Почему важна полоса пропускания контура управления сервоприводом


Сервомеханизм может включать в себя до трех типов контуров управления – контур позиционирования, контур скорости и контур тока. Назначение каждого контура управления – это контроль разных аспектов производительности двигателя и все они характеризуются общим параметром – полосой пропускания. Полоса пропускания или время отклика системы является мерой того, насколько быстро система реагирует на изменение состояния входа. Другими словами, полоса пропускания контура управления определяет, насколько быстро сервомеханизм реагирует на изменение контролируемого параметра – положения, скорости или крутящего момента.

почему важен сервоцикл 1.jpg

Сервопривод часто имеет структуру с несколькими вложенными контурами управления, причем токовый контур вложен в контур скорости, который в свою очередь вложен в контур позиционирования. В таких системах, скорость ответа внутреннего контура должна быть быстрее, чем скорость реакции внешнего контура, что не создавать заметного влияния на скорость реакции внешнего контура. Внутренний контур управления сервомеханизмами должен иметь полосу пропускания в 5-10 раз больше чем внешний контур. В этом случае полоса пропускания контура тока, должна быть в 5-10 раз больше полосы контура скорости, а полоса контура скорости должна быть в 5-10 раз больше контура положения. 

В сервомеханизмах полоса пропускания контура управления определяется как частота, при которой амплитудный отклик замкнутого контура достигает -3 дБ. Выходное усиление (отношение амплитуды выходного сигнала к входному) составляет приблизительно 70,7% от его максимального значения, а выходная мощность (мощность приходящая на нагрузку) составляет 50% от входной мощности.


почему важен сервоцикл 2.jpg
Полоса пропускания системы приблизительно равна 60 Гц

Широкая полоса пропускания позволяет обеспечить лучшие характеристики двигателя, уменьшает погрешность позиционирования и улучшает время отклика, в тоже время у широкой полосы пропускания есть недостатки – чем она выше, тем выше частота с которой двигатель реагирует на возмущения, что в свою очередь требует более высоких ускорений и сил.

Рассеиваемая тепловая мощность относится к силе тока как квадрат, поэтому любое увеличение полосы пропускания значительно увеличивает рассеивание мощности (т.е. тепла), а, следовательно, повышение температуры двигателя. А так как температура является ограничивающим фактором при работе двигателя, характеристики двигателя могут фактически ограничить допустимую полосу пропускания сервопривода.

Другие компоненты системы, включая разрешение устройства обратной связи, скорости обновления состояния привода, отношение моментов инерции нагрузки электродвигателя которое также влияет на максимально достижимую пропускную способность привода.