伺服控制专辑之控制精度及幅频特性

行业动态 ????|???? 2020-03-02
摘要:控制精度可以从四个指标进行考察;当使用较大幅度的正弦波时,频率响应也对极限斜率非常敏感。本文兴迪源机械带来伺服控制专辑之控制精度及幅频特性。

  控制精度可以从四个指标进行考察;当使用较大幅度的正弦波时,频率响应也对极限斜率非常敏感。本文兴迪源机械带来伺服控制专辑之控制精度及幅频特性。
 
  一、伺服控制专辑—控制精度
 
  控制精度可以从四个指标进行考察:
 
  1)瞬时静态误差:这种控制误差是由伺服阀的误差决定的,往往是在瞬间产生,不过这种误差很少出现。例如;伺服阀分辨率和滞环,由于负载变化而引起的压力增益偏差等。
 
  2)长期静态误差:是由于温度漂移,伺服阀组件磨损等原因而引起的。最坏的情况是伺服阀样本中所有误差累加在一起。
 
  积分的使用:积分器通常用于消除长期的静态误差。在时间平均的基础上,积分器将产生0控制误差,但这并不意味着静态误差始终为0(静态误差的平均值为0)。即使可以迅速进行校正,仍会发生类似于瞬时的静态误差(瞬时误差就是瞬间的偏差信号)。
 
  3)峰峰值误差(抖动):静态和低频工作时有时可能会出现高频抖动。通常,这种情况是由于机械设计不合理,缸(或者阀芯)的摩擦力太大,游隙,电信号噪声等导致的。这种类型的误差很难计算(这种误差是非线性误差)。
 
  4)跟随误差:是跟随斜坡命令时产生的(跟踪)误差。误差与斜坡速度成比例地增加,可以根据瞬间的跟随误差或跟随滞后来计算;达到指令值所需的时间。
 
  注意:
 
  1.控制器无法观察到任何测量形式的误差。测量误差应该叠加到控制器的总误差上。传感器误差通常属于长期误差;例如由于温度漂移。
 
  2.实际上,对于电反馈阀,阀总的瞬时误差可能约为1%,甚至更低。长期误差可能高达10%,但一般情况下约为5%(即使有稳态误差,也并不影响阀的工作。因为电路板的PID模块会给出相应的偏差信号予以纠正)
 
  3.可以通过积分作用(在某些情况下)或速度前馈(后面会重点先容)在某种程度上消除跟随误差。
 
  斜坡信号,是一阶有差系统,通过增加积分环节,可以消除跟随误差。但是系统的阶数不能太高,否则容易引起不稳定。
 
  二、伺服控制专辑——幅频特性
 
  1)频率响应:
 
  当使用较大幅度的正弦波时,频率响应也对极限斜率非常敏感。
 
  注:为什么正弦波对斜坡信号的斜率非常敏感?因为当斜率很小时,跟随较慢,此时正弦波就会变为一个幅值更低的三角波。波形就会失真。
 
  与阶跃响应一样,较小的信号响应也代表了真实的动态效果:
 
  对于控制环路分析,最重要的小信号频率响应参数如下:
 
  •-3db频率
 
  •-45°相频率(这是频率的转折点)
 
  •-90°相频
 
  •峰值频率
 
  •dB过冲(谐振)
 
  对于大信号;
 
  •-3dB极限频率
 
  •-90°相位极限频率
 
  •正弦振幅
 
  2)注意:
 
  1. -3db点是输出响应下降到满输出的71%的位置;即性能开始下降的点。-3dB频率通常也称为系统带宽。
 
  2.在对数标度上绘制dB(纵坐标)和频率(横坐标),可以看出衰减的坐标点。从图中可以明显看出大信号输入下,幅值以-20dB /十倍频程的斜率(这意味着10倍频率响应的1/10)衰减,也可以明显观察到相位响应中的尖锐“拐点”。
 
  3.一般情况下,伺服阀样本中显示100%的大信号响应和25%或40%的响应,可以据此推测出小信号输入下的性能。但是,有时候大信号输入下的响应会受到上升斜率的限制。此时就很难推测出真正情况下的系统动态。
 
  4.小信号阶跃响应与频率响应之间存在关系;例如,阶跃响应中的超调百分比与频率响应中的dB过冲有关。这是分别在时域和频域下的不同表示方法。
 
  5.斜坡受限的频率响应波形往往更接近于三角形,而不是正弦波。在某些应用中(例如材料测试),这可能是不可接受的;应使用斜率比较大的伺服阀。
 
  这个地方估计很多人很疑惑,为什么阀的响应慢,输出会由正弦波变为三角波?因为在高频下,系统的周期很短,在正弦信号下,输出信号从小逐渐上升,还没来得及上升到正弦波的顶部(四分之一周期),此时响应是三角波的上升沿,就开始下降了(二分之一周期内),变成了三角波的下降沿。
 
  3)时域和频域的计算:
 
  由于伺服阀的响应远远高于负载的响应,此时伺服阀可以等效为二阶震荡环节。根据自动控制原理,二阶系统的谐振峰值Mr与超调量σp之间的关系如下:
 
  从上面式子可以看出,谐振峰值Mr与超调量σp只与阻尼系数ζsv有关。此处ζsv为伺服阀等效阻尼系数。只要测得幅频特性曲线或者阶跃响应曲线中的一条,便可以确定阻尼系数,从而计算出另外一个数值。需要注意的是,只有阻尼系数小于0.707时(此时谐振峰值为1db)上面关系式菜成立。当阻尼系数大于0.707时,谐振峰值和超调量之间的关系便不复存在。在设计伺服阀时,为了避免谐振和超调,阻尼系数理论数值一般取0.75。
 
  4)上升时间与幅频宽之间的关系:
 
  上升时间tp与幅频宽ωb之间的关系为:tp=0.35/ωb
 
  【兴迪源机械液压技术优势
 
  兴迪源机械严格按照ISO国际标准质量管理体系和5S管理标准进行质量监控和内部管理。建立有 “河南省流体压力成形智能装备工程技术研究中心”,核心团队由数10名博士、硕士和各高等院校金属成形专家教授组成,专注于液压成形核心技术和产品工艺研发。
 
  兴迪源机械与中国科学院金属研究所、南京航空航天大学等院校开展长期的产、学、研合作,并共同设立了“液压成形技术产业化示范基地”,时刻跟踪国内外领先技术,不断提升“兴迪源”液压设备品牌价值。
 

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