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伺服系統

2.5.1、伺服系統定義自動控制中的伺服系統定義：在自動控制系統中，把輸出量能夠以一定準確度跟隨輸入量的變化而變化的系統稱為伺服系統。具體在數控機床中,伺服驅動系統接收數控單元的位移/速度控制指令,驅動工作臺/主軸按照控制指令的要求進行運動。伺服驅動系統直接影響移動速度、跟蹤精度、定位精度等一系列重要指標，是數控機床的關鍵技術。

伺服驅動系統的性能每一個脈衝使機床移動部件產生的位移量叫做脈衝當量。目前所使用的數控系統脈衝當量通常為0.001mm/脈衝。

2.5.2、數控機床伺服驅動系統的基本組成比較控制環節驅動控制單元(電機）執行元件檢測單元(回饋)機床位移/速度進給指令

機床的伺服驅動圖

2.5.3、數控機床伺服驅動系統的分類

按控制原理和有無檢測環節分類開環：無檢測,經濟型數控和老設備改造半閉環：檢測絲杠轉角（檢測的是系統中間結果）閉環：檢測工作臺直線位移（檢測的是系統最終結果）

開環進給伺服系統通常不帶有位置檢測元件。信號流是單向的（數控裝置→進給系統，精度相對不高，但結構簡單、工作穩定、調試方便、維修簡單、價格低廉等優點，在精度和速度要求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用於經濟型數控機床。(1)開環進給伺服系統

閉環進給控制系統帶有位置檢測元件，隨時可以檢測出工作臺的實際位移，並回饋給數控裝置，並與設定的指令值進行比較，利用其差值控制伺服電動機，直至差值為零為止。一般用於高檔機床，價格昂貴）(2)．閉環進給伺服系統(檢測工作臺直線位移）

半閉環進給伺服系統是將位置檢測元件安裝在伺服電動機的軸上或滾珠絲杠的端部，不直接回饋機床的位移量，而是檢測伺服機構的轉角，將此信號回饋給數控裝置進行指令值比較，用差值控制伺服電動機。(3)半閉環進給伺服系統（檢測絲杠轉角）

按執行元件分電氣伺服驅動：電機驅動（步進電機、直流伺服電機（頻繁起動，制動，快速定位等優點，但有電刷，需要維護），交流伺服電機（易於維護，製造簡單））最常用。電液伺服驅動：由電液伺服閥、低速大轉矩液壓馬達或液壓缸，位置檢測等元件組成

2.5.4、驅動元件

按機床中傳動機械的用途和功能分分為進給伺服與主軸伺服

Umrichter

SIMODRIVE611digitalmitCNC

SINUMERIK840DE/R-ModulNCULeistungsteilBedientafelfront

mitPCU20/50/70Drehstrom-

Servomotoren進給電機Peripherie

SIMATICS7-300Drehstrom-

Hauptspindelmotor主軸電機

伺服系統驅動電機步進電動機（最簡單，價格最低，精度不高）直流伺服電動機交流伺服電動機直接驅動電動機（電主軸）

步進電機

步進伺服是一種用脈衝信號進行控制，並將脈衝信號轉換成相應的角位移的控制系統。其角位移與脈衝數成正比，轉速與脈衝頻率成正比，通過改變脈衝頻率可調節電動機的轉速。如果停機後某些繞組仍保持通電狀態，則系統還具有自鎖能力。步進電動機每轉一周都有固定的步數，如500步、1000步、50000步等等，從理論上講其步距誤差不會累計。

步進電機的種類按產生力矩原理分：反應式、激磁式按輸出力矩大小分：伺服式、功率式按定子數：單定子、雙定子、三定子、多定子按各相繞阻分佈：徑向分相式、軸向分相式

步進電機的結構

步進電機的工作原理

基本結論步進電機定子繞阻通電狀態每改變一次，它的轉子轉過一個固定的角度，即電機的步距角；改變步進電機定子繞阻的通電順序，其轉子的旋轉方向隨之改變;步進電機定子繞阻通電狀態變化的頻率越高，轉子的轉速越高;步距角與定子繞阻相數m、轉子齒數z、通電方式k有關。

2.5.5、檢測裝置檢測裝置是把位移和速度測量信號作為回饋信號，並將回饋信號轉換成數字送回電腦，和脈衝指令信號相比較，以控制驅動元件正確運轉。參看檢測技術教材

數字式模擬式增量式絕對式增量式絕對式回轉形圓光柵編碼盤旋轉變壓器、圓感應同步器、圓形磁柵多級旋轉變壓器直線形長光柵激光干涉仪編碼尺直線感應同步器、磁柵、容柵絕對值式磁尺

光柵尺的構造和種類尺規光柵固定在機床活動部件上指示光柵安裝在讀數頭內光柵（應用多,直接檢測直線位移）光柵是利用光的透射、衍射現象進行工作的光學元件。根據光線在光柵中是透射還是反射分為透射光柵和反射光柵，透射光柵解析度較反射光柵高，其檢測精度可達1μm以上。可測直線或轉角。非接觸測量，抗干擾能力強，但對環境要求高。

編碼器（應用多,檢測轉角位移）編碼盤的種類從結構上編碼盤可分為：接觸式編碼盤光電式編碼盤電磁