伺服运动控制系统(2009)

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1、数控机床的伺服控制系统山东大学控制科学与工程学院曾毅第1讲1数控机床的伺服控制系统伺服控制系统(ServoControlSystem)定义：在自动控制系统中，输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为伺服系统，亦称随动系统。伺服控制系统8/30/20212数控机床的伺服控制系统伺服控制系统(ServoControlSystem)定义：在自动控制系统中，输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为伺服系统，亦称随动系统。8/30/20213数控机床的伺服控制系统第一章　伺服控制系统的基本结构与分类第二章伺服系统的执行组

2、件第三章伺服驱动器的选择第四章　步进电动机常见故障分析与维修8/30/20214数控机床的伺服控制系统第一章　伺服控制系统的基本结构与分类第二章伺服系统的执行组件第三章伺服驱动器的选择第四章　步进电动机常见故障分析与维修8/30/20215第一章　伺服控制系统的基本结构与分类第二次世界大战期间，由于军事上的需求，美国麻省理工学院于1944年研制成功了世界上第一个伺服控制系统：火炮自动跟踪目标伺服控制系统。军事需求的激励和控制器件、执行机构和功率驱动装置的发展推动了伺服系统控制技术的高速发展。上世纪60年代伺服系统的理论与实践均趋于成熟，并

3、得到广泛应用。一、伺服控制系统的发展过程8/30/20216第一章　伺服控制系统的基本结构与分类例如，数控机床的定位控制和加工轨迹控制，火炮方位的自动跟踪，防空导弹的制导控制，宇航设备的自动驾驶，机器人的动作控制等等。随着机电一体化技术的发展，位置随动系统已成为现代工业、国防和高科技领域中不可缺少的设备，是自动控制系统的一个重要分支。一、伺服控制系统的发展过程8/30/20217第一章　伺服控制系统的基本结构与分类伺服控制系统是数控机床的执行机构；是数控机床的“四肢和眼睛”，数控机床的精度和速度等技术指标主要取决于伺服系统。1、稳定性好：

4、稳定性是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有的平衡状态。2、精度高：伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。例如，作为精密加工的数控机床，要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高，允许的偏差一般都在0.01mm～0.00lmm之间。3、快速响应性好：快速响应性是伺服系统动态品质的标志之一，即要求跟踪指令信号的响应要快，一方面要求过渡过程时间短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒。二、数控机床对伺服控制系统的要求8/30/20218第一章　伺服控制系统的基本结构与分类4、调速范围广：为了简

5、化机床的机械结构，提高机床的转动精度和系统的硬度，数控机床对伺服控制系统提出较宽的调速范围。机床的调速范围是指电动机带额定负载状态下能够达到的最高速nmax和最低速nmin之比，即：一般数控机床的调速范围可达：D=24000高精密数控机床的调速范围可达：D=1000005、低速大转矩：机床加工的特点是低速时进行重切削，所以要求伺服控制系统应具有低速时输出转矩大的特性。二、数控机床对伺服控制系统的要求8/30/20219第一章　伺服控制系统的基本结构与分类1、按照被驱动的执行元件分类电液伺服控制系统（执行元件是液压缸）伺服控制系统电液伺服控

6、制由于具有输出功率大、系统刚度大、控制精度高和电气控制电路简单等突出优点在各类机床、重型机械、起重机械、汽车、大型试验设备、航空航天、船舶和武器装备等领域得到了广泛的应用。但是，电液伺服控制系统的缺点是加工难度大，抗污染能力差，维护不易，成本较高。三、伺服控制系统的基本结构与分类8/30/202110第一章　伺服控制系统的基本结构与分类1、按照被驱动的执行元件分类电液伺服控制系统（执行元件是液压缸）伺服控制系统电气伺服控制系统（执行元件是电动机）三、伺服控制系统的基本结构与分类步进电动机伺服控制系统电气伺服控制系统直流电动机伺服控制系统交

7、流电动机伺服控制系统8/30/202111第一章　伺服控制系统的基本结构与分类2、按照自动控制原理分类开环伺服控制系统伺服控制系统半闭环伺服控制系统闭环伺服控制系统三、伺服控制系统的基本结构与分类8/30/202112第一章　伺服控制系统的基本结构与分类2、按照自动控制原理分类1)闭环伺服系统数控装置发出指令脉冲后，当指令值送到位置比较电路时，此时若工作台没有移动，即没有位置反馈信号时，指令值使伺服驱动电动机转动，经过齿轮、滚珠丝杠等传动元件带动机床工作台移动。三、伺服控制系统的基本结构与分类8/30/202113第一章　伺服控制系统的基

8、本结构与分类2、按照自动控制原理分类1)闭环伺服系统装在机床工作台上的位置测量元件，测出工作台的实际位移量后，反馈到数控装置的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行控制。若两者存在差