一、穩(wěn)定性
伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當(dāng)作用在系統(tǒng)上的擾動信號消失后,系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)下運行,或者在輸入的指令信號作用下,系統(tǒng)能夠達到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)的能力。穩(wěn)定的伺服系統(tǒng)在受到外界干擾或輸入指令作用時,其輸出響應(yīng)的過渡過程隨著時間的增加而衰減,并最終達到與期望值一致。不穩(wěn)定的伺服系統(tǒng),其輸出響應(yīng)的過渡過程或者隨時間的增長而增長,或者表現(xiàn)為等幅振蕩。因此對伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求是一項最基本的要求,也是伺服系統(tǒng)能夠正常運行的最基本條件。
伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是系統(tǒng)本身的一種特性,取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成元件的參數(shù)(如慣性、剛度、阻尼、增益等),與外界作用信號(包括指令信號和擾動信號)的性質(zhì)或形式無關(guān)。一個伺服系統(tǒng)是否穩(wěn)定,可根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù),采用自動控制理論所提供的各種方法來判別。
對于位置伺服系統(tǒng),當(dāng)運動速度很低時,往往會出現(xiàn)一種由摩擦特性所引起的、被稱為r。爬行的現(xiàn)象,這也是伺服系統(tǒng)不穩(wěn)定的一種表現(xiàn)。爬行會嚴(yán)重影響伺服系統(tǒng)的定位精度和位置跟蹤精度。
二、精度
服系統(tǒng)的精度是指其輸出量復(fù)現(xiàn)輸入指令信號的精確程度。伺服系統(tǒng)工作過程中通常存在著三種誤差,即動態(tài)誤差、穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差。穩(wěn)定的伺服系統(tǒng)對變化的輸入信號的動態(tài)響應(yīng)過程往往是一個振蕩衰減的過程,在動態(tài)響應(yīng)過程中輸出量與輸入量之間的偏差稱為系統(tǒng)的動態(tài)誤差。在動態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束后,即在振蕩完全衰減掉之后,輸出量對輸入量的偏差可能會繼續(xù)存在,這個偏差稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。系統(tǒng)的靜態(tài)誤差則是指由系統(tǒng)組成元件本身的誤差及干擾信號所引起的系統(tǒng)輸出量對輸入量的偏差。
影響伺服系統(tǒng)精度的因素很多,就系統(tǒng)組成元件本身的誤差來講,有傳感器的靈敏度和精度、伺服放大器的零點漂移和死區(qū)誤差、機械裝置中的反向間隙和傳動誤差、各元器件的非線性因素等。此外,伺服系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)形式和輸入指令信號的形式對伺服系統(tǒng)精度都有重要影響。從構(gòu)成原理上講,有些系統(tǒng)無論采用多么精密的元器件,也總是存在穩(wěn)態(tài)誤差的,這類系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng),而有些系統(tǒng)卻是無差系統(tǒng)。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差還與輸入指令信號的形式有關(guān),當(dāng)輸入信號形式不同時,有時存在誤差,有時卻誤差為零。
精度是對伺服系統(tǒng)的一項重要的性能要求。人們主觀上往往總是希望所設(shè)計的伺服系統(tǒng)在任何情況下運行時,其輸出量的誤差都為零,但實際上這是不可能的。在實際設(shè)計伺服系統(tǒng)時,只要保證系統(tǒng)的誤差滿足精度指標(biāo)要求就可以了。
三、快速響應(yīng)性
快速響應(yīng)性是衡量伺服系統(tǒng)動態(tài)性能的一項重要指標(biāo)??焖夙憫?yīng)性有兩方面含義,一是指動態(tài)響應(yīng)過程中,輸出量跟隨輸入指令信號變化的迅速程度,二是指動態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束的迅速程度。
伺服系統(tǒng)對輸入指令信號的響應(yīng)速度常由系統(tǒng)的上升時間(輸出響應(yīng)從零上升到穩(wěn)態(tài)值所需要的時間)來表征,它主要取決于系統(tǒng)的阻尼比。阻尼比小則響應(yīng)快,但阻尼比太小會導(dǎo)致最大超調(diào)量(系統(tǒng)輸出響應(yīng)的最大值與穩(wěn)態(tài)值之間的偏差)增大和調(diào)整時間(系統(tǒng)的輸出響應(yīng)達到并保持在其穩(wěn)態(tài)值的一個允許的誤差范圍內(nèi)所需要的時間)加長,使系統(tǒng)相對穩(wěn)定性降低。伺服系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束的迅速程度用系統(tǒng)的調(diào)整時間來描述,并取決于系統(tǒng)的阻尼比和無阻尼固有頻率。當(dāng)阻尼比一定時,提高固有頻率值可以縮短響應(yīng)過程的持續(xù)時間。
伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)性、穩(wěn)定性和精度三項基本性能要求是相互關(guān)聯(lián)的,在進行伺服系統(tǒng)設(shè)計時,必須首先滿足穩(wěn)定性要求,然后在滿足精度要求的前提下盡量提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)性。
上述三項性能要求是對一般伺服系統(tǒng)的基本性能要求,除此之外,對機電一體化產(chǎn)品中常用的位置伺服系統(tǒng),還有調(diào)速范圍、負(fù)載能力、可靠性、體積、質(zhì)量以及成本等方面的要求,這些要求都應(yīng)在設(shè)計時給以綜合考慮。