伺服系统概要

衡量伺服系统性能的主要指标有频带宽度和精度。

频带宽度简称带宽，由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统的跟踪的快速性。带宽越大，快速性越好。伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。惯性越大，带宽越窄。一般伺服系统的带宽小于15HZ，大型设备伺服系统的带宽则在1～2HZ以下。自20世纪70年代以来，由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，使带宽达到50HZ，并成功应用在远程导弹、人造卫星、精密指挥仪等场所。

伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。因此，在伺服系统中必须采用高精度的测量元件，如精密电位器、自整角机、旋转变压器、光电编码器、光栅、磁栅和球栅等。此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，例如将测量元件（如自整角机）的测量轴通过减速器与转轴相连，使转轴的转角得到放大，来提高相对测量精度。采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。

伺服系统按所用驱动元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统和气动伺服系统。

最基本的伺服系统包括伺服执行元件（电机、液压缸等）、反馈元件和伺服驱动器，但是要让这个系统运转起来还需要一个上位机构：PLC、专门的运动控制卡、工控机+PCI卡、以便于给伺服驱动器发送指令。

在一个运动控制系统中“上位控制”和“执行机构”是系统中举足轻重的两个组成部分。“执行机构”部分一般不外乎：步进电机，伺服电机，以及直流电机等。它们作为执行机构，带动刀具或工件动作，我们称之为“四肢”；“上位控制”单元的方案主要有四种：单片机系统，专业运动控制PLC，PC+运动控制卡，专用控制系统。“上位控制”是“指挥”执行机构动作的，我们也称之为“大脑”。随着PC（Personal Computer）的发展和普及，采用PC+运动控制卡作为上位控制将是运动控制系统的一个主要发展趋势。这种方案可充分利用计算机资源，用于运动过程、运动轨迹都比较复杂，且柔性比较强的机器和设备。从用户使用的角度来看，基于PC机的运动控制卡主要是功能上的差别：硬件接口（输入/输出信号的种类、性能）和软件接口（运动控制函数库的功能函数）。按信号类型一般分为：数字卡和模拟卡。数字卡一般用于控制步进电机和伺服电机，模拟卡用于控制模拟式的伺服电机；数字卡可分为步进卡和伺服卡，步进卡的脉冲输出频率一般较低（几百K左右的频率），适用于控制步进电机；伺服卡的脉冲输出频率较高（可达几兆的频率），能够满足对伺服电机的控制。目前随着数字式伺服电机的发展和普及，数字卡逐渐成为运动控制卡的主流。

伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，属于伺服系统的一部分，其作用类似于变频器作用于普通交流马达。目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法、数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC 的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。伺服驱动器一般可以采用位置、速度和力矩三种控制方式，主要应用于高精度的定位系统，目前是传动技术的

高端。

伺服驱动器的规格与选择

伺服驱动系统的应用非常广泛，举凡需要做速度控制、位置控制、轨迹控制、追踪控制与同步运转控制等场合，都是它主要的应用范围。在不同的运用场合虽然要求的特性规格与操作界面会有所不同，但其应用方法与控制原理可说是大同小异。本文将说明直流伺服驱动系统的组成，伺服系统要求规格，驱动器的规格、型式、特性与工作原理，最后再介绍一些应用实例。

一个伺服电机驱动系统的基本结构如图1所示，通常包含三个主要部份：伺服电动机、速度回路驱动器与位置回路控制器。伺服电机可根据应用的需要而决定是否加装转速计(tachometer)、光编码器(photo encoder)或剎车(braker)。一般商品化的伺服驱动器即是指速度回路驱动器，其中包含了功率放大器与速度回路控制器，并包含适当的应用界面电路，因而能够根据应用场合做适当的组合。位置控制器一般包含位置控制器与计算机或数字界面，亦包含一些较高层次的位置命令与参数调整等界面设定，通常为一可单独销售的产品。

附录A为日本山洋(SANYO)公司出品的PDT系列直流伺服驱动器的规格书，其主要规格如表1所列。以PDT-093-10为例，其配合直流伺服电机为SM60-201，转子惯量为0.27×10-3Kg．cm sec2。主回路(main circuit)是指其功率级所采用的功率转换方式，为晶体管脉宽调变(PWM)型，可逆是指可工作于正反转，因此可工作于四象限工作区。减定规格(wave factor) 或称之为 derating factor 为波形率(form factor)的倒数。

直流伺服驱动器的wave factor系指其输出电流的平均值与rms的比值，其越接近1越好，表示其涟波电流越小，所造成的rms扭矩损也就越小，故系统的效率也就越高。大多数的直流伺服驱动器均为模拟电压的转速输入，输入电压通常介于±10V，输入阻抗通常为10KΩ。一般工业级伺服驱动器的瞬时最大输出电流约为其额定输出电流的2～3倍，瞬时最大输出电流直接关系到驱动系统的加速能力、伺服刚性与频宽，因此是重要的性能指针。

在选定伺服驱动器时，其速度控制范围与速度调节(speed regulation)的能力亦是重要的考虑因素。速度控制范围直接影响到低速与高速运动的能力，一般的伺服驱动器其速控比(最高转速／最低转速)通常大于1000。速度调节主要是指在环境变动或负载波动下其维持定速的能力，定义的项目通常包含：负载变动、电源电压变动与温度变动。反应时间(response time)为瞬时响应的重要指标，0-1000 rpm的反应时间为一般参考标准。在额定负载下的最高转速反应时间，在设计位置回路控制器时亦为重要的参考指标。加减速特性主要指在最高转速的步阶响应其加减速的特性，图2(a)为直线一段加减速，图2(b)为直线两段加减速，图2(c) 为指数曲线加减速。一般的伺服驱动器均为直线一段线性加速，但亦可根据实际应用需要选择不同加速曲线的驱动器，或在外回路位置控制加以修改。

由于伺服驱动系统大多应用于高精密快速响应的转速或位置控制系统，因此其闭回路特性就相当重要，表1的闭回路特性包含了：

位置刚度(position stiffness)、1000 rpm时的回路增益(loop gain)与最高转速(2400 rpm)时的回路增益。

型式 Type 单位 PDT-093-10 PDT-093-20 PDT-093-30

配适电机 Matching DC Servo Motor - SM60-201 SM80-201 U505T-002

转子惯量Rotor Inertia Kg．cm．sec2 0.27 × 10-3 1.1 × 10-3 0.39 × 10-3

电源 Power Reruirements - AC200/220 ±10%, 50/60Hz, 单相电源电流 Line Current A 1.5 2 1 周围条件 Enviromental Spec. - 温度：0~50C 湿度：35~85%

