机电伺服控制技术

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1、www.plcworld.cn第1页第一章伺服控制技术概论机电系统大量地存在于普通工业设备、国防军事装备和几乎所有生产制造装备之中。在化工生产过程中常用的蒸馏工艺，就其本身而言并不直接与机电系统的概念相关，但没有机电系统是无法完成这个工艺过程的。例如：对蒸馏过程中各种阀门的控制就只能由机电系统来实现。力学系统中各种作用力、位移、速度、转角等参数的控制与调节；电力系统中电流、电压及其他各种电参数的控制与调节；化学热力学系统中克分子数、浓度、温度、压力、流量等工作参数的控制与调节等都是直接应用机电系统的典型实例。从本质上看，这些系统的数学模型是相似的，所以对机电系统的分析具有一般性、代表性和实用性

2、。一般来说，大部分机电系统是机械与电气动力相结合的系统。系统从电网取得能源，系统的控制部分按系统功能需求控制输入电气动力执行部件的各种电参数，使电气动力执行部件得到有效的控制。机电系统中的机械部分将电气执行部件与被控对象联系起来，实现各式各样的机械运动或机械操作动作。在推动力大、结构要求紧凑、工作环境特殊以及某些特殊需求的场合，机电系统将电能转换成液压或气压动力，然后再通过液压或气动执行部件完成机电系统功能者，现在也为数不少。运动控制是近十多年来国际上流行的一个新的技术术语，它通常是指在复杂条件下，将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动的一种技术。运动控制系统使被控制机械部件分别实现精

3、确的位置、速度、加速度、力或转矩的控制，或者实现这些被控机械量的综合控制。运动控制技术是机电系统的本质所在。运动控制的应用领域极其广泛。在军事宇航方面有：雷达天线、火炮瞄准、惯性导航、卫星姿态、光电池板的太阳跟踪控制等，在工业上有：加工中心、专用加工设备、数控机床、工业机器人、塑料机械、印刷机械、纺织机械、工业缝纫机、绣花机、绕线机、轧机轧辊控制、磁带机、磁盘驱动器、绘图仪、打印机、传真机、光盘机、复印机、音像设备、洗衣机、空调等。要求系统精确地跟踪控制指令、实现理想的运动控制的过程，在机电控制技术中一般称之为“伺服控制技术”。“伺服”一词来源于英语单词的音译，几乎所有机械运动都可用伺服的概念

4、来进行解释。例如：人手的拣物动作，其输入是人脑通过神经的思维信息，输出则是肌肉的收缩及骨骼的运动，检测与控制则靠眼睛与神经系统的密切配合。又如：用机床的丝杠螺母机构推动工作台在导轨的引导下前进时，人手的力矩使丝杠旋转作为输入，而输出是丝杠的转角，肉眼对安装在丝杠上刻度盘的刻度读数进行检测，控制也依靠人的视觉和神经系统。www.plcworld.cn第2页随着现代科学技术的飞速发展，运动控制已经发展成一门综合性、多学科的交叉技术，微电子与计算机技术已渗透到运动控制系统的各个环节，成为控制技术的核心。根据预定控制方案和面对复杂环境实现各类运动，并使之达到规定的技术性能指标，将计算机的决策、指令变为

5、所期望的机械运动，几乎是所有现代机电伺服系统必不可少的任务。在此类问题中，既要对机电系统进行准确的动力学建模，又要恰当地应用经典或现代控制理论来指导我们的分析计算。在这一领域，机械系统的知识必须与电气及液压气动传动控制技术、经典或现代控制理论密切地结合起来。第一节伺服系统与反馈一、伺服控制系统在机电系统中，伺服控制过程一般是以能量较弱的电信号实现对执行部件的运动或输出力的有效控制。所以，伺服系统应当具备明显的“功率放大”作用。如：大型客机的起落架收放系统和操纵翼面的驱动系统一般都用电液伺服系统来实现。在喷气式战斗机、汽车上是采用“液压增力器”的方式来减轻驾驶员的操纵力，这种系统并不去除原有的机

6、械联系，因此，当电液伺服系统失效时，依然能够实现手动操纵，保证了操纵的可靠性。图开环运动伺服控制系统的组成图闭环运动伺服控制系统的组成伺服控制系统有开环和闭环两类。开环系统直接将输入信号经过功率放大送到www.plcworld.cn第3页执行装置中，其执行的准确性靠执行装置自身性能来保证，其系统组成见图闭环运动伺服控制系统的组成如图所示。在这种具有反馈环节的伺服系统组成中，系统的执行误差是依靠反馈来补正的，传统控制理论认为反馈能够提高系统的工作性能，因此作了很深入的研究。但从本质上看，在进行伺服控制时，从控制信息的输入到运动准确地执行必须经过一个信息传输和处理的过程，而伺服物理系统的输入信息是

7、原始控制信息与系统执行结果的反馈信息之综合。因此，系统的执行结果必然永远落后于系统的输入。由此可见，具有反馈环节的伺服控制过程实际上是十分复杂的，不能简单地认为有反馈环节的闭环系统性能一定比开环系统好。随着各种伺服驱动系统市场化、商品化进程的日渐成熟，将运动检测装置直接连接在伺服电动机转轴上的方式显得更加方便，也有利于商品化系统的自我完善。因此，把反馈检测环节安排在伺服电动机转轴上、而不是在运动伺