马小亮

（天津电气传动设计研究所，天津300180）

第6讲 位置控制系统

位置控制系统的控制目标是位置，电动机的转速和转矩则是实现该目标的从属变量。常用的位置控制系统有2类：单电动机位置控制及多电动机角同步控制。

6.1 单电动机位置控制系统［1－2］

单电动机位置控制系统又称伺服系统或随动系统，例如：各种定位、火炮自动瞄准、雷达天线跟踪等系统，它要求被控电动机的转角θ跟随其给定θ＊s变化，对调速系统的基本要求是快速响应和精确跟随。

单电动机位置控制系统的结构有3种：位置单环系统；位置、转速双环系统；位置、转速、转矩三环系统。三环结构应用最广泛，它在双环（转速外环＋转矩内环）基础调速系统之外，再加一个位置外环，示于图1。

图1 三环位置控制系统

三环系统的主要优点如下［2］：

1）当转速环与转矩环内部某些环节的参数发生变化或受到扰动时，转矩（电流）反馈与转速反馈能对它们起到很好的抑制作用，位置环的动态误差较小；

2）有电动机转速和转矩（电流）限制；

3）每个环都按照典型系统，依规范由内至外依次进行设计［2－3］，比较简单，且易于调整。

三环系统中位置环的动态结构框图示于图2。

图2 位置环的动态结构框图

按相对值计算和整定θ和n（n＝ω），位置环控制对象的传递函数为

它是一个积分环节，式中pTN＝p／fN是θ和n采用相对值，而时间t不是相对值引入的变换系数，pTN是电动机轴转一圈所需时间（p为电动机极对数）。在绘制位置环动态结构框图时，整个转速环（基础调速系统）用一个小惯性环节来代替，其时间常数为σp，它是转速环等效时间常数Teq.n、位置信号采样等效时间常数及位置环所有滤波时间常数之和。……