主回路 Main Circuit - 晶体管PWM四象限减定格率 Wave Factor % 95 以上

速度反馈Speed Feedback - MCTG相当(3V±5%/1000rpm) 7V+3V, -0V/1000rpm 输入

Input 指令电压 Command V. V/1000rpm DC±3 Input Impedance 约10

最大输出电压 Max. Output V. V DC±130 DC±130 DC±130

额定输出电压 Rated Output Cur. A DC±1.5 DC±2 DC±1.1

瞬时最大输出电流. Max. Inst. Output Cur. 高速时 A DC±3 DC±4.5 DC±2.5

额定扭矩 Rated Torue 1000rpm Kg．cm 27 6 1.3

最高速度 Kg．cm 27 6 1.3

瞬时最大扭矩Max. Inst. Torque 0~1000rpm Kg．cm 5.3 14 3.7

速度控制范围 Speed Cntrol Range rpm 2400~1 1200~1 3000~1

速度变动 Speed Variation

负荷变动 0~100% rpm 0.01

电源电压变动±10 rpm 0.01

温度变动 0~50C rpm 0.5

反应时间 Response Time 01000rpm(90%) ms 10 13 15 0

最高速率 (90%) ms 30 16 45

加减速特性 Accel.Dclr. Chrst. - 直线1段

闭路特性

Closed Loop Chrst. Posn. Stiffness Kg．cm/0.01 3.5 10 2.5 Loop Gain (1000rpm) sec-1 120 120 12 0 Loop Gain (Max. Speed) sec-1 70 70 70

外部电流限制 External Cur. Limit -

保护机能 Protection - 电源电压低下、过速度、过电流、过负荷、TG异常重量 Weight Servo Ampl. kg 1.0 1.0 1.0 Power Xfmr. kg 5.5 5.5 4.0 Choke Coil kg

假设一个伺服驱动系统的速度控制回路的回路转换函数(loop transferfunction)为GLV(s)，则其静态回路增益(static loop gain)为其位置误差常数(position error constant)。实际的控制系统均有某一个程度的非线性特性，因此在实际量测一个控制系统的回路增益时均是在闭路控制的情况下，选择一个工作点再利用频率响应分析仪(frequency response analyzer)量测其小信号的回路增益，因此测试结果常标示其工作点。直流伺服驱动器本身受到输出电压电流的限制，因此也可以说是一个非线性控制系统，当电机输出扭矩与转速愈高时，所受到的非线性限制也就愈大，因此在转速较高的工作点所测得的回路增益一般均较小。

选择伺服驱动器时应注意伺服驱动器与其所配对的电机的扭矩／转速工作区。为了降低电枢线圈的涟波电流，可加上一个扼流圈(choke)与电机线圈串联，但如此也会加长电机的电气时间常数(electrical time constant)，而降低了动态响应的性能，在使用上需整体考虑。主电源的隔离变压器可提供电压匹配与隔离的功能，但体积大且笨重，在选择时需多加考虑。一般功率较大的驱动器其功率级与信号级均完全隔离以避免 di/dt 与 dv/dt 噪声的干扰，这类的驱动器与市电连接时可不必再多加隔离变压器。

直流伺服驱动系统的特性

一个较完整的直流伺服驱动控制系统，包括传动机械在内，选型步骤大体如下：

1．需求分析。确定转速、转矩、转速精度或定位精度、安装尺寸、是否需要闭环、成本；2．选择电机。首先确定电机类型；然后根据转速、转矩、安装尺寸选择电机；

3．选择反馈元件根据是否需要闭环，决定是否选用反馈元件，如编码器、测速机、旋变等；根据转速精度或定位精度选择反馈元件的类型及参数。

4．选择驱动器。根据电机功率，和以上综合因素选择驱动器；选择驱动器时，不仅需考虑和电机的匹配，还需考虑控制方式。选择适合自己控制器的控制方式，也很重要。主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等），转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求，上位控制要求（如对端口界面和通讯方面的要求），主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源，或电池供电，电压范

围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。

选择合适的伺服电机系统需要知道的技术数据有：

1。力矩范围中小力矩（一般在20Nm以下）小中大，全范围

2。速度范围低（一般在2000RPM以下，大力矩电机小于1000RPM）高（可达5000RPM），直流伺服电机更可达1~2万转/分

3。控制方式主要是位置控制多样化智能化的控制方式，位置/转速/转矩方式

4。平滑性低速时有振动（但用细分型驱动器则可明显改善）好，运行平滑

5。精度一般较低，细分型驱动时较高高（具体要看反馈装置的分辨率）

6。矩频特性高速时，力矩下降快力矩特性好，特性较硬

7。过载特性过载时会失步可3~10倍过载（短时）

8。反馈方式大多数为开环控制，也可接编码器，防止失步闭环方式，编码器反馈

9。编码器类型光电型旋转编码器（增量型/绝对值型），旋转变压器型

10。响应速度一般快

11。耐振动好一般（旋转变压器型可耐振动）

12。温升运行温度高一般

13。维护性基本可以免维护较好

14。价格低高

直流伺服电机分为有刷和无刷电机。

有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。

交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

伺服电机问题解答

1.伺服电机为什么不会丢步？

伺服电机驱动器接收电机编码器的反馈信号，并和指令脉冲进行比较，从而构成了一个位置的半闭环控制。所以伺服电机不会出现丢步现象，每一个指令脉冲都可以得到可靠响应。2.对伺服电机进行机械安装时，应特别注意什么？

由于每台伺服电机后端部都安装有旋转编码器，它是一个十分易碎的精密光学器件，过大的冲击力肯定会使其损坏。

3.如何调节伺服电机，调节伺服电机有几种方式？

使用Twin Line软件对电机的PID参数、电机参数、电子齿轮比等进行调节。

4.我们想用伺服电机替换产品中的步进电机，应注意哪些问题？

A.为了保证控制系统改变不大，应选用数字式伺服系统，仍可采用原来的脉冲控制方式；

B.由于伺服电机都有一定过载能力，所以在选择伺服电机时，经验上可以按照所使用的步进电机输出扭矩的1/3来参考确定伺服电机的额定扭矩；

C.伺服电机的额定转速比步进电机的转速要高的多，为了充分发挥伺服电机的性能，最好增加减速装置，让伺服电机工作在接近额定转速下，这样也可以选择功率更小的电机，以降低

成本。

5.用脉冲方式控制伺服电机的优点?

可靠性高，不易发生飞车事故。用模拟电压方式控制伺服电机时，如果出现接线接错或使用中元件损坏等问题时，有可能使控制电压升至正的最大值。这种情况是很危险的。如果用脉冲作为控制信号就不会出现这种问题。

信号抗干扰性能方面，数字电路抗干扰性能是模拟电路难以比拟的。当然用脉冲方式控制伺服电机也有一些性能方面的弱点。一是伺服驱动器的脉冲工作方式脱离不了位置工作方式，二是运动控制器和驱动器如何用足够高的脉冲信号传递信息。

这两个根本的弱点使脉冲控制伺服电机有很大限制。

(1)控制的灵活性大大下降。这是因为伺服驱动器工作在位置方式下，位置环在伺服驱动器内部。这样系统的PID参数修改起来很不方便。当用户要求比较高的控制性能时实现起来会很困难。从控制的角度来看，这只是一种很低级的控制策略。如果控制程序不利用编码器反馈信号，事实上成了一种开环控制。如果利用反馈控制，整个系统存在两个位置环，控制器很难设计。在实际中，常常不用反馈控制，但不定时的读取反馈进行参考。这样的一个开环系统，如果运动控制器和伺服驱动器之间的信号通道上产生干扰，系统是不能克服的。(2)控制的快速性速度不高。

6.伺服驱动器的“4”号报警是什么意思，如何处理?

