[工学]伺服系统设计 课件 伺服系统设计ch

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1、绪论运动控制概念伺服系统设计课程特点伺服控制技术的发展伺服系统的组成伺服系统技术指标伺服系统设计内容与步骤运动控制概念运动控制起源于早期的伺服驱动技术,随着电力电子技术、微电子技术及计算机技术的迅猛发展,原有的电气传动控制的概念已经不能充分反映现代自动化系统的控制体系。因此1988年前后,国际上开始出现“运动控制”(MOTIONCONTROL)这一名称。运动控制是指在复杂条件下,将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动,实现机械运动精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制,它是控制电机技术、传感器技术、电力电子技术、微电子技术、自动控制技术等多学科的交叉应用技术。运动控制概念

2、运动控制系统可分为强电(功率变换)和弱电(信号处理与控制)两部分,前者依赖于电力电子器件,后者决定于控制器件。运动控制的控制器件经历分立电子元件、集成电路等发展阶段,直至微型计算机的出现,使控制器件发生了飞跃——由硬件电路发展到软件控制,运动控制系统也随之进入微机控制全数字的新阶段。运动控制概念一个运动控制系统主要的性能指标一般为:动态响应的快速性、稳态跟踪的高精度以及行为的鲁棒性。这些指标是一个统一的整体,是实现一个运动控制系统的关键技术所在。目前高性能的运动控制技术在数控加工等应用领域上所面临的主要问题:一是在存在扰动、非线性、模型和参数不确定性的情况下如何设计高性能的控制器;二是如何实现

3、动态响应的快速性和状态监控。其运动控制性能的获得和问题的解决不仅意味着执行机构和仪器等方面的先进技术,更重要的是新型控制策略的应用。数控系统及其伺服驱动技术机床领域的运动控制技术称为数控——即数字控制,指数字信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法,如果采用计算机来实现部分或全部数控功能,则称为计算机数控。数控系统一般由计算机数控装置(CNC装置)、伺服驱动装置、位置检测装置、可编程控制器(PLC)、辅助控制装置及输入/输出与通信接口等部分构成。数控系统及其伺服驱动技术数控装置(CNC):是数控系统的核心,它的主要功能是将输入的数控加工程序经过输入、缓存、译码、寄存、运算、存储等转变成控制

4、指令实现直接或通过可编程逻辑控制器(PLC)对伺服驱动系统的控制。输入/输出装置:是数控系统和操作人员进行信息交流所必须具备的交互设备,最基本的输入/输出装置是键盘、显示器等,系统可通过键盘输入程序、编辑修改程序和发送操作命令;显示器为操作人员提供必要的信息,根据系统所处的状态和操作命令的不同,显示的信息可以是在编辑的程序,或是机床的加工信息。数控系统及其伺服驱动技术检测装置:即反馈元件,是半闭、闭环系统设有的反馈装置。由测量元件和显示环节组成,显示位移量的标值。检测精度和稳定性对于系统的控制精度有着决定的影响。可编程控制器(PLC):用来进行逻辑运算、顺序控制、算术运算等,并将操作指令输出,

5、顺序控制的受控对象随设备的类型、结构、辅助装置的不同而有很大差别,CNC和PLC配合协调完成对设备的控制。数控系统及其伺服驱动技术伺服系统是数控机床非常重要的一部分,是与设备本体联系的关键环节,它接收CNC发来的速度和位移信号,控制电动机的运动速度、方向,使设备加工定位和运动轨迹精确无误。伺服系统一般由位置控制、速度控制组成,通常将位置控制部分与数控装置做在一起。伺服驱动装置按其结构特点有开环、半闭环、闭环之分。数控机床的功能强弱取决于NC装置,而其性能好坏、取决于伺服驱动系统。伴随着数控系统的发展,数控系统的伺服驱动技术也得到了相应的发展,从电液脉冲马达、功率步进电机发展到高性能交、直流伺服

6、电动机驱动系统。特别是高性能交流电动机伺服系统代表了当前伺服驱动系统的发展方向。数控系统对伺服驱动控制装置的要求作为数控机床进给驱动用的伺服系统,要实现高速度、高精度、快速响应、精确跟踪、稳定可靠、高效率高质量加工,应满足以下要求：(1)应具有足够宽的调速范围,通常要求达到1:10000以上,才能满足低速加工和高速返回的要求,即要能使机械运动跟踪控制指令,能使机械快速移动到所规定的距离,能在规定的位置上使机械保持停止状态,能使机械的移动方向自由地正反改变。数控系统对伺服驱动控制装置的要求(2)应具有足够的转动力矩,以满足机床快速移动和重切削的要求。(3)应具备快速的动态响应特性,以使系统具有良

7、好的动态跟随性能,尽快消除负载扰动对电动机速度的影响。(4)与CNC系统的接口应当简便。整个伺服驱动系统应可以方便的接收来自上一级的指令,同时将自身运行状况传送到上一级控制器。数控系统对伺服驱动控制装置的要求(5)伺服电动机的转子惯量要小,以提高系统的加减速特性。电动机的尺寸和重量应尽可能小,便于安装。(6)在启动过程中应该保持平滑运行,电动机的转矩脉动尽可能要小,以免运动过程中产生过大的噪声,在