機械傳動系統(tǒng)的性能與系統(tǒng)本身的阻尼比ξ、固有頻率ωn有關。ωn、ξ又與機械系統(tǒng)的結構參數密切相關。因此,機械系統(tǒng)的結構參數對伺服系統(tǒng)的性能有很大影響。
一般的機械系統(tǒng)均可簡化為二階系統(tǒng),系統(tǒng)中阻尼的影響可以由二階系統(tǒng)單位階躍響應曲線來說明。由圖2-13可知,阻尼比不同的系統(tǒng),其時間響應特性也不同。
（1）當阻尼比ξ＝0時,系統(tǒng)處于等幅持續(xù)振蕩狀態(tài),因此系統(tǒng)不能無阻尼。
（2） 當ξ≥ 1時,系統(tǒng)為臨界阻尼或過阻尼系統(tǒng)。此時,過渡過程無振蕩,但響應時間較長。
（3） 當0<ξ<1時,系統(tǒng)為欠阻尼系統(tǒng)。此時,系統(tǒng)在過渡過程中處于減幅振蕩狀態(tài),其幅值衰減的快慢,取決于衰減系數ξωn。在ωn確定以后, ξ愈小,其振蕩愈劇烈,過渡過程越長。相反,ξ越大,則振蕩越小,過渡過程越平穩(wěn),系統(tǒng)穩(wěn)定性越好,但響應時間較長,系統(tǒng)靈敏度降低。
圖2-13 二階系統(tǒng)單位階躍響應曲線
在圖2-15所示的機械系統(tǒng)中,設系統(tǒng)的彈簧剛度為k。如果系統(tǒng)開始處于靜止狀態(tài)，當輸入軸以一定的角速度轉動時,由于靜摩擦力矩t的作用,在θi≤ 范圍內,輸出軸將不會運動, θi值即為靜摩擦引起的傳動死區(qū)。在傳動死區(qū)內,系統(tǒng)將在一段時間內對輸入信號無響應,從而造成誤差。
圖 2-15 力傳遞與彈性變形示意圖
當輸入軸以恒速ω繼續(xù)運動,在θi>|ts/k|后,輸出軸也以恒速ω運動,但始終滯后輸入軸一個角度θss,若粘性摩擦系數為f,則有
式中: fω/k是粘性摩擦引起的動態(tài)滯后；tc/k是庫侖摩擦所引起的動態(tài)滯后；θss為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。
此外,適當的增加系統(tǒng)的慣量j和粘性摩擦系數f也有利于改善低速爬行現象。但慣量增加將引起伺服系統(tǒng)響應性能的降低,增加粘性摩擦系數f也會增加系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,故設計時必須權衡利弊,妥善處理。
3. 彈性變形的影響
由式(2-25)、(2-26)知,其固有頻率與系統(tǒng)的阻尼、慣量、摩擦、彈性變形等結構因素有關。當機械系統(tǒng)的固有頻率接近或落入伺服系統(tǒng)帶寬之中時,系統(tǒng)將產生諧振而無法工作。因此為避免機械系統(tǒng)由于彈性變形而使整個伺服系統(tǒng)發(fā)生結構諧振,一般要求系統(tǒng)的固有頻率ωn要遠遠高于伺服系統(tǒng)的工作頻率。
4. 慣量的影響
由式(2-26)可以看出,慣量大,ξ值將減小,從而使系統(tǒng)的振蕩增強,穩(wěn)定性下降； 由式(2-25)可知,慣量大,會使系統(tǒng)的固有頻率下降,容易產生諧振,因而限制了伺服帶寬,影響了伺服精度和響應速度。
5.傳動間隙對系統(tǒng)性能的影響
圖2-16所示為一典型旋轉工作臺伺服系統(tǒng)框圖。圖中所用齒輪根據不同的要求有不同的用途,有的用于傳遞信息（g1、g3）,有的用于傳遞動力（g2、g4）；有的在系統(tǒng)閉環(huán)之內（g2、g3）,有的在系統(tǒng)閉環(huán)之外（g1、g4）。由于它們在系統(tǒng)中的位置不同,其齒隙的影響也不同。
圖2-16 典型轉臺伺服系統(tǒng)框圖
(1) 閉環(huán)之外的齒輪g1、g4的齒隙對系統(tǒng)穩(wěn)定性無影響,但影響伺服精度。
(2) 閉環(huán)之內傳遞動力的齒輪g2的齒隙對系統(tǒng)靜態(tài)精度無影響,這是因為控制系統(tǒng)有自動校正作用。 (3) 反饋回路上數據傳遞齒輪g3的齒隙既影響穩(wěn)定性,又影響精度。