这是电机传感器错误，或者是编码器与电机的连线没有连接好，或者是动力电源缺相。

7.伺服驱动器“2”号报警，怎样解决，需要调节哪些参数?

应该调节驱动器控制信号的30号角使其是高电平。

8.如何根据客户的要求为客户选配伺服电机和减速机，所选的方案应为最佳。

根据功率选取减速机，选出合适的减速机尺寸，在根据减速机选择合适的伺服电机，一定要注意速度的选取。

9.我公司的伺服电机的优点是什么？

①高功率强度：采用最新永磁材料及优化电机设计，使体积较小的电机也能产生很大的扭矩。同一型号的电机与不同的驱动器匹配时，最大输出扭矩也不同。体积相同的电机不同绕组，不同磁极数电机的输出功率也不相同。

②抗冲击扭矩：额定扭矩的5倍。③采用高性能的材料，高磁能积。④电机和驱动器上带有温度监视器。

10.伺服电机通电以前应做哪些检查工作？

检查电机与驱动器的连线，连线不能虚连，线不能接错。

11.控制伺服时，给信号时，伺服电机不转，振动? 答：U，V，W三相接错。

简介：一般伺服都有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。想知道的就是这三种控制方式具体根据什么来选择的？速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么控制方式要根据客户的要求，满足何种运动功能来选择。

如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。

如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。

就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。

对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身

的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。

换一种说法是： 1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的

赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm：如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。

应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域如数控机床、印刷机械等等。

3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度

液压伺服系统工作原理

液压伺服系统工作原理 1.1 液压伺服系统工作原理 液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。 电液伺服系统通过使用电液伺服阀，将小功率的电信号转换为大功率的液压动力，从而实现了一些重型机械设备的伺服控制。 液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。液压伺服系统的工作原理可由图1来说明。 图1所示为一个对管道流量进行连续控制的电液伺服系统。在大口径流体管道1中，阀板2的转角θ变化会产生节流作用而起到调节流量qT的作用。阀板转动由液压缸带动齿轮、齿条来实现。这个系统的输入量是电位器5的给定值x i。对应给定值x i，有一定的电压输给放大器7，放大器将电压信号转换为电流信号加到伺服阀的电磁线圈上，使阀芯相应地产生一定的开口量x v。阀开口x v使液压油进入液压缸上腔，推动液压缸向下移动。液压缸下腔的油液则经伺服阀流回油箱。液压缸的向下移动，使齿轮、齿条带动阀板产生偏转。同时，液压缸活塞杆也带动电位器6的触点下移x p。当x p所对应的电压与x i所对应的电压相等时，两电压之差为零。这时，放大器的输出电流亦为零，伺服阀关闭，液压缸带动的阀板停在相应的qT位置。 图1 管道流量（或静压力）的电液伺服系统 1—流体管道；2—阀板；3—齿轮、齿条；4—液压缸；5—给定电位器；6—流量传感电位器；7—放大器；8—电液伺服 阀 在控制系统中，将被控制对象的输出信号回输到系统的输入端，并与给定值进行比较而形成偏差信号以产生对被控对象的控制作用，这种控制形式称之为反馈控制。反馈信号与给定信号符号相反，即总是形成差值，这种反馈称之为负反馈。用负反馈产生的偏差信号进行调节，是反馈控制的基本特征。而对图1所示的实例中，电位器6就是反馈装置，偏差信号就是给定信号电压与反馈信号电压在放大器输入端产生的△u。 图2 给出对应图1实例的方框图。控制系统常用方框图表示系统各元件之间的联系。上图方框中用文字表示了各元件，后面将介绍方框图采用数学公式的表达形式。 液压伺服系统的组成 液压伺服系统的组成 由上面举例可见，液压伺服系统是由以下一些基本元件组成；

伺服控制系统(设计)

第一章伺服系统概述 伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地跟随输入量的变化，因此又称之为随动系统或自动跟踪系统。机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。 近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代交流伺服系统。 目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性制造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。 1.1伺服系统的基本概念 1.1.1伺服系统的定义 “伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。 伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。

1.1.2伺服系统的组成 伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由检测部分、误差放大部分、部分及被控对象组成。 1.1.3伺服系统性能的基本要求 1）精度高。伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。 2）稳定性好。稳定是指系统在给定输入或外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。 3）快速响应。响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。 4）调速范围宽。调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。 5）低速大转矩。在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。 6）能够频繁的启动、制动以及正反转切换。 1.1.4 伺服系统的种类 伺服系统按照伺服驱动机的不同可分为电气式、液压式和气动式三种；按照功能的不同可分为计量伺服和功率伺服系统，模拟伺服和功率伺服系统，位置

伺服系统复习题

《运动控制系统》复习题 第一章伺服系统的作用及组成 1.在伺服控制系统中，使输出量能够以一定跟随输入量的变换而变换的系统称为，亦称为伺服系统。(准确度、随动系统) 2.伺服系统按调节理论分类可分为：开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服系统。 3.伺服系统按使用的驱动元件分类可分为：步进伺服系统、直流伺服系统、交流伺服系统。 第二章伺服控制基础知识 GTR/MOSFET/IGBT各自的特点及应用范围。 。 第三章步进电动机的控制 1.简述反应式步进电机的工作原理。 2.一台无相步进电动机，工作在十拍方式，转子齿数为48，在单相绕组中测得的电流频率为500Hz，试求电动机的齿距角、步距角和转速。 ；

3.三相步进电动机工作在双三拍方式，已知步距角为3°,最大转矩T max =，转动部分的转动惯量J=×,试求该步进电动机的自由振荡频率和周期。 ！ 4.若一台BF 系列四相反应式步进电动机，其步距角为°/°。试问：(1) °/°表示什么意思(2)写出四相八拍运行方式的一个通电顺序。(4)在A 相测得电源频率为400Hz 时，每分钟的转速为多少 / 5.正常情况下步进电机的转速取决于( ) A.控制绕组通电频率 B.绕组通电方式 C.负载大小 D.绕组的电流 # 6.某三相反应式步进电机的转子齿数为50，其齿距角为( ) ° °电角度 °电角度 7.某四相反应式步进电机的转子齿数为60，其步距角为( ) °电角度 °电角度 8.某三相反应式步进电机的初始通电顺序为C B A →→，下列可使电机反转的通电顺序为（A ） A.A B C →→ B.A C B →→ C.B C A →→ D.C A B →→

