任何一臺需要轉(zhuǎn)速控制的設備，其生產(chǎn)工藝對控制性能都有一定的要求。例如，精密機床要求加工精度達到幾十微米至幾微米；重型機床的進給機構(gòu)需要在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速，最高和最低相差近300倍；容量幾千kw的初軋機軋輥在不到1秒的時間內(nèi)就得完成從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程；高速造紙機的抄紙速度達到1000m/min，要求穩(wěn)速誤差小于0.01%。所有這些要求，都可以轉(zhuǎn)化成運動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)指標，作為設計系統(tǒng)時的依據(jù)。

轉(zhuǎn)速控制要求

各種生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)提出了不同的轉(zhuǎn)速控制要求，歸納起來有以下三個方面：

（1）調(diào)速。在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔（有級）地或者平滑（無級）地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

（2）穩(wěn)速。以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定地運行，不因各種可能的外來干擾（如負載變化、電網(wǎng)電壓波動等）而產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）加、減速控制。對頻繁起、制動的設備要求盡快地加、減速，縮短起、制動時間，以提高生產(chǎn)率；對不宜經(jīng)受劇烈速度變化的生產(chǎn)機械，則要求起、制動盡量平穩(wěn)。

以上三個方面有時都須具備，有時只要求其中一項或兩項，其中有些方面之間可能還是相互矛盾的。為了定量地分析問題，一般規(guī)定幾種性能指標，以便衡量一個調(diào)速系統(tǒng)的性能。

穩(wěn)態(tài)指標

運動控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行時的性能指標稱為穩(wěn)態(tài)指標，又稱靜態(tài)指標。例如，調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時調(diào)速范圍和靜差率，位置隨動系統(tǒng)的定位精度和速度跟蹤精度，張力控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)張力誤差等等。下面我們具體分析調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標。

（1）調(diào)速范圍d

生產(chǎn)機械要求電動機能達到的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin之比稱為調(diào)速范圍，用字母d表示，即

（1）

其中nmax和nmin一般指額定負載時的轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負載很輕的機械，例如精密磨床，也可以用實際負載的轉(zhuǎn)速。在設計調(diào)速系統(tǒng)時，通常視nmax為電動機的額定轉(zhuǎn)速nnom。

（2）靜差率s

當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負載由理想空載變到額定負載時所對應的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速no之比，稱為靜差率s，即

（2）

顯然，靜差率表示調(diào)速系統(tǒng)在負載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度，它和機械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度就越高。

圖1 不同轉(zhuǎn)速下的靜差率

（3）調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中d，s和之間的關(guān)系

在直流電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，就是電動機的額定速度nnom，若額定負載時的轉(zhuǎn)速降落為，則系統(tǒng)的靜差率應該是最低轉(zhuǎn)速時的靜差率，即

（3）

而額定負載時的最低轉(zhuǎn)速為

（4）

考慮到式（3），式（4）可以寫成

（5）

而調(diào)速范圍為

（6）

將式（8.6）代入式（8.7），得

（7）

式（8.8）表達了調(diào)速范圍d、靜差率s和額定速降之間應滿足的關(guān)系。對于同一個調(diào)速系統(tǒng)，其特性硬度或值是一定的，如果對靜差率的要求越嚴（即s值越?。到y(tǒng)允許的調(diào)速范圍d就越小。例如，某調(diào)速系統(tǒng)電動機的額定轉(zhuǎn)速為nnom=1430r/min，額定速降為，當要求靜差率s≤30%時，允許的調(diào)速范圍為

如果要求靜差率s≤10%，則調(diào)速范圍只有

動態(tài)指標

運動控制系統(tǒng)在過渡過程中的性能指標稱為動態(tài)指標，動態(tài)指標包括跟隨性能指標和抗擾性能指標兩類。

（1）跟隨性能指標

在給定信號（或稱參考輸入信號）r（t）的作用下，系統(tǒng)輸出量c（t）的變化情況用跟隨性能指標來描述。對于不同變化方式的給定信號，其輸出響應不一樣。通常，跟隨性能指標是在初始條件為零的情況下，以系統(tǒng)對單位階躍輸入信號的輸出響應（稱為單位階躍響應）為依據(jù)提出的，如圖2所示。具體的跟隨性指標有下述幾項：

圖2表示跟隨性能指標的單位階躍響應曲線

①上升時間tr

單位階躍響應曲線從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所需的時間稱為上升時間，它表示動態(tài)響應的快速性。

②超調(diào)量

動態(tài)過程中，輸出量超過輸出穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比，用百分數(shù)表示，叫做超調(diào)量，即

（8.9）

超調(diào)量用來說明系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，超調(diào)量越小，說明系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性越好，即動態(tài)響應比較平穩(wěn)。

③調(diào)節(jié)時間ts

調(diào)節(jié)時間又稱過渡過程時間，它衡量系統(tǒng)整個動態(tài)響應過程的快慢。原則上它應該是系統(tǒng)從給定信號階躍變化起，到輸出量完全穩(wěn)定下來為止的時間，對于線性控制系統(tǒng)，理論上要到才真正穩(wěn)定。實際應用中，一般將單位階躍響應曲線衰減到與穩(wěn)態(tài)值的誤差進入并且不再超出允許誤差帶（通常取穩(wěn)態(tài)值的±5%或±2%）所需的最小時間定義為調(diào)節(jié)時間。