当前位置:南通康诚重工机械有限公司 >> 新闻中心 >> 伺服系统的性能分析及其调整过程的研究

伺服系统的性能分析及其调整过程的研究


伺服电机及其驱动技术在我国还属于技术含量较高的领域,在机床、工业机器人、印刷机械、包装机械、塑料机械和纺织机械等行业得到广泛的应用。一个伺服系统的构成通常包含被控对象(plant)、执行器(actuator)、控制器(controller)等几个部分,机械手臂、机械工作平台通常作为被控对象。执行器的功能在于主要提供被控对象的动力,可能以气压、油压、或是电力驱动的方式呈现,若是采用油压驱动方管链式输送机式,一般称之为油压伺服系统。目前绝大多数的伺服系统采用电力驱动方式,执行器包含了电机与功率放大器,特别设计应用于伺服系统的电机称之为伺服电机(servo motor),通常内含位置反馈装置,如光电编码器(optical encoder)、解角器(resolver),目前主要应用于工业界的伺服电机包括直流伺服电机、永磁交流伺服电机、与感应交流伺服电机,其中又以永磁交流伺服电机占绝大多数。控制器的功能在于提供整个伺服系统的闭路控制,如扭矩控制、速度控制与位置控制等。目前一般工业用伺服驱动器(servo drive)通常包含了控制器与功率放大器。图1所示为一般工业用伺服系统组成框图。本文分析一般工业用伺服系统的伺服性能及阐述如何对一个既定的伺服系统进行调整,使之达到最佳的伺服性能。


分离机械图1 一般工业用伺服系统组成框图

一、伺立式复合破碎机服系统的性能分析

衡量一个伺服系统的性能主要从以给煤机下四个方面来分析:响应速度、刚度、稳定性以及抗噪音能力。

·响应颚式破速度

伺服系统的响应速度描述了系统响应指令给定的仓壁振动器快慢程度,对大部分的伺服系统来说追求较快的响应速度,系统的增益越大,则响应速度快,有助于提高系统的性能;

·刚碎石机械度

伺服系统的刚度描述了系统抗扭矩干扰的能力,系统的刚度比较难于衡量,这是由于系统的干扰往往难于量化,对于一个伺服系统来说,高的刚度能够反击式破碎机达到较好的伺服性能;

·稳给料机定性

伺服系统的稳定性描述了系统消除自振荡的裕量,任何一个系统都必须有合适的稳定裕量,伺服系统的稳定性一般通过对方波信号响应的过冲量和振荡次制砂生产线设备数来衡量,伺服增益越高,系统的稳定性将降低;

·抗振荡筛噪音能力

伺服系统的抗噪音能力描述了系统对噪音源的放大程度,噪音干扰会导致系统发热、振荡,扭矩波动和杂音等不良现象。伺服微型振动电机增益越高,系统的抗噪音能力将越低。图2~图5所示为伺服系统性能的对比分析。


图2 伺服系统速度环对方YZS系列小型振动电机波的响应速度对比


图3 伺服系统速度环对方波响应时刚度性能的砂石料筛分设备对比


图4 伺服系统速度环对方波响应时稳定性能的对移动皮带输送机比


图5 伺服系统速度环中反馈电流精度的对比

二、伺服系统的调整过程研究

伺服系统的调整主要是系统的各项控制增益的调整,通过上述的分析,当增益调整较高时,可以使得系统具有较快的响应速度,提高系统的刚度从而提高系统抗扭矩干扰的能力。然而,另一个方面,过高的增益将使得系统的稳定性和抗噪音能力下降。因此,伺服系统的调整实际上是一个寻求系统各项性能的相互平衡并使整体性能最优的决策过程。本节中,以伺服系统速度环的调整为例,研究其调整过程,分析如何通过调整伺服系统的增益来最优化系统的响应速度、刚度、稳定性以及抗噪音能力,从而得到系统的最佳性能。图6所示为伺服系统增益调整示意图。


图6 伺服系统增益调整示意图

1. 伺服系统的速度环基本组成

伺服系统的调整过程中,速度环是最难调整的,一般伺服系统的速度环如图7所示。速度指令来自于位置环,在调整过程中,通常以方波信号作为响应信号,这是由于方波信号的响应对系统要求最为严格。反馈速度与指令速度通过比较环节进行比较得到速度误差,一般来说速度环的控制作用就是为了减小这种误差。比例积分(PI)控制器中的比例增益通常是在高频时起作用,而积分增益通常是在中频时起作用,速度误差经过比例积分控制器后其输出为电流指令。伺服系统的电流环在研究速度环的时候,通常把它当作速度环的一个环节,它的作用就是把电流指令转换成实际电流,此时有可能引起系统的稳定性问题。