液压伺服系统(DOC)

液压伺服系统 液压伺服系统是以高压液体作为驱动源的伺服系统，是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。 一、液压伺服系统的基本组成 液压伺服系统无论多么复杂，都是由一些基本元件组成的。如图就是一个典型的伺服系统，该图表示了各元件在系统中的位置和相互间的关系。 （1）外界能源—为了能用作用力很小的输入信号获得作用力很大的输出信号，就需要外加能源，这样就可以得到力或功率的放大作用。外界能源可以是机械的、电气的、液压的或它们的组合形式。 （2）液压伺服阀—用以接收输入信号，并控制执行元件的动作。它具有放大、比较等几种功能，如滑阀等。 （3）执行元件—接收伺服阀传来的信号，产生与输入信号相适应的输出信号，并作用于控制对象上，如液压缸等。 （4）反馈装置—将执行元件的输出信号反过来输入给伺服阀，以便消除原来的误差信号，它构成闭环控制系统。 （5）控制对象—伺服系统所要操纵的对象，它的输出量即为系统的被调量(或被控制量)，如机床的工作台、刀架等。 二、液压伺服系统的分类 液压伺服系统是由液压动力机构和反馈机构组成的闭环控制系统，分为机械液压伺服系统和电气液压伺服系统（简称电液伺服系统）两类。 电液伺服系统 电液伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。最常见的有电液位置伺服系统、电液速度控制系统和电液力（或力矩）控制系统。 如图是一个典型的电液位置伺服控制系统。图中反馈电位器与指令电位器接成桥式电路。反馈电位器滑臂与控制对象相连，其作用是把控制对象位置的变化转换成电压的变化。反馈电位器与指令电位器滑臂间的电位差（反映控制对象位置与指令位置的偏差）经放大器放大后，加于电液伺服阀转换为液压信号，以推动液压缸活塞，驱动控制对象向消除偏差方向运动。当偏差为零时，停止驱动，因而使控制对象的位置总是按指令电位器给定的规律变化。 电液伺服系统中常用的位置检测元件有自整角机、旋转变压器、感应同步器和差动变压器等。伺服放大器为伺服阀提供所需要的驱动电流。电液伺服阀的作用是将小功率的电信号转换为阀的运动，以控制流向液压动力机构的流量和压力。因此，电液伺服阀既是电液转换元件又是功率放大元件，它的性能对系统的特性影响很大，是电液伺服系统中的关键元件。液压动力机构由液压控制元件、执行机构和控制对象组成。液压控制元件常采用液压控制阀或伺服变量泵。常用的液压执行机构有液压缸和液压马达。液压动力机构的动态特性在很大程度上决定了电液伺服系统的性能。 为改善系统性能，电液伺服系统常采用串联滞后校正来提高低频增益，降低系统的稳态误差。此外，采用加速度或压力负反馈校正则是提高阻尼性能而又不降低效率的有效办法。

伺服驱动系统的原理与种类

机电一体化系统设计基础课程教学辅导 第四章：伺服驱动系统的原理与种类 一、教学建议 ●通过文字教材掌握伺服驱动的基本原理，了解机电一体化伺服驱动系统的种类及其 特性。 ●流媒体课件第15讲介绍了机电一体化系统伺服驱动的基本原理、种类及其特性； ●在学习的过程中，如果有学习的心得和体会，请在课程论坛上和大家分享；如果有 什么疑惑，也可以在课程论坛寻找帮助。 二、教学要求 1．掌握伺服驱动的基本原理 一般来说，伺服系统组成框图如图1所示。 图1 伺服系统组成框图 （1）控制器：伺服系统中控制器的主要任务是根据输入信号和反馈信号决定控制策略，控制器通常由电子线路或计算机组成。 （2）功率放大器：伺服系统中功率放大器的作用是将信号进行放大，并用来驱动执行机构完成某种操作，功率放大装置主要由各种电力电子器件组成。 （3）执行机构：执行机构主要由伺服电动机或液压伺服机构和机械传动装置等组成。 （4）检测装置：检测装置的任务是测量被控制量，实现反馈控制。无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是低于检测装置的精度，因此要求检测装置精度高、线性度好、可靠性高、响应快。 2．了解机电一体化伺服驱动系统的种类及其特性 （1）根据使用能量的不同，可以分为电气式、液压式和气压式等几种类型，特性如表1所示。 表1 伺服驱动系统的特点及优缺点 种类特点优点缺点 电 气 式 可使用普通电源；信号与动力 的传送方向相同；有交流和直 流之别，须注意电压之大小 操作简便；编程容易；能实现定 位伺服；响应快、易与CPU接 口；体积小，动力较大；无污染 瞬时输出功率大，但过载能力差，由于某 种原因而卡住时，会引起烧毁事故，易受 外部噪声影响 气 压 式 空气压力源的压力为（5~7） ×105Pa；要求操作人员技术 熟练 气源方便、成本低；无泄漏污染； 速度快、操作比较简单 功率小，体积大，动作不够平稳；不易小 型化；远距离传输困难；工作噪声大、难 于伺服 液 压 式 要求操作人员技术熟练；液压 源的压力为（20~80）×105Pa 输出功率大，速度快，动作平 稳，可实现定位伺服 设备难于小型化；液压源或液压油要求（杂 质、温度、测量、质量）严格；易泄漏且 有污染

进给伺服系统的设计

进给伺服系统的设计 4.1 简介 数控机床伺服进给系统是以机械位移为直接控制目标的自动控制系统，简称伺服系统。它主要由伺服驱动单元、伺服电动机、机械传动装置、执行元件和位置检测反馈单元等部分组成，其中开环控制伺服系统无位置检测反馈单元。伺服系统的输入与数控插补器相联，接受指令信号的控制，其输出与机床的机械运动相联，完成预定的直线或转角位移。 伺服进给系统按照数控加工对轨迹要求可分为点位控制、点位直线控制和轮廓控制；按照有无检测元件的安装位置可分为开环控制、闭环控制和半闭环控制；按照反馈信息和比较方法的不同可分为脉冲比较、相位比较和幅值比较。 4.2传动系统的设计及计算 4.2.1 进给传动系统设计时要考虑的方面 1）间隙。间隙是控制系统中的非线性因素，引起一个直接的时间滞后，造成随机误差和增加不稳定倾向，应尽量减小或消除。 2）刚度质量比。传动链的弹性变形会产生时间滞后和超越，产生误差，但增加结构造成惯性大也会使系统动态性能下降，调整困难。故应设计刚度质量比大的结构以满足要求。 3）摩擦。摩擦会使加速性能下降，尤其应尽量减小静摩擦力和动摩擦力之差，防止产生自激振动或爬行。 4）阻尼。阻尼会增大误差，但能减小超调量，有使系统稳定的作用，故应在系统内有适当的阻尼。 4.2.2设计步骤 1）选择控制形式 精度要求高时，一般采用闭环控制，但对于大型机床，受传动链刚度和固有频率限制，应采用半闭环或开环控制。要求精度不太高时，通常采用半闭环控制。 根据以上原则，选用开环控制系统。 2）选择驱动元件

