伺服系统概述

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1、3伺服控制系统模块——概述第12讲内容伺服系统概述伺服系统的执行元件概述控制电动机伺服系统设计第一节伺服系统概述伺服系统基本概念伺服系统基本类型伺服系统基本要求伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。一、伺服系统基本概念电气控制装置机械执行装置执行元件传感器伺服系统组成图机械执行装置部分由两部分组成：电气控制装置部分伺服系统的结构组成机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多

2、，但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。比较元件调节元件执行元件被控对象测量、反馈元件输入指令输出量伺服系统组成原理框图1.比较环节比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。2.控制器控制器通常是计算机或PID（比例、积分和微分）控制电路，其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。3.执行环节执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的

3、能量转化成机械能，驱动被控对象工作。机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。4.被控对象5.检测环节检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。伺服系统与一般机床的进给系统有本质上差别，它能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置伺服系统是数控装置和机床的联系环节，是数控系统的重要组成伺服系统的特点和功用按控制原理分有开环、闭环和半闭环三种形式按被控制量性质分有位移、速度、力和力矩等伺服系统形式按驱动方式分有电气、液压和气压等伺服驱动形式按执行

4、元件分有步进电机伺服、直流电机伺服和交流电机伺服形式二、伺服系统基本类型精度高：稳定性好：快速响应：调速范围宽：低速大转矩：三、伺服系统基本要求精度:指输出量复现输入指令信号的精确程度，通常用稳态误差表示影响伺服系统精度的因素：组成元件本身误差传感器的灵敏度和精度伺服放大器的零点漂移和死区误差机械装置反向间隙和传动误差各元器件的非线性因素等系统本身结构形式输入指令信号的形式三、伺服系统基本要求在零速时，伺服系统处于“锁定”状态，即惯性小。要求：调速范围是伺服系统提供的最高速与最低速之比要大，并且在该范围内，速度稳定；无论高

5、速低速下，输出力或力矩稳定，低速驱动时，能输出额定的力或力矩；响应速度:是衡量伺服系统动态性能的重要指标应变能力指能承受频繁的启动、制动、加速、减速的冲击；过载能力指在低速大转矩时，能承受较长时间的过载而不致损坏。低速大转矩第二节伺服系统的执行元件概述执行元件的种类及特点执行元件的基本要求常用的控制用电机一、执行元件的种类及其特点1.电气执行元件电气执行元件包括直流(DC)伺服电机、交流（AC）伺服电机、步进电机以及电磁铁等，是最常用的执行元件。对伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态性能好，适合于频繁使用，便于维修

6、等2．液压式执行元件液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点3．气压式执行元件气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。异步电动机感应电动机离合器电动机永磁同步电动机微型直流减速电动机电磁式液压式气压式应用：液压系统用于需大的功率重型设备;气动用于工件夹紧、输送等自动化生产线;电动应用最广泛.种类

7、特点优点缺点电气式可用商业电源；信号与动力传送方向相同；有交流直流之分；注意使用电压和功率。操作简便；编程容易；能实现定位伺服控制；响应快、易与计算机（CPU）连接；体积小、动力大、无污染。瞬时输出功率大；过载差；一旦卡死，会引起烧毁事故；受外界噪音影响大。气压式气体压力源压力5~7×Mpa；要求操作人员技术熟练。气源方便、成本低；无泄露而污染环境；速度快、操作简便。功率小、体积大、难于小型化；动作不平稳、远距离传输困难；噪音大；难于伺服。液压式液体压力源压力20~80×Mpa；要求操作人员技术熟练。输出功率大，速度快、动

8、作平稳，可实现定位伺服控制；易与计算机（CPU）连接。设备难于小型化；液压源和液压油要求严格；易产生泄露而污染环境。气压系统与液压系统的比较空气可以从大气中取之不竭且不易堵塞；将用过的气体排入大气，无需回气管路处理方便；泄漏不会严重的影响工作，不污染环境。空气粘性很小，在管路中的沿程压力损失为液压系统的