伺服控制系统随动系统

信号引起的输出 G1G 2E (s) E ( s) G1 噪声引起的输出 G 2 N (s) N ( s)
增大信噪比的途径:增加G1，或增加E(s)/N(s)
闭环时，
G1G2R R 信噪比= 1+G1G2H G1 G2N N 1+G1G2H
在某些情况下，闭环提供了改善信噪比的可能性 当G1增大到G’1 时，调整R到R’,使开环、闭环输出C(s)相等 C(s)│N=O = G’1G2 R’/(1+ G’1G2H)=G1G2R C(s)│R=O = G2 N/(1+ G’1G2H) 希望它小 信噪比 = C(s)│N=O/ C(s)│R=O = G1(1+ G’1G2H)R/N 增加了(1+ G’1G2H)项，使提高信噪比有了可能。
作用：（增益、稳定、灵敏度、抗干扰）
R _ G(s) H(s) C
(s)
C(s) R( s )

G( s ) 1G( s ) H ( s )
1、反馈对增益的影响
(s)
C(s) R( s )

G( s ) 1G ( s ) H ( s )
H(s)=0时，即为开环，增益为G(s) G( s) H(s)≠0时，即为闭环，增益为 1G ( s ) H ( s ) │1+G(jω)H(jω)│>1时，增益减小 │1+G(jω)H(jω)│<1时，增益增大 G(jω)H(jω)在不同频段都可能出现上面的情况
第一章 绪 论
特点与回顾 伺服控制技术的发展 伺服系统的组成 伺服系统技术指标 伺服系统设计内容与步骤

特点与回顾
综合性、专业性，知识面宽，内容多而杂 注重实践 和自控原理的比较 什么是伺服系统（Servo System） 控制系统形式



反馈的特点与作用 两类基本反馈控制系统的比较
2、反馈对稳定性的影响
当1+G(jω)H(jω)=0或特征根分布在右半平面时， Φ （ jω）→∞，系统不稳定。 通过控制，可使不稳定系统达到稳定，选择F(s)
R _ G(s) H(s) F(s) C
(s)
G( s ) 1G ( s ) H ( s )G ( s ) F ( s )
例：倒立摆系统
3、反馈对系统参数灵敏度的影响
工作中，控制系统的元件总是随时间环境变化 的。希望这种变化越小越好。 灵敏度的定义：G(s)参数可变，Φ (s)对G(s)的 变化的灵敏度为
/ ( s) G( s) 1 S G / G( s) G ( s) 1 G( s) H ( s)
m
d 2 ( L cos ) m mg f dt 2 d 2 (Y L sin ) d 2Y m uF dt 2
dt 2
F
当车静止时，u = 0，系统处于不稳定平衡； 加入控制力u后，取 很小角运动，有
sin
设状态变量: 得到状态方程：
0 a 21 0 a41
G
S 可以用增大G(s) H(s)的办法，使 G 任意小。
开环时，使按1：1相应G(s)的变化的。
4、反馈对外部噪声或扰动的影响
它的作用可以削弱外部噪声或扰动N(s)的影响
N(s) R(s) E(s) G1 _ G2 C(s)
H
H=O时，也即开环时，有E(s)=R(s)，则 C(s)=G1G2R(s)+G2N(s)= G1G2E(s)+G2N(s) 定义：输出信噪比
已知：杆的质量为m，车的质量为M，车为一个自由度，左右运动；杆有
两个自由度，左右运动，绕铰链转动。f为垂向力，F为水平M
0 mg
B
杆旋转运动： 杆垂直直线运动： 杆水平直线运动： 车水平直线运动：
d 2 I ( f mg ) L sin FL cos dt 2
cos 1 x1 , x2 , x3 y, x4 y
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 b 0 x 2 u A Bu 0 1 0 b4
A的特征根del(sI-A)=0，有正根，系统不稳定 可通过配置系统极点，使系统稳定。
特点与回顾

综合性、专业性，知识面宽，内容多而杂
数学、电子线路、电机学、机械基础、控制理论、力学、计 算机、液压与气动、电力电子学都要涉及 具有穿线的作用

注重实践
控制系统设计、实现、调试、试验

和自控原理的比较

什么是伺服系统（Servo System）
随动系统 — 调节系统 是控制系统中的一类系统 它用来控制被控对象的转角或位移，使其自动、连续、 精确地复现输入指令的变化。（一般具有负反馈闭环） 例：雷达系统、机器人机械臂、猎雷声纳平台
伺服控制系统（随动系统） —— 调节控制系统
跟踪输入变化，克服负载与噪声干扰——使对象保持某一状态 两类系统共同点：一般都是反馈控制系统 两类系统不同点：四个方面 1、输入信号 时变、跟踪 、未知、复杂 —— 常值阶跃、已知、简单 2、误差特点 跟踪误差来源于输入信号的随机变化 —— 广义干扰引起 3、过渡过程质量、精度 过渡过程质量高、精度、快速性好——精度高，过程一般 4、负载特点 负载惯性与摩擦——广义干扰 你中有我，我中有你

控制系统形式
控制器 被控 对象
开环和闭环
控制器 放大 被控 对象
舵机控制系统
θr 主指令信号；θy 舵角信号 e =θr -θy 偏差信号 e = 0 时，达到一致。 舵角连续跟踪θr 必须自动克服水流的干扰。
θy 控制器 放大 电动机 齿轮
θr 舵轮
指令
θy

反馈的特点与作用
特点： 1、连续的检测偏差量； 2、回路增益可以较高，使误差很小， 输出接近希望值； 3、对环境有适应性，抗干扰性强； 4、闭开环系统复杂，成本高。
5、反馈对系统带宽、阻抗、过渡过程及频率特性都 有影响

两类基本反馈控制系统的比较
控制系统种类很多，分法也各不相同。 按控制形式分： 定常控制系统 —— 时变控制系统 线性控制系统 —— 非线性控制系统 连续控制系统 —— 离散控制系统 模拟控制系统 —— 数字控制系统 按控制目标分： 伺服控制系统（随动系统） —— 调节控制系统