主要考虑惯量匹配要求31≤≤L M J J ，电机惯量过大时，其加速性能得不到充分发挥，太小时与负载惯量不匹配，影响整个系统的伺服性能。查考[5]P41-346，选取m kg J M ??=-4106 ① 本设计方案选用步进电动机来驱动。 ② 已知脉冲当量为0.01mm ，最大进给速度min /10max m =ν， 则电动机的工作频率HZ f 7.1666601 .0601010603 max =??==δν 查[15]P41-341表41.5-18，选取电动机型号为90BF004，其主要技术参数如下表： 3） 机械传动装置设计 ① 选择执行机构 因为移动行程小于4m ，故采用滚珠丝杠传动。滚珠丝杠精密、灵敏、传动效率高，通过预加载荷，能消除丝杠和螺母间的间隙，提高传动精度。 ② 选择导轨类型 要考虑尽可能减少摩擦力，故采用滚动导轨。为了满足系统稳定性要求，应适当增加导轨阻尼比，故选取ξ=0.05。

伺服电机和步进电机有什么区别【解析】

伺服电机和步进电机有什么区别? 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 机器让人们解放了劳动力，现在的很多工厂都实现了自动化，不再需要人力。自动化的实现离不开电机，电机是机器的动力来源。从1820年发现电流的磁效应到现在将近200年的创新发展，科学家们制造了各种各样的电机。今天就分析一下伺服电机与步进电机的区别。 各种电机 什么是伺服电机和步进电机呢？ 伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以控制驱动对象。私服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性高度、始动电圧等特性，可把所收到的电信号转化成电动机轴上的角位移或角速度输出。 伺服电机 伺服电机的工作原理：伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控制量能够跟随输入目标的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到一个脉冲就会旋转一个脉冲相对应的角度从而实现位移，因为伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度就会发出对应数量的脉冲，这样和伺服电机接收的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道多少脉冲给伺服电机，同时就收了多少脉冲回来，这样就能够很精准的控制电机的转动，从而实现很精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护但维护不方便，产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小，重量轻，出力大，相应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式

液压伺服系统

第十章液压伺服系统 一、名词解释 1、伺服控制 2、液压伺服控制系统 3、滑阀的压力-流量特性 4、滑阀的流量放大系数 5、滑阀的压力放大系数 二、问答题 1、液压伺服系统有由哪几部分组成？各部分的功能是什么？ 2、伺服系统的基本类型有哪些？ 3、为什么说伺服阀是液压伺服系统的最关键元件？ 4、液压伺服阀有哪几种？滑阀式液压伺服阀与换向滑阀有什么本质区别？ 5、滑阀式液压伺服阀的阀口与换向阀的阀口有什么不同？ 6、电液伺服阀由哪几部分组成（以二级放大式为例）？各部分的作用是什么 7、液压仿形刀架的液压伺服系统为何将伺服滑阀的阀体和液压缸的缸体固连成一体？若将它们分成 两部分，仿形刀架能否工作？为什么？ 8、何为伺服阀的零位特性？为什么零位阀系数对液压伺服系统的稳定性是至关重要的？ 9、在力反馈电液伺服阀中，什么叫力反馈？力反馈是通过什么元件实现的？ 三、计算题 1、已知一电液伺服阀在线性区内工作，当输入电流为20mA、伺服阀的压降为5Mpa时，输出的负载流量为60L/min，则当输入电流为100mA、伺服阀的压降为10Mpa时，其输出流量为多少？ 2、如图所示的电液位置控制系统为轧机辊缝调节控制系统,它由辊缝调节螺钉1、支撑辊2、轧辊 3、板材 4、电液伺服阀 5、调整油缸 6、伺服放大器 7、同位素测厚仪8等组成。板材经轧机连轧后由厚板变为薄板，轧后板材的厚度由测厚仪检测出来，若加工后板材的厚度与要求不符，则由电液伺服阀控制调整油缸驱动支撑辊和轧辊，调节轧辊间的距离。写出其控制原理方块图，标明控制信号的传递过程，并说明系统工作原理。如图所示的电液位置控制系统为轧机辊缝调节控制系统,它由辊缝调节螺钉1、支撑辊2、轧辊3、板材4、电液伺服阀5、调整油缸6、伺服放大器7、同位素测厚仪8等组成。板材经轧机连轧后由厚板变为薄板，轧后板材厚度由测厚仪检测出来，若加工后板材的厚度与要求不符，则由电液伺服阀控制调整油缸驱动支撑辊和轧辊，调节轧辊间的距离。写出 其控制原理方块图，标明控制信号的传递过程，并说明系统工作原理。速度均为0.075m/s，工作进 - 1 -

伺服电机内部结构及其工作原理

创作编号：BG7531400019813488897SX 创作者：别如克* 伺服电机内部结构

伺服电机工作原理

伺服电机原理 一、交流伺服电动机 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。 交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。 交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大 由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。 2、运行范围较广 3、无自转现象 正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、2 6V、36V、115V等多种。

第九章 液压伺服系统.

第九章液压伺服系统 第一节概述 伺服系统又称随机系统或跟踪系统，是一种自动控制系统。在这种系统中，执行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律动作。液压伺服系统是以液压为动力的自动控制系统，由液压控制和执行机构所组成。 一、液压伺服系统的工作原理 图9-1为一简单的机液位置伺服系统的原理图。 当伺服滑阀处于中间位置（xv＝0）时，各阀口均关闭，阀没有流量输出，液压缸不动，系统处于静止状态。给伺服滑阀阀芯一个输入位移xi，阀口a、b便有一个相应的开口量xv，使压力油经阀口b进入液压缸的右腔，其左腔油液经阀口a回油池，液压缸在液压力的作用下右移x0，由于滑阀阀体与液压缸体固连在一起，因而阀体也右移x0，则阀口a、b的开口量减小（xv＝xi－x0），直到x0＝xi时，xv＝0，阀口关闭，液压缸停止运动，从而完成液压缸输出位移对伺服滑阀输入位移的跟随运动。若伺服滑阀反向运动，液压缸也作反向跟随运动。由上可知，只要给伺服滑阀以某一规律的输入信号，执行元件就自动地、准确地跟随滑阀按照这个规律运动。 图9-1机液位置伺服系统原理图 1－溢流阀 2－泵 3－阀芯 4－阀体（缸体） 由此可以看出，液压伺服系统有如下特点： 1．跟踪系统的输出量能够自动地、快速而准确地跟踪输入量的变化规律。 2．放大移动阀芯所需的力很小，只需要几牛顿到几十牛顿，但液压缸输出的力却很大，可达数千到数万牛顿。功率放大所需要的能量是由液压泵供给的。 3．反馈把输出量的一部分或全部按一定方式回送到输入端，和输入信号作比较，这就是反馈。回送的信号称为反馈信号。若反馈信号不断地抵消输入信号的作用，则称为负反馈。负反馈是自动控制系统具有的主要特征。图9－1中的负反馈是通过阀体和缸体的刚性连接来实现的，液压缸的输出位移y连续不断地回送到阀体上，与阀芯的输入位移x相比较，其结果使阀的开口减小。此例中的反馈是一种机械反馈。反馈