电机也作为速度环中的一个环节来研究,此时电机模型可以简化为KT/JTOTAL,其中KT把电流环输出的实际电流转换为扭矩信号,1/JTOTAL再把扭矩信号转换为系统的加速度信号。系统的加速度经过积分作用得到速度信号,速度信号再次经过积分环节得到系统的位置信号。系统的位置信号通过位置传感器来检测,系统的速度正比于系统位置的变化率。为了提高伺服系统的抗噪音能力以及稳定性,通常在系统中加入滤波器,如图7所示。


图7 伺服系统的速度环

2. 伺服系统的调整过程研究

伺服系统的调整主要是针对闭环控制器的增益进行调整,使得整个系统达到一个最优的工作状态。其中速度环的调整是整个系统调整中最关键的,也是最难调整的。通常,增益的调整是一个一个地调整,首先了解伺服增益的限制因素,然后调整速度环的比例增益,接下来调整速度环的积分增益。对于每个增益参数的调整,都是从低慢慢地增加,确保系统稳定。

伺服系统比例增益的上限通常是由系统内部的各个部件本身决定的,驱动器本身的采样速率、滤波器特性、电流环特性甚至是接线产生的噪音,这些都可能成为限制比例增益的过高调整。同时伺服系统的反馈环节和机械传动部件也可能成为限制系统比例增益的重要因素。图8为伺服系统调整过程示意图,图9为系统调整试验装置。


图8 伺服系统调整过程示意图


图9 系统调整试验装置

伺服系统的调整过程可以用如图10所示的流程图。事先假定系统伺服增益的限定因素是固定的,然后积分增益设为0,比例增益从低以20%的增量慢慢往上调整,同时监测系统的稳定性,当系统产生过冲,返回到上一个设置值。如果系统有噪音干扰,可以通过增加滤波器功能、提高反馈环节的分辨率或适当降低控制器的比例增益。增加滤波器功能有助于提高系统的抗噪音能力和响应能力,但是也同时给系统带来了时延的问题,而导致系统不稳定,因此只有在必要的情况下才增加滤波器功能。图11为系统增加滤波器功能调整结果。


图10 伺服系统的调整流程图


(a) 无滤波器功能


(b) 增加滤波器功能
图11 系统增加滤波器功能调整结果对比

反馈环节的分辨率包括位置分辨率和速度分辨率,位置分辨率是位置传感器检测位置信号的最小增量值。速度分辨率可以表示为VRESOLUTION= PRESOLUTION /TSAMPLE。比如,一个伺服系统的位置传感器采用2000PPR的编码器,采样频率FSAMPLE为4kHz,则系统的位置分辨率为8000CPR,速度分辨率为30r/min。图12所示为系统提高分辨率的调整结果。


图12 系统提高分辨率的调整结果对比

三、结语

近年来,伺服控制系统无论是从应用或是理论研究方面均渐成关注点。“伺服系统”指经由闭回路控制方式达到一个机械系统位置、速度、或加速度控制的系统。讨论伺服系统的性能着重于它的响应速度、稳定性、刚度以及抗噪音能力四个方面,然而这四个方面又相互矛盾,因此要有必要通过一定的流程和方法来指导系统的调整,使整个系统运行于一个最优的状态。本文通过分析伺服系统的性能,侧重于伺服系统速度环的调整,阐述了伺服系统调整的一般流程和方法。当然如果需要得到系统各方面性能的更加详细的信息,则必须要借助于波德图(Bode Plots)来进行系统的进一步调整。对于一般的伺服系统应用领域来说,通过本文所介绍的方法和流程进行系统的调整完全可以达到要求。 (

 

