4.2 位置随动系统 （自学）
4.2.1 位置随动系统的组成
4.2.2 位置随动系统的特征及其与调速系统的比较
4.2.3 位置传感器
4.2.4 位置随动系统的稳态误差分析和参数计算
4.2.5位置随动系统的动态校正及控制自学 4.2节，并回答以下几个问题：
1、位置随动系统解决的主要问题是什么？ P133
并比较位置随动系统与调速系统的异同 P134。
2、位置随动系统通常由哪几部分组成?
各起何作用? P133~P134
3、常用的位置检测装置有哪些？请简述它们的工作原理
P134~P136。
4、请画出位置、转速、电流三环控制位置随动系统的组成框图并简单分析系统中各部分的工作原理。 P141~142
5、什么是串联校正、并联校正和复合控制？试举例说明它们的使用场合。 P143~144加自动控制原理教材
1、位置随动系统解决的主要问题是什么？试比较位置随动系统与调速系统的异同。
① 位置随动系统解决的主要问题是实现执行机构对位置指令
（给定量）的准确跟踪。随动系统一般称伺服系统
② 位置随动系统与调速系统的相同点：
两者的控制原理相同，它们都是反馈控制系统，即通过对系统的输出量与给定量进行比较，组成闭环控制异
③ 位置随动系统与调速系统的相异点：
调速系统的给定量是恒值，不管外界扰动情况如何，希望输出能够稳定，因此系统的抗扰性能显得十分重要。
位置随动系统中的位置指令是经常变化的，是一个随机变量，
要求输出量准确跟踪给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性、准确性成了位置随动系统的主要特征。
位置随动系统在结构上往往比调速系统复杂一些。位置随动系统可以在调速系统的基础上增加一个位置环，位置环是位置随动系统的主要结构特征。
2、常用的位置检测装置有哪些？请简述它们的工作原理转子位置检测的方法有：
自整角机 (角位移传感器,成对应用：发送机与指令轴相连,接收机与执行轴相连 ) 旋转变压器 (一种特制的两相旋转电机,在定子和转子上各有两套在空间上完全正交的绕组 。 当转子旋转时,输出电压与转子角呈一定的函数关系,主要作角度传感器 )。
圆形感应同步器用来测角位移,用于转台 (立式车床 )的角度数字显示和精确定位 。
直线式形感应同步器用来测直线位移,安装在具有平移运动的机床上 (
式车床 )用来测量刀架的位移并构成闭环系统 。
光电编码盘分增量式绝对式两种
（ 增量式光电编码盘实际是一个光电脉冲发生器和一个可逆计算器 ）
（ 绝对式光电编码盘则是通过读取码盘的图形来表示轴的位置,码制可选二进制,二 -十进制 （ BCD码 ）,和循环码 （ 格雷码 ）
同轴齿轮在电机位置检测是应用较多 。
具体工作原理见 (陈伯时主编,电力拖动自动控制系统,机械工业出版社 )本科生教材 P154-163
（补偿） 4、什么是检测误差、原理误差和扰动误差？
哪些无法克服？哪些能克服？
① 检测误差：由检测产生的误差，它取决于检测元件本身的精度，位置随动系统中常用的位置检测元件如自整角机、旋转变压器、感应同步器等都有一定的精度等级，系统的精度不可能高于所用位置检测元件的精度。
检测误差是稳态误差的主要部分，这是系统无法克服的。
② 原理误差：又称系统误差，它是系统自身的结构形式、系统特征参数和输入信号的形式决定的,Ⅰ 型系统只对位置输入是无静差的随动系统
（一阶无差系统）； Ⅱ 型系统对位置输入和速度输入都是无静差的随动系统（二阶无差系统）。
③ 扰动误差分负载扰动、系统参数变化、噪声干扰三种。
