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伺服系统在工业机器人的应用

工业机器人有4大组成部分，分别为本体、伺服、减速器和控制器。而其中，工业机器

人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制，即电流环、速度环和位置环。一般情况下，对

于交流伺服驱动器，可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现位置控制、速度控制、转

矩控制等多种功能。伺服系统(servomechanism)又称随动系统，是用来精确地跟随或复

现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输

入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。伺服系统是以变频技术为基础发展起来

的产品，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。伺服系统除了可以进行速

度与转矩控制外，还可以进行精确、快速、稳定的位置控制。广义的伺服系统是精确地

跟踪或复现某个给定过程的控制系统，也可称作随动系统。狭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，当位置给定量(输入量)

作任意变化时，系统的主要任务是使输出量快速而准确地复现给定量的变化。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，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。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、被控对象被控对象指被控制的物件，例如一个机械手臂，或是一个机

械工作平台。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。伺服系统的特点和功用伺服系统

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，具有以下特点：

必须具备高精度的传感器，能准确地给出输出量的电信号。功率放大器以及控制系统都

必须是可逆的。足够大的调速范围及足够强的低速带载性能。快速的响应能力和较

强的抗干扰能力。伺服系统的类型按控制原理分：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

机伺服形式伺服系统的执行元件1、执行元件的种类及其特点(1)电气式执

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