数控机床伺服系统

第6章 数控机床伺服系统 进给伺服系统就是数控系统主要的子系统。如果说CNC 装置就是数控系统的“大脑”,就是发 布“命令”的“指挥所”,那么进给伺服系统则就是数控系统的“四肢”,就是一种“执行机构”。它忠 实地执行由CNC 装置发来的运动命令,精确控制执行部件的运动方向,进给速度与位移量。 第一节 概述 、 进给伺服系统的定义及组成 、 定义:进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部件的位置与速度作为控制量的自动 控制系统。 一、进给伺服系统的定义及组成 组成: 进给伺服系统主要由以下几个部分组成:位置控制单元;速度控制单元;驱动元件(电 机);检测与反馈单元;机械执行部件。 ３、进给伺服驱动系统由进给伺服系统中的 驱动电机及其控制与驱动装置组成。 ４、驱动电机就是进给系统的动力部件,它提供执行部分运动所需的动力,在数控机床上常用 的电机有: 步进电机 直流伺服电机 交流伺服电机 直线电机。 ５ 、速度单元就是上述驱动电机及其控制与驱动装置,通常驱动电机与速度控制单元就是 相互配套供应的,其性能参数都就是进行了相互匹配,这样才能获得高性能的系统指标。 ６、速度控制单元主要作用:接受来自位置控制单元的速度指令信号,对其进行适当的调节运 算(目的就是稳速),将其变换成电机转速的控制量(频率,电压等),再经功率放大部件将其变换 成电机的驱动电量,使驱动电机按要求运行。简言之:调节、变换、功放。 ７、进给驱动系统的特点(与主运动(主轴)系统比较): ? 功率相对较小; ? 控制精度要求高; ? 控制性能要求高,尤其就是动态性能。 二、NC 机床对数控进给伺服系统的要求 1、调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内) 调速范围: 一般要求: 稳定性:指输出速度的波动要少,尤其就是在低速时的平稳性显得特别重要。 调速范围: 一般要求: 2、稳定性:指输出速度的波动要少,尤其就是在低速时的平稳性显得特别重要。 输出位置精度要高 静态:定位精度与重复定位精度要高,即定位误差与重复定位误差要小。(尺寸精度) 动态:跟随精度,这就是动态性能指标,用跟随误差表示。 (轮廓精度) 灵敏度要高,有足够高的分辩率。 3、负载特性要硬 在系统负载范围内,当负载变化时,输出速度应基本不变。即△F 尽可能小;当负载突变时,要 求速度的恢复时间短且无振荡。即△t 尽可能短; 应有足够的过载能力,以满足低速大转矩的要求。(高速恒功率,低速恒转矩) 这就是要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。 4、 响应速度快且无超调 这就是对伺服系统动态性能的要求,即在无超调的前提下,执行部件的运动速度的建立时间 tp 应尽可能短。 通常要求从 0→Fmax(Fmax →0),其时间应小于200ms,且不能有超调,否则 对机械部件不利,有害于加工质量。 min max F F R N =m in 1m in 1.010000min mm F mm R N <≤>且

液压伺服系统设计

液压伺服系统设计 液压伺服系统设计 在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。 2）拟定控制方案，画出系统原理图。 3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。 4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。 5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。 6）选择液压能源及相应的附属元件。 7）完成执行元件及液压能源施工设计。 本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。 4.1 全面理解设计要求 4.1.1 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。 4.1.2 明角设计系统的性能要求 1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。 2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。 3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。 4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定； 5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求； 6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。 4.1.3 负载特性分析 正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有

我司液压伺服控制系统的控制原理

概述 随着国内经济的高速发展，塑料制品行业对高速，高精密注塑机的需 求量与日剧增，而液压机高速，精密成型的保证，就是一必须拥有合 理而高刚性的锁模和射胶机构，二它必须拥有强劲的动力和反应灵敏 而精确的液控系统。其中，液压伺服控制系统是使执行元件以一定的 精度自动地按照输入信号的变化规律而动作的一种自动控制系统。其 可从不同的角度加以分类，按输出的物理量分类，有位置伺服系统， 速度伺服系统，力（或压力）伺服系统等；按控制信号分类，有机液 伺服系统，电液伺服系统，气液伺服系统；按控制元件分类，有阀控 系统和泵控系统两大类。下面，我们讨论阀控伺服系统。阀控伺服系 统主要由压力传感器，位置传感器，控制器和伺服阀等构成一个闭环 的系统，按系统的需求来分别做到或按序做到速度伺服控制，位置伺 服控制和压力伺服控制。最终，达到系统的要求和重复精度。 如图，传感器与控制卡（也可集成在塑机工控电脑中），伺服阀的有 机组合，就形成了一个闭环控制系统，随着系统工作情况要求的不同，来实现不同的伺服控制。在注射过程，注射到终点前，注射速度较为 重要，则此系统以速度闭环控制为主，控制器对位置传感器高频采样，测出活塞的瞬时速度与塑机电脑要求的速度对比，再发出调整后的信 号给伺服阀。最终，使活塞的运动速度达到塑机电脑要求的速度。进 入快到射胶终点，保压和熔胶背压阶段，这时压力较为重要，则此系 统以压力闭环控制为主，装在射胶油缸两侧的压力传感器传回的信号 起主要作用，控制卡将其与塑机电脑给出的压力信号对比，来调整给 伺服阀的信号，最终，使注射腔的压力值与设定值相同。在塑机电脑