负载扰动（恒值负载扰动和随机性负载扰动），在抵抗负载扰动能力方面,Ⅱ 型系统比 Ⅰ 型系统好。
系统参数变化（放大器零漂、元件老化、电源电压波动等）
负载扰动和系统参数变化都作用在系统的前向通道上，可通过闭环予以抑制。
噪声干扰（经检测装置混入系统，一般多为高频成分，其频谱于输入信号频谱不重叠，可滤除，但影响快速性和系统动态精度） 。
5、什么是串联校正、并联校正和复合控制？试举例说明它们的使用场合。
① 串联校正 （ 调节器校正 ）,采用 PID校正的单位置环随动系统,可以得到较高的截止频率和对给定信号的快速响应,结构简单 。 由于不使用测速机,从而排除了测速机带来的干扰,但反过来又使摩察,间隙等非线性因素不能很好地受到抑制 。 负载扰动也必须通过位置环进行调节,没有快速的电流环及时补偿而使动态误差增大 。 同时 PID调节器是采用比例微分超前作用来对消调节对象中的大惯性,属于串联校正,常会因放大器的饱和而削弱微分信号的补偿强度,还会因控对象参数变化而丧失零极点对消的效果 。 因此单位置环的随动系统仅适用于负载较轻,扰动不大,非线性因素不太突出的场合 。
② 并联校正：在调速系统中引入被调量的微分负反馈是一种很有效的并联校正,在随动系统中经常采用这种并联校正,有助于抑制振荡,减小超调,提高系统的快速性 。 在位置随动系统中转速微分负反馈的并联校正比转速反馈的并联校正好,因为它不需增大 K1就可以保证原有的稳态精度,
而快速性同样可以得到一定程度的提高,只受到小时间常数及测速发电机信号中噪声干扰的限制 。
③ 复合控制：当随动系统输入信号的各阶导数可以测量或者可以实时计算时,利用输入信号的各阶导数进行前馈控制构成前馈控制 （ 开环控制 ）
和反馈控制 （ 闭环控制 ） 相结合的复合控制,也是一种提高系统稳态和动态品质指标的有效途径 。
4.2.1 位置随动系统的组成
4.2.2 位置随动系统的特征及其与调速系统的比较
4.2.3 位置传感器
4.2.4 位置随动系统的稳态误差分析和参数计算
4.2.5位置随动系统的动态校正及控制自学 4.2节，并回答以下几个问题：
1、位置随动系统解决的主要问题是什么？ P133
并比较位置随动系统与调速系统的异同 P134。
2、位置随动系统通常由哪几部分组成?
各起何作用? P133~P134
3、常用的位置检测装置有哪些？请简述它们的工作原理
P134~P136。
4、请画出位置、转速、电流三环控制位置随动系统的组成框图并简单分析系统中各部分的工作原理。 P141~142
5、什么是串联校正、并联校正和复合控制？试举例说明它们的使用场合。 P143~144加自动控制原理教材
1、位置随动系统解决的主要问题是什么？试比较位置随动系统与调速系统的异同。
① 位置随动系统解决的主要问题是实现执行机构对位置指令
（给定量）的准确跟踪。随动系统一般称伺服系统
② 位置随动系统与调速系统的相同点：
两者的控制原理相同，它们都是反馈控制系统，即通过对系统的输出量与给定量进行比较，组成闭环控制异
③ 位置随动系统与调速系统的相异点：
调速系统的给定量是恒值，不管外界扰动情况如何，希望输出能够稳定，因此系统的抗扰性能显得十分重要。
位置随动系统中的位置指令是经常变化的，是一个随机变量，
要求输出量准确跟踪给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性、准确性成了位置随动系统的主要特征。
位置随动系统在结构上往往比调速系统复杂一些。位置随动系统可以在调速系统的基础上增加一个位置环，位置环是位置随动系统的主要结构特征。
