随动系统的组成 框图并简单分析系统中各部分的工作原理。P141~142 5、什么是串联校正、并联校正和复合控制?试举例说明它们 的使用场合。P143~144加自动控制原理教材
自学4.2节，并回答以下几个问题： 1、位置随动系统解决的主要问题是什么？P133 并比较位置随动系统与调速系统的异同P134。 2、位置随动系统通常由哪几部分组成? 各起何作用? P133~P134 3、常用的位置检测装置有哪些？请简述它们的工作原理 P134~P136。 4、请画出位置、转速、电流三环控制位置随动系统的组成 框图并简单分析系统中各部分的工作原理。P141~142 5、什么是串联校正、并联校正和复合控制？试举例说明它们 的使用场合。P143~144加自动控制原理教材
1、位置随动系统解决的主要问题是什么?试比较位置随动系 统与调速系统的异同。 ①位置随动系统解决的主要问题是实现执行机构对位置指令 给定量)的准确跟踪。随动系统一般称伺服系统 ②位置随动系统与调速系统的相同点: 两者的控制原理相同,它们都是反馈控制系统,即通过对系统 的输出量与给定量进行比较,组成闭环控制异 ③位置随动系统与调速系统的相异点: 调速系统的给定量是恒值,不管外界扰动情况如何,希望输出 能够稳定,因此系统的抗扰性能显得十分重要。 位置随动系统中的位置指令是经常变化的,是一个随机变量 要求输出量准确跟踪给定量的变化,输岀晌应的快速性、灵活 性、准确性成了位置随动系统的主要特征。 位置随动系统在结构上往往比调速系统复杂一些。位置随动系 统可以在调速系统的基础上增加一个位置环,位置环是位置随 动系统的主要结构特征
1、位置随动系统解决的主要问题是什么？试比较位置随动系 统与调速系统的异同。 ① 位置随动系统解决的主要问题是实现执行机构对位置指令 （给定量）的准确跟踪。随动系统一般称伺服系统 ② 位置随动系统与调速系统的相同点： 两者的控制原理相同，它们都是反馈控制系统，即通过对系统 的输出量与给定量进行比较，组成闭环控制异 ③ 位置随动系统与调速系统的相异点： 调速系统的给定量是恒值，不管外界扰动情况如何，希望输出 能够稳定，因此系统的抗扰性能显得十分重要。 位置随动系统中的位置指令是经常变化的，是一个随机变量， 要求输出量准确跟踪给定量的变化，输出响应的快速性、灵活 性、准确性成了位置随动系统的主要特征。 位置随动系统在结构上往往比调速系统复杂一些。位置随动系 统可以在调速系统的基础上增加一个位置环，位置环是位置随 动系统的主要结构特征
2、常用的位置检测装置有哪些?请简述它们的工作原理 转子位置检测的方法有 自整角机角位移传感器,成对应用:发送机与指令轴相连,接收机与执 行轴相连)旋转变压器(种特制的两相旋转电机,在定子和转子上各有两 套在空间上完全正交的绕组。当转子旋转时,输出电压与转子角呈一定的 函数关系,主要作角度传感器 圆形感应同步器用来测角位移,用于转台(立式车床)的角度数字显示和 精确定位。 直线式形感应同步器用来测直线位移,安装在具有平移运动的机床上( 式车床用来测量刀架的位移并构成闭环系统。 光电编码盘分增量式绝对式两种 (增量式光电编码盘实际是一个光电脉冲发生器和一个可逆计算器) 绝对式光电编码盘则是通过读取码盘的图形来表示轴的位置,码制可 选二进制、二-十进制(BCD码)、和循环码(格雷码) 同轴齿轮在电机位置检测是应用较多。 具体工作原理见(陈伯时主编电力拖动自动控制系统机械工业出版社)本 科生教材P154-163
2、常用的位置检测装置有哪些？请简述它们的工作原理 转子位置检测的方法有： 自整角机(角位移传感器，成对应用：发送机与指令轴相连，接收机与执 行轴相连) 旋转变压器(一种特制的两相旋转电机，在定子和转子上各有两 套在空间上完全正交的绕组。当转子旋转时，输出电压与转子角呈一定的 函数关系，主要作角度传感器)。 圆形感应同步器用来测角位移，用于转台(立式车床)的角度数字显示和 精确定位。 直线式形感应同步器用来测直线位移，安装在具有平移运动的机床上( 式车床)用来测量刀架的位移并构成闭环系统。 光电编码盘分增量式绝对式两种 （增量式光电编码盘实际是一个光电脉冲发生器和一个可逆计算器） （绝对式光电编码盘则是通过读取码盘的图形来表示轴的位置，码制可 选二进制、二-十进制（BCD码）、和循环码（格雷码） 同轴齿轮在电机位置检测是应用较多。 具体工作原理见(陈伯时主编.电力拖动自动控制系统.机械工业出版社)本 科生教材P154-163
