控制精度可以從四個指標進行考察;當使用較大幅度的正弦波時,頻率響應也對極限斜率非常敏感。本文興迪源機械帶來伺服控制專輯之控制精度及幅頻特性。
一、伺服控制專輯—控制精度:
控制精度可以從四個指標進行考察:
1)瞬時靜態誤差:這種控制誤差是由伺服閥的誤差決定的,往往是在瞬間產生,不過這種誤差很少出現。例如;伺服閥分辨率和滯環,由于負載變化而引起的壓力增益偏差等。
2)長期靜態誤差:是由于溫度漂移,伺服閥組件磨損等原因而引起的。最壞的情況是伺服閥樣本中所有誤差累加在一起。
積分的使用:積分器通常用于消除長期的靜態誤差。在時間平均的基礎上,積分器將產生0控制誤差,但這并不意味著靜態誤差始終為0(靜態誤差的平均值為0)。即使可以迅速進行校正,仍會發生類似于瞬時的靜態誤差(瞬時誤差就是瞬間的偏差信號)。
3)峰峰值誤差(抖動):靜態和低頻工作時有時可能會出現高頻抖動。通常,這種情況是由于機械設計不合理,缸(或者閥芯)的摩擦力太大,游隙,電信號噪聲等導致的。這種類型的誤差很難計算(這種誤差是非線性誤差)。
4)跟隨誤差:是跟隨斜坡命令時產生的(跟蹤)誤差。誤差與斜坡速度成比例地增加,可以根據瞬間的跟隨誤差或跟隨滯后來計算;達到指令值所需的時間。
注意:
1.控制器無法觀察到任何測量形式的誤差。測量誤差應該疊加到控制器的總誤差上。傳感器誤差通常屬于長期誤差;例如由于溫度漂移。
2.實際上,對于電反饋閥,閥總的瞬時誤差可能約為1%,甚至更低。長期誤差可能高達10%,但一般情況下約為5%(即使有穩態誤差,也并不影響閥的工作。因為電路板的PID模塊會給出相應的偏差信號予以糾正)
3.可以通過積分作用(在某些情況下)或速度前饋(后面會重點介紹)在某種程度上消除跟隨誤差。
斜坡信號,是一階有差系統,通過增加積分環節,可以消除跟隨誤差。但是系統的階數不能太高,否則容易引起不穩定。
二、伺服控制專輯——幅頻特性:
1)頻率響應:
當使用較大幅度的正弦波時,頻率響應也對極限斜率非常敏感。
注:為什么正弦波對斜坡信號的斜率非常敏感?因為當斜率很小時,跟隨較慢,此時正弦波就會變為一個幅值更低的三角波。波形就會失真。
與階躍響應一樣,較小的信號響應也代表了真實的動態效果:
對于控制環路分析,最重要的小信號頻率響應參數如下:
•-3db頻率
•-45°相頻率(這是頻率的轉折點)
•-90°相頻
•峰值頻率
•dB過沖(諧振)
對于大信號;
•-3dB極限頻率
•-90°相位極限頻率
•正弦振幅
2)注意:
1. -3db點是輸出響應下降到滿輸出的71%的位置;即性能開始下降的點。-3dB頻率通常也稱為系統帶寬。
2.在對數標度上繪制dB(縱坐標)和頻率(橫坐標),可以看出衰減的坐標點。從圖中可以明顯看出大信號輸入下,幅值以-20dB /十倍頻程的斜率(這意味著10倍頻率響應的1/10)衰減,也可以明顯觀察到相位響應中的尖銳“拐點”。
3.一般情況下,伺服閥樣本中顯示100%的大信號響應和25%或40%的響應,可以據此推測出小信號輸入下的性能。但是,有時候大信號輸入下的響應會受到上升斜率的限制。此時就很難推測出真正情況下的系統動態。
4.小信號階躍響應與頻率響應之間存在關系;例如,階躍響應中的超調百分比與頻率響應中的dB過沖有關。這是分別在時域和頻域下的不同表示方法。
5.斜坡受限的頻率響應波形往往更接近于三角形,而不是正弦波。在某些應用中(例如材料測試),這可能是不可接受的;應使用斜率比較大的伺服閥。
這個地方估計很多人很疑惑,為什么閥的響應慢,輸出會由正弦波變為三角波?因為在高頻下,系統的周期很短,在正弦信號下,輸出信號從小逐漸上升,還沒來得及上升到正弦波的頂部(四分之一周期),此時響應是三角波的上升沿,就開始下降了(二分之一周期內),變成了三角波的下降沿。
3)時域和頻域的計算:
由于伺服閥的響應遠遠高于負載的響應,此時伺服閥可以等效為二階震蕩環節。根據自動控制原理,二階系統的諧振峰值Mr與超調量σp之間的關系如下:
從上面式子可以看出,諧振峰值Mr與超調量σp只與阻尼系數ζsv有關。此處ζsv為伺服閥等效阻尼系數。只要測得幅頻特性曲線或者階躍響應曲線中的一條,便可以確定阻尼系數,從而計算出另外一個數值。需要注意的是,只有阻尼系數小于0.707時(此時諧振峰值為1db)上面關系式菜成立。當阻尼系數大于0.707時,諧振峰值和超調量之間的關系便不復存在。在設計伺服閥時,為了避免諧振和超調,阻尼系數理論數值一般取0.75。
4)上升時間與幅頻寬之間的關系:
上升時間tp與幅頻寬ωb之間的關系為:tp=0.35/ωb
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