相关产品

砂石破碎机
砂石破碎机是指排料中粒度大于三毫米的含量占总排料量50%以上的破石机械。沙石破碎作业常按给料和排料粒度的大小分为粗碎砂石破碎机,沙石设备、中碎砂石破碎机,沙石设备和细碎砂石破碎机,沙石设备。
砂石分离机
砂石分离机结构简单,环保效益显著:分离出砂石表面光洁,砂子含灰≤1%,含水≤3-5%;洗车水循环使用,污水达到零的排放;设备耐磨,操作简单,便于清理检修。
环锤破碎机
环锤破碎机是一种带有环锤的冲击转子式破碎机,适用于破碎各种脆性物料。
颚式破碎机设计
在分析复摆颚式破碎机机构运动方式的基础上,提出具有倒置4杆机构特征的双腔颚式破碎机.该双腔颚式破碎机的工作方式是2个破碎腔交替破碎物料。
沙石分离机械
沙石分离机械将搅拌车倒至设定的停车位,进行加水滚洗后,将废料浆水直接倒入进料斗,由进料斗流入分离机进行清洗、分离。
自击式破碎机
自击式破碎机适用于制作磨料、耐火材料、水泥、石英砂、钢砂、炉渣粉、铜矿石、铁矿石、金矿石、混凝土骨料、沥青骨料等多种硬、脆物料的细碎与中碎。
制砂破碎机
制砂破碎机,又名节能复合细碎机,广泛适用于各种岩石,磨料,耐火材料,水泥熟料,石英石,铁矿石,混凝土骨料等多种硬、脆物料的中碎、细碎(制砂粒)。
砂石生产设备
PCL直通冲击式破碎机俗称立式冲击破,也就是制砂机,是常用的砂石生产设备。
页岩破碎机
页岩破碎机主要用于粉碎煤矸石,炉渣,钢渣,石灰石,焦碳,方铅矿,菱铁矿,闪锌矿,褐铁矿等。
岩石破碎机
岩石破碎机别名:反击式破碎机。PF系列反击式破碎机(反击破)是一种新型高效率的岩石破碎机,广泛应用于各种矿石破碎、铁路、高速公路、能源、水泥、化工、建筑等行业。其排料粒度大小可以调节,破碎规格多样化。
反击破碎机
反击破碎机,适用于破碎中硬物料,如水泥厂的石灰石破碎机,具有生产能力大,出料粒度小的特点。
旋回破碎机
旋回破碎机用于冶金、化工、建材、电力、交通等工业部门的大型厂中,粗碎坚硬、中硬的各种矿石和岩石。
沙石分离机
沙石分离机结构简单,环保效益显著:分离出沙石表面光洁,沙子含灰≤1%,含水≤3-5%;洗车水循环使用,污水达到零的排放;设备耐磨,操作简单,便于清理检修。
小型锤式破碎机
PC小型锤式破碎机用于破碎各种中硬且磨蚀性弱的物料。
细碎破碎机
细碎破碎机适用于建材、矿业、冶金、化工工业破碎石灰石、熟料、煤及其它矿石。
沙石破碎机
常用沙石破碎机的有颚式破碎机,反击式碎石机,冲击式破石机,复合式碎石机,单段锤式破碎机,环锤式碎石机,圆锥式碎石机、双辊式碎石机等几种。
细碎颚式破碎机
PEX型细碎颚式破碎机广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化学工业等众多部门,破碎抗压强度不超过320兆帕的各种物料。
碎石破碎机
碎石破碎机广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化学工业等众多部门。目前常用碎石机械有鄂式碎石机、反击式碎石机、锤式碎石机、冲击式碎石机、辊式碎石机、复合式碎石机等。
颚式破碎
颚式破碎机是出现较早的石料破碎机(石子破碎机),因其构造简单、坚固、工作可靠、维护和检修容易以及生产和建设费用比较少,
四辊破碎机
四辊破碎机是一种冶金矿山设备配套中、细碎产品,也可通过调整上、下辊的间隙,破碎所需粒度的物料。
破碎机生产线
破碎机生产线由给料机、颚式破碎机、液压圆锥破碎机、振动筛、立式冲击破碎机等主要设备组成,配合皮带输送机等可组成完整的石料生产线。
四齿辊破碎机
四齿辊破碎机适用于抗压强度小于150Mpa、湿度小于20%的中硬度及软物料的细碎及中碎作业。
颚式破
颚式破石机即是颚式破碎机,是矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化学工业等部门常用设备之一。
双级破碎机
双级破碎机可以粉碎煤矸石,页岩,炉渣,煤渣,矿渣,矿石,石头与石灰石等100多种原料。
双辊式破碎机
双辊式破碎机(对辊式破碎机|对辊破碎机|双辊破碎机)适用于在水泥,化工,电力,冶金,建材,耐火材料等工业部门破碎中等硬度的物料,如石灰石,炉渣,焦炭,煤等物料的中碎,细碎作业。
双齿辊式破碎机
双齿辊式破碎机适用于煤炭、冶金、矿山、化工、建材等行业更适用于大型煤矿或选煤厂原煤(含矸石)的破碎。
石灰石破碎机
石灰石破碎机广泛适用于花岗岩、玄武岩、石灰岩、河卵石、水泥熟料、石英石、铁矿石、铝矾土等多种矿物的细式破碎。
鄂式破碎机
鄂式破碎机具有破碎比大。鄂式破碎机品粒度均匀、结构简单、工作可靠、维修简便、等特点。
湿煤破碎机
湿煤破碎机适用于煤炭,电力,科研等行业和部门破碎干燥或含有大于15%水分的煤炭,矿石,岩石或其它中等硬度物料。
破碎机器
PF系列反击式破碎机器主要用于中碎,可破碎抗压强度不超过320 兆帕的物料,适宜生产高等级公路、水电、建筑等行业用石料。
密封锤式破碎机
密封锤式破碎机常被用于对原材料的中碎和细碎,如煤、焦碳、石灰石、硫铁矿、磷矿石、煤矸石等各种需要破碎的物料,广泛应用于冶金行业、建材行业。
锰钢双辊破碎机
锰钢双辊破碎机可供选矿、化工、水泥、耐火材料、磨料、建筑材料等工业部门中细碎各种高、中等硬度的矿石和岩石之用。
煤炭破碎机
煤炭破碎机可广泛适用于水泥厂的生料、熟料细碎作业,同时也可用于白云石、焦宝石、铅锌矿、蛇纹石、高炉渣、煤矸石、磷矿石等中等硬度物料的细碎作业。
链式破碎机
链式破碎机适用于复合肥生产中块状物的破碎,同时也广泛用于化工、建材、矿山等行业。
立轴冲击式破碎机
PCL立轴冲击式破碎机是常用制沙机械,目前已经替代锤式破碎机机、对辊破碎机、棒磨机等传统设备,成为制沙行业的主流制沙设备。
立式复合式破碎机
立式复合破碎机是综合国内外同类破碎机技术,对主要技术参数进行优化设计研制而成的新型细碎、粗磨产品。
大型颚式破碎机
颚式破碎机(颚破)广泛运用于矿山、冶金、建材、公路、铁路、水利和化工等多种行业。
立式冲击破碎机
PL立式冲击破碎机广泛用于水利水电、耐火材料、建筑、高等级公路、铁路等行业的人工制砂作业。
矿山破碎设备
矿山破碎设备是指矿山设备中的选矿设备中的破碎机械-破碎机。矿山破碎设备广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化学工业等众多部门。
锤式反击破碎机
锤式反击破碎机适用于破碎各种脆性材料的矿物,被破碎物料为煤、盐、白亚、石膏、明矾、砖、瓦、石灰石等。