(补偿)4、什么是检测误差、原理误差和扰动误差? 哪些无法克服?哪些能克服? ①检测误差:由检测产生的误差,它取决于检测元件本身的精度,位置 随动系统中常用的位置检测元件如自整角机、旋转变压器、感应同步器等 都有一定的精度等级,系统的精度不可能高于所用位置检测元件的精度。 检测误差是稳态误差的主要部分,这是系统无法克服的 ②原理误差:又称系统误差,它是系统自身的结构形式、系统特征参数 和输入信号的形式决定的,I型系统只对位置输入是无静差的随动系统 一阶无差系统);Ⅱ型系统对位置输入和速度输入都是无静差的随动系 统(二阶无差系统)。 ③扰动误差分负载扰动、系统参数变化、噪声干扰三种。 负载扰动〔恒值负载扰动和随机性负载扰动),在抵抗负载动能 力方面,Ⅱ型系统比Ⅰ型系统好 系统参数变化(放大器零漂、元件老化、电源电压波动等) 负载扰动和系统参数变化都作用在系统的前向通道上,可通过闭环予以 抑制。 噪声千扰(经检测裝置混入系统,一般多为高频成分,其频谱于输入信 号频谱不重叠,可滤除,但影响快速性和系统动态精度)
（补偿）4、什么是检测误差、原理误差和扰动误差？ 哪些无法克服？哪些能克服？ ① 检测误差：由检测产生的误差，它取决于检测元件本身的精度，位置 随动系统中常用的位置检测元件如自整角机、旋转变压器、感应同步器等 都有一定的精度等级，系统的精度不可能高于所用位置检测元件的精度。 检测误差是稳态误差的主要部分，这是系统无法克服的。 ② 原理误差：又称系统误差，它是系统自身的结构形式、系统特征参数 和输入信号的形式决定的，Ⅰ型系统只对位置输入是无静差的随动系统 （一阶无差系统）；Ⅱ型系统对位置输入和速度输入都是无静差的随动系 统（二阶无差系统）。 ③ 扰动误差分负载扰动、系统参数变化、噪声干扰三种。 负载扰动（恒值负载扰动和随机性负载扰动），在抵抗负载扰动能 力方面，Ⅱ型系统比Ⅰ型系统好。 系统参数变化（放大器零漂、元件老化、电源电压波动等） 负载扰动和系统参数变化都作用在系统的前向通道上，可通过闭环予以 抑制。 噪声干扰（经检测装置混入系统，一般多为高频成分，其频谱于输入信 号频谱不重叠，可滤除，但影响快速性和系统动态精度）
5、什么是串联校正、并联校正和复合控制?试举例说明它们 的使用场合。 ①串联校正(调节器校正),采用P校正的单位置环随动系统,可以 得到较高的截止频率和对给定信号的快速响应,结构简单。由于不使用测 速机,从而排除了测速机带来的干扰,但反过来又使摩察、间隙等非线性 因素不能很好地受到抑制。负载扰动也必须通过位置环进行调节,没有快 速的电流环及时补偿而使动态误差增大。同时PD调节器是采用比例微分 超前作用来对消调节对象中的大惯性,属于串联校正,常会因放大器的饱 和而削弱微分信号的补偿强度,还会因控对象参数变化而丧失零极点对消 的效果。因此单位置环的随动系统仅适用于负载较轻,扰动不大,非线性 因素不太突出的场合。 ②并联校正:在调速系统中引入被调量的微分负反馈是·种很有效的并 联校正,在随动系统中经常采用这种并联校正,有助于抑制振荡、减小超 调,提高系统的快速性。在位置随动系统中转速微分负反馈的并联校正比 转速反馈的并联校正好,因为它不需增大K1就可以保证原有的稳态精度 而快速性同样可以得到定程度的提高,只受到小时间常数及测速发电机 信号中噪声干扰的限制。 ③复合控制:当随动系统输入信号的各阶导数可以测量或者可以实时计 算时,利用输入信号的各阶导数进行前馈控制构成前馈控制(开环控制) 和反馈控制(闭环控制)相结合的复合控制,也是一种提高系统稳态和动 态品质指标的有效途径
5、什么是串联校正、并联校正和复合控制？试举例说明它们 的使用场合。 ① 串联校正（调节器校正），采用PID校正的单位置环随动系统，可以 得到较高的截止频率和对给定信号的快速响应，结构简单。由于不使用测 速机，从而排除了测速机带来的干扰，但反过来又使摩察、间隙等非线性 因素不能很好地受到抑制。负载扰动也必须通过位置环进行调节，没有快 速的电流环及时补偿而使动态误差增大。同时PID调节器是采用比例微分 超前作用来对消调节对象中的大惯性，属于串联校正，常会因放大器的饱 和而削弱微分信号的补偿强度，还会因控对象参数变化而丧失零极点对消 的效果。因此单位置环的随动系统仅适用于负载较轻，扰动不大，非线性 因素不太突出的场合。 ② 并联校正：在调速系统中引入被调量的微分负反馈是一种很有效的并 联校正，在随动系统中经常采用这种并联校正，有助于抑制振荡、减小超 调，提高系统的快速性。在位置随动系统中转速微分负反馈的并联校正比 转速反馈的并联校正好，因为它不需增大K1就可以保证原有的稳态精度， 而快速性同样可以得到一定程度的提高，只受到小时间常数及测速发电机 信号中噪声干扰的限制。 ③ 复合控制：当随动系统输入信号的各阶导数可以测量或者可以实时计 算时，利用输入信号的各阶导数进行前馈控制构成前馈控制（开环控制） 和反馈控制（闭环控制）相结合的复合控制，也是一种提高系统稳态和动 态品质指标的有效途径