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进给伺服系统的系统增益

信息来源:深圳市嘉扬科技有限公司
添加时间:2025-7-1
1.系统增益的概念和意义
系统增益KS又称速度增益、开环增益,它是进给伺服系统的重要性能参数,其定义是单位位置误差△D所能控制的速度F,其量纲是1/sec:
KS=F/△D(1/sec)(1)

图1传递函数简化框图
图1中:KN方框是位置控制单元的传递函数,KN是位置环增益;KA方框是速度控制单元的传递函数,KA是速度环增益;KM/S方框是伺服电机的传递函数,KM是电机的增益系数;L/2π方框是机械执行单元的传递函数,L是传动丝杆的螺距;KfP方框是位置控制单元的传递函数,KN是位置检测比例系数;则此时进给伺服系统的传递函数为:

2.KS对系统动态性能的影响
系统的位置输入与位置输出的关系
在进给过程中位置输入可以看成是系统的斜坡激励:


讨论
系统增益KS越大,则时间常数越小,达到指令速度的时间越短,即系统响应快或系统灵敏度高。
系统的加速度与系统增益KS成正比例,即系统增益大,则加速度大。系统在刚启动的一瞬间,即时的加速度为

可见当然启动时,KS越大可使系统的响应加快,但对系统的冲击也大,尤其对惯性较大的系统,将产生很大的冲击力,另外,加速度太大也可能系统超调,引起系统失稳。因此,系统增益KS不能太大。
3.KS与跟随误差△D的关系
系统的跟随误差为:

可知速度一定时,系统增益KS越大,则系统的稳态位置误差越小,即系统的随动误差小或者说跟随精度高。
综上所述,对系统的灵敏度、系统增益KS和系统的加速度这三个因素,在确定它们的数值时要进行折衷考虑。这样才能使系统获得较好的动态性能。
4.数控系统中KS的选取和设定方法
KS的初选方法
在工程调试中,KS可按下列方式初选:

M
m、ML:分别是电机的输出转矩和负载转矩;GDm、GDL:分别是电机转子和负载等效飞轮惯量。
KS的设定方法
由前面的推导可知:

其中:KA、KM、L/2π在数控系统、伺服系统和机械系统选定后便确定了,而KN是作为可调参数,允许用户根据具体情况选定,以满足系统的稳定性和快速度性的要求。通常在数控系统或伺服驱动单元中可对KN进行设定。
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