最新产品

CZ系列仓壁振动器
仓壁振动器用于防止和排除各种料仓由于物料的内摩擦、潮解、带电、成分偏析等原因引起的“堵塞”、“塔拱”现象;亦可用于清除各种仓壁、管道粘结物料
防闭塞装置(ZFB)
ZFB防闭塞装置(仓壁振动器)广泛应用于冶金、化工、建材、火电、煤炭、食品、水泥、制药、化肥、粮食、铸造、陶瓷、磨料等行业中贮料仓的防闭塞之用。
惯性振动器(ZG)
ZG惯性振动器广泛用来作为各种振动机械(如振动给料机、振动输送机、振动筛分机、振动落砂机、振动破碎机、振动提升机、振动试验台等)的激振源
振动电机
振动电机矿山、铸造、冶金、煤炭、电力、粮食、港口、化工、建材、机械、陶瓷等工业部门的理想配套设备

最新资讯

随机链接

圆盘式给料机

粮食输送机

波纹挡边输送机

大倾角胶带输送机

螺旋进料器

大型圆振动筛

南通康诚重工机械有限公司   地址: 江苏省海安县开发区南海大道(东)8号 网址: http://www.ntscjx.com

电话:0513-80686000  88773999 传真:0513-80686060

 联系人: 吴先生 13506276000(24小时服务热线) E-mail:info@ntscjx.com 技术支持:天正企划

分享到: