伺服控制原理 (1)讲解.pptx

伺服控制原理

1.伺服驱动原理1.1伺服概述1.2伺服系统组成1.3伺服系统分类2.伺服电机2.1伺服电机概述2.2伺服电机分类2.3交流伺服电机组成2.4交流伺服电机原理3.伺服控制器3.1伺服控制器概述3.2伺服控制器原理3.3伺服性能指标3.4伺服驱动器电子齿轮1/27

1.1伺服概述伺服（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，加速度和力矩。伺服控制系统（ServoControlSystem）是所有机电一体化设备的核心。它的基本设计要求是输出量能迅速而准确地响应输入指令的变化，如机械手控制系统的目标是使机械手能够按照指定的轨迹进行运动，像这种输出量以一定准确度随时跟踪输入量（指定目标）变化的控制系统称为伺服控制系统。由此可知，伺服系统也称为随动系统或自动跟踪系统，它是以机械量如位移、速度、加速度、力、力矩等作为被控量的一种自动控制系统。2/27

1.1伺服概述输入量控制操作输出量输入量控制操作输出量测量反馈环3/27

1.2伺服系统组成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、比较环节五部分，如下图所示。比较元件调节元件执行元件被控元件测量、反馈元件输入量输出量伺服系统组成原理4/27

1.2伺服系统组成组成部分释义比较环节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。控制器伺服控制系统里面的调节元件。通常是计算机或PID（比例-积分-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。执行环节按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。被控对象指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体。一般包括传动装置、执行装置和负载。检测环节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。注意：在实际的伺服控制系统中，上述每个环节在硬件特征上并不成立，可能几个环节在一个硬件中，如测速直流电机既是执行元件又是检测元件。5/27

1.3伺服系统分类伺服系统可分为三类：开环伺服控制系统半闭环伺服控制系统闭环伺服控制系统6/27

1.3伺服系统分类开环伺服控制系统（openloop）控制系统没有检测反馈装置则成为开环伺服控制系统。常用的执行元件是步进电机，通常以步进电机作为执行元件的开环系统是步进式伺服系统。驱动电路的主要任务是将指令脉冲转化为驱动执行元件所需的信号，开环伺服系统结构简单，但精度不是很高。如下图所示，为开环伺服系统结构简图。数控装置脉冲分配功率放大器步进电机数控装置发出脉冲指令，经过脉冲分配和功率放大后，驱动步进电机和传动件的累积误差。因此开环伺服系统的精度低，一般可达到0.01mm左右，且速度也有一定的限制。工作台7/27

1.3伺服系统分类开环伺服控制系统（openloop）没有反馈，只能进行一个方向的控制，使用步进电机。位置控制器（NC装置）步进驱动器步进电机例：步进角0.36°的情况1脉冲→转动0.36°1000脉冲→转动360°（1圈）工作台方向指令脉冲电机指令脉冲1脉冲=1步进角位置=脉冲数速度=脉冲频率8/27

1.3伺服系统分类开环伺服控制系统（openloop）位置控制器（NC装置）步进驱动器步进电机工作台急速负荷变动急速速度变动失步9/27

1.3伺服系统分类比较环节电机工作台半闭环伺服控制系统（Semi-closedloop）通常把检测元件安装在电机轴端而组成的伺服系统称为半闭环系统。它与全闭环伺服系统的区别在于其检测元件位于系统传动链的中间。由于有部分传动链在系统闭环之外，故其定位精度比全闭环的稍差。但由于测量角位移比测量线位移容易，并可在传动链的任何转动部位进行角位移的测量和反馈,故结构比较简单，调整、维护也比较方便。如下图所示，为半闭环伺服系统结构简图。伺服放大速度检测器指令脉冲10/27

1.3伺服系统分类比较环节电机工作台半闭环伺服控制系统（Semi-closedloop）伺服放大速度检测器指令脉冲工作台的位置通过电机上的传感器或是安装在丝杆轴端的编码器间接获得。由于将惯性质量很大的工作台排除在闭环之外，这种系统调试较容易、稳定性好，具有较高的性价比，被广泛应用于各种机电一体化设备。11/27

1.3伺服系统分类比较环节电机工作台全闭环伺服控制系统（Full-closedloop）全闭环伺服系统主要由执行元件、检测元件、比较环节、驱动