没有发出任何指令的情况下，此时位置保持就比较重要，所以，系统 这时会主要进行位置闭环的控制。同理，在锁模油缸伺服控制的情形下，也是如此按顺序控制，锁模开始，快速移模可作速度闭环控制， 模具快合上时，切换到位置控制，有快速锁模到锁模油缸活塞停止的 位置之间的转换也是可控的，最后，模具合上时，切换的压力控制。 上述只是某种工艺要求下的伺服控制逻辑，随着不同的要求，控制的 逻辑，种类也都不尽相同，但是，其控制理念，是相同的。最终的目的，都是为了精确，迅速的达到塑机电脑的指令要求和保证动作的重 复精度。 下面对伺服闭环控制系统各组成部分作简单介绍。 传感器 任何好的系统，都必须具有迅捷，准确的感知部件，只有及时，准确 的监测执行机构当前所处的状态，控制器才能主动地发出新的指令， 来调整执行机构的运动，使之接近控制电脑所要求的运动状态。因此，全方位的了解执行机构，是伺服系统的必备条件。主要由压力，位置 等传感器来共同构成准确，及时的跟踪监测系统。传感器的固有特性，包括线性，最大采样频率，抗干扰能力等都对准确，及时地感知有重 要影响。 伺服阀 伺服系统中最重要，最基本的组成部分，它起着信号转换，功率放大 及反馈等控制作用。常见的伺服阀有直动式阀（滑阀），射流管先导 级伺服比例阀喷嘴挡板阀伺服电磁阀等。下面简单介绍它们的结构原 理及特点。 *直动式阀 将一与所期望的阀芯位移成正比的电信号输入阀内放大电路，此信号 将转换成一个脉宽调制电流作用在线性马达上，力马达产生推力推动 阀芯产生一定的位移。同时激励器激励阀芯位移传感器产生一个与阀 芯实际位移成正比的电信号，解调后的阀芯位移信号与输入指令信号 进行比较，比较后得到的偏差信号将改变输入至力马达的电流大小； 直到阀芯位移达到所需值。阀芯位移的偏差信号为零。最后得到的阀

伺服电机的组成及使用

伺服电机的组成及使用 本文转载于湘电集团有限公司https://www.wendangku.net/doc/0d14209785.html, 摘要：伺服电机作为高端精密装备的必备装置，在自动化生产过程中的地位也非常重要的，今天我们来简单谈谈数控机床中的伺服系统。 伺服电机(servomotor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 数控机床伺服系统的作用在于接受来自数控装置的指令信号，驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。以上指的主要是进给伺服控制，另外还有对主运动的伺服控制，不过控制要求不如前者高。数控机床的精度和速度等技术指标往往主要取决于伺服系统。 一、伺服系统的基本要求和特点 1.对伺服系统的基本要求 (1)稳定性好：稳定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。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0.01～0.00lmm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

数控机床伺服系统概述

教案 章节 课题 数控机床伺服系统概述 课型新课课时 2 教具学具 电教设施 无 教学目标 知识 教学点 1、伺服系统的概念与组成。 2、伺服系统的分类。 3、数控机床对伺服系统的要求。 4、进给伺服系统的组成及工作原理。能力 培养点 1、增强对理性知识的学习。 2、培养学生严谨的工作和学习作风。德育 渗透点 提高学生学习兴趣，增强学生责任心。 教 学重点难点重点伺服系统的相关知识 难点进给伺服系统的工作原理 学法引导 1、讨论法（积极参与，总结规律） 2、引导法（举一反三） 3、例举法 4、归纳法 5、图解法 教学内容 更新、补 充、删节 补充：进给伺服系统的工作原理 参考资料《数控原理》、《数控技术》、《先进制造技术》等课后体会

导入新课 下面我们来复习以下上节课所学的内容： 1、什么叫逐点比较法？它的四个工作节拍分别是什 么？ 2、叙述逐点比较法有哪些优点？ 讲授新课 一、伺服系统的概念与组成 ?主要采用图解法、讨论法、引导法。 1、概念 2、作用 3、组成 注意 （1）伺服系统直接影响数控机床的精度和速度 等技术指标。 （2）半闭环控制精度介于开环和全闭环之间。 （3）速度环常用检测元件：测速发电机、高分 辨率脉冲编码器 位置环常用检测元件：光栅、码盘等。二、伺服系统的分类 ?主要采用讲解法、图解法和归纳法。 1、主轴伺服系统 伺服系统 进给伺服系统 2、通过用练习的方式 检测学生掌握情况 通过分析图解使学 生思考伺服系统的 组成及各部分的作 用 采用图解法，学生 认真听讲，参与讨 论 6分 25 分 5分 15 分 12 分

3、根据反馈控制方式分类 三、数控机床对伺服系统的要求 ?主要采用讲解法和引导法。 四、进给伺服系统的组成及工作原理 ?主要采用讨论法、图解法和归纳法。 1、开环伺服系统 2、闭环伺服系统 课堂总结 1、伺服系统的概念与组成； 2、伺服系统的分类； 3、数控机床对伺服系统的要求； 4、进给伺服系统的组成及工作原理。 布置作业和辅导答疑 1、伺服系统的概念、分类和作用分别是什么？ 2、数控机床对伺服系统的要求有哪些？ 3、简单叙述开环、闭环伺服系统的工作原理和精度决定 因素分别是什么？学生通过思考，理 解开环与闭环原理 10 分 15 分 5分 3分

永磁同步电机伺服驱动系统概述

文献综述 ——永磁同步电机伺服驱动系统 一.前言 自上世纪八十年代以来，随着微电子技术、电力电子技术、传感器技术、电机制造技术以及先进的控制理论等支撑技术的飞速发展，以交流伺服电动机为控制对象的交流伺服系统逐步取代直流伺服系统，在机电一体化、工业自动化、数控机床、大规模集成电路制造、航空航天、雷达和各种军用武器随动系统等方面得到广泛应用。以永磁同步电机作为执行电机的数字交流伺服系统在高精度运动控制和驱动领域得到了越来越广泛的应用。 永磁材料的选择对电机的结构和性能影响很大。目前广泛应用于永磁体主要有铁氧体、稀土钴以及钕铁硼三类永磁材料。其中钕铁硼是近年来出现的一种新型永磁材料，其矫顽力和剩磁密度都高于其他两类永磁材料，且成本比稀土钴低得多，是目前应用最为广泛的永磁材料。永磁材料的发展也对永磁同步电机的应用起着至关重要的作用。 二.正文 1. 交流伺服系统的概念及分类 1.1 概念 伺服来自英文单词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、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。控制器的功能是完成伺服系统的闭环控制，包括力矩、速度和位置等。 在交流伺服系统中，电动机的类型有永磁同步交流伺服电机（PMSM）和感应异步交流伺服电机（IM），其中，永磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效率都很高，已经成为伺服系统的主流之选。普遍应用的永磁伺服电机有两大类：一类称为无刷直流电机（BLDC），另一类称为三相永磁同步电机（PMSM）。永磁同步电机的特点是用永磁体取代绕线式同步电机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷，因此具有转子转动惯量小、响应速度快、效率高、功率密度高等优点，在要求高性能的伺服领域得到了广泛的应用。永磁同步电机的定子与绕线式同步电机基本相同，要求输入定子的电流仍然是三相正弦的，所以称为三相永磁同步电机。而异步伺服电机虽然结构坚固、制造简单、价格低廉，但是在特性上和效率上存在差距，只在大功率场合得到重视。 1.2 分类 交流伺服系统根据其处理信号的方式不同，可以分为模拟式伺服、数字模拟混合式伺服和 全数字式伺服。如果按照使用的伺服电动机的种类不同，又可分为两种：一种是用永磁同步 伺服电动机构成的伺服系统；另一种是用鼠笼型异步电动机构成的伺服系统。二者的不同之处