2、常用的位置检测装置有哪些？请简述它们的工作原理转子位置检测的方法有：
自整角机 (角位移传感器,成对应用：发送机与指令轴相连,接收机与执行轴相连 ) 旋转变压器 (一种特制的两相旋转电机,在定子和转子上各有两套在空间上完全正交的绕组 。 当转子旋转时,输出电压与转子角呈一定的函数关系,主要作角度传感器 )。
圆形感应同步器用来测角位移,用于转台 (立式车床 )的角度数字显示和精确定位 。
直线式形感应同步器用来测直线位移,安装在具有平移运动的机床上 (
式车床 )用来测量刀架的位移并构成闭环系统 。
光电编码盘分增量式绝对式两种
（ 增量式光电编码盘实际是一个光电脉冲发生器和一个可逆计算器 ）
（ 绝对式光电编码盘则是通过读取码盘的图形来表示轴的位置,码制可选二进制,二 -十进制 （ BCD码 ）,和循环码 （ 格雷码 ）
同轴齿轮在电机位置检测是应用较多 。
具体工作原理见 (陈伯时主编,电力拖动自动控制系统,机械工业出版社 )本科生教材 P154-163
（补偿） 4、什么是检测误差、原理误差和扰动误差？
哪些无法克服？哪些能克服？
① 检测误差：由检测产生的误差，它取决于检测元件本身的精度，位置随动系统中常用的位置检测元件如自整角机、旋转变压器、感应同步器等都有一定的精度等级，系统的精度不可能高于所用位置检测元件的精度。
检测误差是稳态误差的主要部分，这是系统无法克服的。
② 原理误差：又称系统误差，它是系统自身的结构形式、系统特征参数和输入信号的形式决定的,Ⅰ 型系统只对位置输入是无静差的随动系统
（一阶无差系统）； Ⅱ 型系统对位置输入和速度输入都是无静差的随动系统（二阶无差系统）。
③ 扰动误差分负载扰动、系统参数变化、噪声干扰三种。
负载扰动（恒值负载扰动和随机性负载扰动），在抵抗负载扰动能力方面,Ⅱ 型系统比 Ⅰ 型系统好。
系统参数变化（放大器零漂、元件老化、电源电压波动等）
负载扰动和系统参数变化都作用在系统的前向通道上，可通过闭环予以抑制。
噪声干扰（经检测装置混入系统，一般多为高频成分，其频谱于输入信号频谱不重叠，可滤除，但影响快速性和系统动态精度） 。
5、什么是串联校正、并联校正和复合控制？试举例说明它们的使用场合。
① 串联校正 （ 调节器校正 ）,采用 PID校正的单位置环随动系统,可以得到较高的截止频率和对给定信号的快速响应,结构简单 。 由于不使用测速机,从而排除了测速机带来的干扰,但反过来又使摩察,间隙等非线性因素不能很好地受到抑制 。 负载扰动也必须通过位置环进行调节,没有快速的电流环及时补偿而使动态误差增大 。 同时 PID调节器是采用比例微分超前作用来对消调节对象中的大惯性,属于串联校正,常会因放大器的饱和而削弱微分信号的补偿强度,还会因控对象参数变化而丧失零极点对消的效果 。 因此单位置环的随动系统仅适用于负载较轻,扰动不大,非线性因素不太突出的场合 。
② 并联校正：在调速系统中引入被调量的微分负反馈是一种很有效的并联校正,在随动系统中经常采用这种并联校正,有助于抑制振荡,减小超调,提高系统的快速性 。 在位置随动系统中转速微分负反馈的并联校正比转速反馈的并联校正好,因为它不需增大 K1就可以保证原有的稳态精度,
而快速性同样可以得到一定程度的提高,只受到小时间常数及测速发电机信号中噪声干扰的限制 。
③ 复合控制：当随动系统输入信号的各阶导数可以测量或者可以实时计算时,利用输入信号的各阶导数进行前馈控制构成前馈控制 （ 开环控制 ）
和反馈控制 （ 闭环控制 ） 相结合的复合控制,也是一种提高系统稳态和动态品质指标的有效途径 。
