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：2025-7-14

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：

Mm、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。