第一章 液压伺服系统概述

第一章液压伺服系统概述 液压伺服控制是一门新兴的科学技术。它不但是液压技术的一个重要分支，而且也是控制领域中的一个重要组成部分。 早在第一次世界大战前，液压伺服控制已开始应用于海军舰艇中，作为操舵装置。到第二次世界大战期间及以后，由于军事的刺激，自动控制特别是武器和飞行器控制系统的研究得到进一步的发展。液压伺服控制因响应快，精度高和功率一重量比大等特点而受到特别的重视。特别是近几十年，由于整个工业技术的发展，尤其是军事和航空航天技术的发展，促使液压伺服控制得到迅速发展。使这门技术无论在元件和系统方面，还是在理论与应用方面都日趋完善和成熟，形成一门新兴的科学技术。 机械液压伺服控制出现较早，用在飞机上作为液压助力器，操纵飞机舵面。40年代，首先在飞机上出现了电液伺服系统。但该系统中的滑阀由伺服电动机驱动，作为电液转换器。由于伺服电动机时间常数较大，限制了电液伺服系统的响应速度。随着超音速飞机的发展，要求伺服系统反应速度越来越高，特别是像导弹控制，这就促进了快速电液伺服控制系统的产生与发展。50年代初，出现了快速响应的永磁力矩马达，力矩马达与滑阀结合，形成了电液伺服阀。50年代末，又出现了以喷嘴挡板阀作为第一级的电液伺服阀，进一步提高了电液伺服阀的快速性。60年代，各种结构的电液伺服阀相继出现，其性能Et趋完善。由于电液伺服阀和电子技术的发展，使电液伺服系统得到迅速的发展。 目前，液压伺服系统特别是电液伺服系统已成为武器自动化和工业自动化的一个重要方面。凡是需要大功率、快速、精确反应的控制系统，都已经有了应用。在国防工业中，如飞机的操纵系统、导弹的自动控制系统、火炮操纵系统、坦克火炮稳定装置、雷达跟踪系统和舰艇的操舵装置等系统中。在一般工业中，用于机床、冶炼、轧钢、铸锻、动力、工程机械、矿山机械、建筑机械、拖拉机、船舶等系统中。

第七部分数控机床进给伺服系统的控制原理

第七部分数控机床进给伺服系统的控制原理 1。数控机床进给运动伺服系统的分类和特点。 数控机床进给运动伺服系统可以分为开环系统和闭环(半闭环)系统。在开环系统中不进行位置和速度的检测，构成这样的系统成本较低，但它的缺点是一旦产生误差，就会逐渐积累。开环系统采用步进电动机或电液脉冲马达作为动力源。与开环系统相比，闭环(半闭环)系统在系统硬件构成上要用位置检测元器件和比较器。从控制原理上讲，闭环与半闭环系统没有什么差别。 闭环系统沿导轨移动方向安装位移传感器，直接测量工作台的位移；而半闭环系统则把角位移传感器安装在滚珠丝杠端部测量其角位移，不能反映工作台位移部分的误差。 2。数控机床的进给位置指令由CNC装置通过插补运算得到。 3。开环伺服系统 (1)开环伺服系统的结构: 开环系统无位置反馈元器件，其驱动动力源将数字脉冲转换为角位移，不用位置检测元件定位，而是靠驱动元件本身。开环伺服系统转过的角度正比于指令脉冲的个数，运动速度由进给脉冲频率决定。 开环系统的结构简单，易于控制，但精度差，低速不平稳，高速扭矩小。一般用于轻载且负载变化不大的场合，或经济型数控机床上。 (2)系统工作原理: 开环系统驱动控制线路接受来自数控机床控制系统的进给脉冲信号，并将该信号转换为控制步进电动机定子各绕组依次通电、断电的信号，使步进电动机运转。步进电动机的转子与机床丝杠连在一起，转子带动丝杠转动，丝杠转动使工作台产生移动。包括: a。工作台位移量的控制，即进给脉冲数→ N定子绕组通电状态变化次数 ?工作台位移量L。 → N步进电动机转子的转角→ b。工作台进给速度的控制，即进给脉冲的频率→ f定子绕组通电状态的变 ω工作台进给速度L。 化频率→ f步进电动机转子的转速→ c。工作台运动方向的控制 改变定子绕组的通电顺序就可使步进电动机正转或反转，从而改变工作台进给方向。 (3)提高步进系统精度的措施: 步进系统是一个开环系统，要提高系统的工作精度，应从几个方面考虑，如改善步进电动机的性能，减小步距角；采用精密传动副，减小传动链中的传动间隙等，但这些因素常因结构工艺的关系而受到一定的限制。在这种情况下可从控制线路采取一些措施弥补其不足。三种常见的提高系统精度的方法为: a。细分线路细分线路就是把步进电动机的一步再分得细一些，来减小步距角。

伺服控制系统- 概述

伺服控制系统- 概述 第六章伺服控制系统 第一节概述 伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。如防空雷达控制就是一个典型的伺服控制过程，它是以空中的目标为输入指令要求，雷达天线要一直跟踪目标，为地面炮台提供目标方位;加工中心的机械制造过程也是伺服控制过程，位移传感器不断地将刀具进给的位移传送给计算机，通过与加工位置目标比较，计算机输出继续加工或停止加工的控制信号。绝大部分机电一体化系统都具有伺服功能，机电一体化系统中的伺服控制是为执行机构按设计要求实现运动而提供控制和动力的重要环节。 一、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。如图6-1给出了系统组成原理框图。 1、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、控制器通常是计算机或PID控制电图6-1伺服系统组成原理框图路，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、执行元件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、被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体。一般包括传动系统、执行装置和负载。 5、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。 在实际的伺服控制系统中，上述的每个环节在硬件特征上并不独立，可能几个环节在一个硬件中，如测速直流电机即是执行元件又是检测元件。 二、伺服系统的分类 伺服系统的分类方法很多，常见的分类方法有: 1、按被控量参数特性分类按被控量不同，机电一体化系统可分为位移、速度、力矩等各种伺服系统。其它系统还有温度、湿度、磁场、光等各种参数的伺服系统 2、按驱动元件的类型分类按驱动元件的不同可分为电气伺服系统、液压伺服系统、气动伺服系统。电气伺服系统根据电机类型的不同又可分为直流伺服系统、交流伺服系统和步进电机控制伺服系统。 3、按控制原理分类按自动控制原理，伺服系统又可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。 开环控制伺服系统结构简单、成本低廉、易于维护，但由于没有检测环节，系统精度低、抗干扰能力差。闭环控制伺服系统能及时对输出进行检测，并根据输出与输入的偏差，实时调整执行过程，因此系统精度高，但成本也大幅提高。半闭环控制伺服系统的检测反馈环节位于执行机 1