伺服电机分析

信息处理 拉普拉斯变换
2022-02-08 12:56:49

我正在研究伺服电机的数学行为,我需要一些帮助来理解它。

输出信号为β(t),表示在时刻 t 轴相对于平衡位置旋转的角度。在伺服电机上有两个扭矩:

  • 第一个扭矩是由电流产生的i(t)这是通过电机完成的。它与由下式给出的电流成正比Ki(t).
  • 另一个扭矩由摩擦力给出,由下式给出2β(t)在哪里β(t)是的导数β(t), 表示它代表角速度。

反馈控制系统由下式给出:

在此处输入图像描述

其中 Motor 代表微分方程 4β(t)=100i(t)2β(t)

并且是为伺服电机提供所需位置(角度)的输入角度。α(t)

B未知,但我们假设,因此如果输入是恒定的,我们的输出将等于输入(单一静态增益)。A=1

系统的传递函数为:

H(s)=1004s2+(2100B)s100A

通过这个表达式,我们得出结论,我们的系统是一个没有零的二阶系统。的值,我们将控制极点在系统中的位置以及我们得到的系统类型。进一步来说:B

  • 如果我们有两个实极点(和一个过阻尼系统)B<0.38
  • 如果我们有 o 双极点(临界阻尼系统)B=0.38
  • 如果我们有两个复共轭极点(欠阻尼系统)。0.38<B<0.02

所以在此之前我没有任何问题,一切对我来说都是有意义的。下一个肯定是让我怀疑的:

  • 的值,我们控制了系统的摩擦。B

对此没有更多解释,我有点担心我对这个事实的解释是否正确。它是这样的:

  • 我们有一个没有零的二阶系统。通过控制,我们将控制我们的系统将拥有的极点类型。的低值(在模块中),我们有一个欠阻尼系统。对于,系统是临界阻尼的。对于的绝对值很大),系统将过阻尼。系统阻尼与电机中是否存在摩擦有关。对于低绝对值,我们将几乎没有摩擦,因此系统会剧烈振荡,直到达到最终值。当我们增加BBB=0.38B<0.38BB,我们将增加与系统的自然振荡趋势相反的摩擦力,使其单调,直到达到最终值。然而,我们必须小心,因为随着我们增加摩擦,系统也将需要更多时间才能达到该值(它必须“克服”摩擦)。

这种解释正确吗?我不确定这是否是摩擦与我得到的系统类型之间的正确关系?我也很好奇这种关系是否还有其他含义或后果。任何人都可以澄清我吗?

谢谢!

1个回答

你的解释似乎还可以。根据您的伺服电机基本模型,您有一个二阶微分方程:

Iβ+bβ+kβ=τext

其中,是以弧度为单位的位置角,(通常,用于角度),是施加在电机上的外部扭矩(由输入电流和机械负载(如果存在)给出),是转动部件的转动惯量,表示取决于角速度的摩擦效应(例如您的阻尼摩擦效应),表示取决于位置的扭转弹簧力(如果存在)的影响。在您的系统中,您只考虑与角速度相关的摩擦力,并设置βθτIbkk=0, (因此忽略弹簧力)。这产生以下微分方程:

Iβ+bβ=τext

该系统可以通过拉普拉斯变换其 LCCDE 来分析。尽管我不确定您是如何达到的,但假设它是正确的,那么可以看出系数模拟了摩擦力强度,并且正如您所说;通过调整,您可以将解的类型从振荡欠阻尼调整为单调过阻尼。H(s)2100BB

结果的物理解释也符合你的直觉;摩擦力越大,电机几乎不会振荡,但速度慢且效率低;虽然摩擦力较小,电机会响应更快,但会过冲和振荡。临界阻尼是在没有振荡的情况下尽快达到平衡的最优解。出于实际原因,这可以放宽,并且您可以允许一些微小的振荡来显着提高动态性能,当然前提是可以容忍微小的过冲量。