伺服系统的发展与应用.ppt

伺服系统的发展与应用 伺服系统的简介 伺服（Servo）意味着“伺候”和“服从” 。 可分为广义伺服系统和狹义伺服系统 。 广义伺服系统： 是精确地跟踪或复现某个给定过程的控制系统，也可称作随动系统。 狹义伺服系统： 又称位置随动系统，其被控制量（输出量）是负载机械空间位置的线位移或角位移。 伺服系统的特征及组成 1、伺服系统的主要特点 　(1)精确的检测装置：以组成速度和位置闭环控制。 　(2)有多种反馈比较原理与方法：根据检测装置实现信息反馈的原理不同，伺服系统反馈比较的方法也不相同。目前常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较3种。 　(3)高性能的伺服电动机(简称伺服电机)：用于高效和复杂型面加工的数控机床，伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大，以产生足够大的加速或制动力矩。要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转平稳，以便在与机械运动部分连接中尽量减少中间环节。 　　　　 (4)宽调速范围的速度调节系统，即速度伺服系统：从系统的控制结构看，数控机床的位置闭环系统可看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统，其内部的实际工作过程是把位置控制输入转换成相应的速度给定信号后，再通过调速系统驱动伺服电机，实现实际位移。数控机床的主运动要求调速性能也比较高，因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。 伺服系统的特征及组成 2、伺服系统的组成 伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、控制器和传感器四大部分组成。  其中，传感器除了位置传感器外，可能还需要电压、电流和速度传感器。 位置伺服系统结构示意图 伺服系统的工作原理 （1）步进式伺服驱动系统：在开环步进式伺服系统中，输入的进给脉冲的数量、频率、方向，经驱动控制线路和步进电机，转换为工作台的位移量、进给速度和进给方向，从而实现对位移的控制。 （2）交流伺服控制系统：它借鉴并应用了变频的技术，在直流电机的伺服控制的基础上通过变频PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的。与变频器一样，也是将工频交流电先整流成直流电，然后通过可控制门极的各类晶体管通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的交流电，波形类似于正余弦的脉动电。 伺服系统的工作原理 （3）液压伺服系统：流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。原理图如下： 伺服系统的历史与发展 1、伺服系统的历史 伺服（Servo）是ServoMechanism一词的简写，来源于希腊，其含义是奴隶，顾名思义，就是指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，而其中的运动要素包括位置、速度和力矩等物理量。回顾伺服系统的发展历程，从最早的液压、气动到如今的电气化，由伺服电机、反馈装置与控制器组成的伺服系统已经走过了近50个年头。 伺服系统的历史与发展 2、我国伺服系统发展现状 我国制造业产业升级的不断推进，为我国伺服产业的发展提供了巨大的市场，近年来，随着数控机床、包装机械、电子专用设备等行业继续保持较好发展以及交流伺服技术的日益成熟，新兴行业如新能源行业中的风电产业伺服技术的应用使得我国伺服市场迅速发展，2010年，我国伺服市场同比增长39.7%，市场规模达到39.9亿元。 很多有远识的国产厂商正加大研发力度提升其产品的性能，进而扩大其品牌的号召力，国产伺服厂商改变进口垄断格局将指日可待。由此预测，未来五年，我国伺服系统行业受益于产业升级的影响，仍将保持20%以上的增长速度，至2015年，我国伺服系统行业市场规模有望突破100亿元，其中，国产伺服产品的市场占有率将达到40%左右。 伺服系统的历史与发展 3、伺服系统的发展方向 随着生产力不断发展，要求伺服系统向高精度、高速度、大功率方向发展。 （1）充分利用迅速发展的电子和计算机技术，采用数字式伺服系统，利用微机实现调节控制，增强软件控制功能，排除模拟电路的非线性误差和调整误差以及温度漂移等因素的影响，这可大大提高伺服系统的性能，并为实现最优控制、自适应控制创造条件。 伺服系统的历史与发展 （2）开发高精度、快速检测元件。 （3）开发高性能的伺服电机（执行元件）。交流伺服电 机的变速比已达1∶10000，使用日益增多。无刷电机因无电刷和换向片零部件，加速性能要比直流伺服电机高两倍，维护也较方便，常用于高速数控机床。 伺服系统的应用 1、以小功率指令信号去控制大功率负载。 2、在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现