伺服驱动系统的分类
1.3 伺服驱动系统的分类
1.3.1 开环、半闭环、闭环驱动
（1）开环驱动及其特点
无位置反馈装置的伺服驱动称为开环驱动，使用步进电机作为执行元件是开环伺服驱动最明显的特点。
在开环伺服驱动中，数控装置输出的脉冲经过步进机的环形分配器（或脉冲分配软件的处理）、电流调节器、功率放大后驱动电枢，最终控制步进电机的角位移，见图1-3.
开环驱动的数控机床结构简单，制造成本低，不存在闭环系统的稳定性问题。但是，由于系统对移动部件的实际位移量不进行检测，因而无法通过反馈进行误差的自动检测和校正；此外，步进电机的步距角误差、齿轮和丝杠等部件的传动误差，最终都将影响零件的加工精度，特别是在负载转矩超过电机输出转矩时，将导致步进电机的失步，使加工无法进行。
图1-3 开环驱动的组成原理图
（2）半闭环驱动及其特点
半闭环驱动的结构原理如图1-4所示，它需要伺服电机驱动。半闭环驱动的特点是传动丝杠或伺服电机上装有角位移检测装置（如光电编码器等），通过编码器对丝杠或电机转角的检测，可以间接地反应移动部件的直线位移量。
图1-4 半闭环驱动的组成原理图
（3）闭环驱动及其特点
闭环驱动的结构原理图如图1-5所示，它不仅需要伺服电机或直线电机进行驱动，而且必须配备直线位移检测用的光栅。
全闭环控制系统可以对传动系统的全部间隙、磨损量进行自动补偿，其运动精度仅取决于检测装置的检测精度，它与机械传动的误差无关。
全闭环控制系统的结构特点决定了它对机械结构以及传动系统的要求比半闭环
更高，传动系统的刚度、间隙、导轨的爬行等非线性因素将直接影响到系统的稳定性，严重时甚至产生振荡。
图1-5 闭环驱动的组成原理图
1.3.2 模拟伺服与数字伺服驱动
模拟伺服与数字伺服的比较
（1）模拟伺服的所有控制量均为连续变化的模拟量，而数字伺服的所有控制量均为二进制形式的数字量。
（2）模拟伺服中所使用的运算、调节件以集成运算放大器、电位器、电阻、电容等元器件为主，内部一般无微处理器，调节器所需要的比例（P）、积分、
微分等运算功能通过模拟电子线路实现，其调节功能单一；而在数字伺服
中，调节器以微处理器作为基本的控制器件，它可以通过各种算法实现多
种调节运算功能，因此，不仅可以实现传统的PID控制，而且还可以实现
现代理论控制中的状态观察器，坐标变换、矢量控制、模糊控制等功能，从而实现系统的最优控制。
（3）模拟伺服的参数调整可通过调节电位器等方法实现，不需要专门的仪器；
数字伺服的调整需要通过输入数据来改变微处理器的运算参数，因此，数
字伺服必须配套数据输入与显示面板或与外部进行数据通信的接口与总
线。
（4）模拟伺服无法进行数字量的运算，故在伺服驱动器中不能实现位置控制功能，系统的位置控制必须在CNC内部完成。
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
伺服电机的分类
伺服电机是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件，很多第一次接触到这个产品的朋友肯定一头雾水，不知道它到底是什么。下面小编就给大家详细介绍一下到底伺服电机是什么东西以及它的分类。 伺服电动机（或称执行电动机）是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件。其作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度。按电流种类的不同，伺服电动机可分为直流和交流两大类。 一、交流伺服电动机 结构和原理交流伺服电动机的定子绕组和单相异步电动机相似，它的定子上装有两个在空间相差90°电角度的绕组，即励磁绕组和控制绕组。运行时励磁绕组始终加上一定的交流励磁电压，控制绕组上则加大小或相位随信号变化的控制电压。转子的结构形式笼型转子和空心杯型转子两种。 笼型转子的结构与一般笼型异步电动机的转子相同，但转子做的细长，转子导体用高电阻率的材料作成。其目的是为了减小转子的转动惯量，增加启动转矩对输入信号的快速反应和克服自转现象。空心杯形转子交流伺服电动机的定子分为外定子和内定子两部分。外定子的结构与笼型交流伺服电动机的定子相同，铁心槽内放有两相绕组。 空心杯形转子由导电的非磁性材料（如铝）做成薄壁筒形，放在内、外定子
之间。杯子底部固定于转轴上，杯臂薄而轻，厚度一般在0.2—0.8mm，因而转动惯量小，动作快且灵敏。交流伺服电动机的工作原理和单相异步电动机相似，LL是有固定电压励磁的励磁绕组，LK是有伺服放大器供电的控制绕组，两相绕组在空间相差90°电角度。如果IL与Ik 的相位差为90°，而两相绕组的磁动势幅值又相等，这种状态称为对称状态。与单相异步电动机一样，这时在气隙中产生的合成磁场为一旋转磁场，其转速称为同步转速。旋转磁场与转子导体相对切割，在转子中产生感应电流。转子电流与旋转磁场相互作用产生转矩，使转子旋转。如果改变加在控制绕组上的电流的大小或相位差，就破坏了对称状态，使旋转磁场减弱，电动机的转速下降。电机的工作状态越不对称，总电磁转矩就越小，当除去控制绕组上信号电压以后，电动机立即停止转动。这是交流伺服电动机在运行上与普通异步电动机的区别。 交流伺服电动机有以下三种转速控制方式：（1）幅值控制控制电流与励磁电流的相位差保持90°不变，改变控制电压的大小。（2）相位控制控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，改变控制电压的相位。（3）幅值—相位控制同时改变控制电压幅值和相位。交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相位的反相而改变。
交流伺服驱动器用户手册2
1.SA系列交流伺服简介 SA系列数字式交流永磁同步电机伺服驱动器（以下简称伺服驱动器）采用了国际上先进的DSP 芯片（数字信号处理器）对电机的位置、转速、转矩进行数字化智能控制。该伺服驱动器不仅可靠性高、性能优异，而且可以通过设定用户参数，对系统进行任意组态。例如：可以组成位置控制系统、速度控制系统、转矩控制系统等。 1.1SA系列交流伺服的使用方法 1.1.1 速度控制方式 速度控制方式的伺服驱动器标准使用方法，如下图所示： 如上图所示，在上位机侧组成位置控制环。在上位机中，进行位置指令和位置反馈的比较操作，即进行位置环调节的计算，输出模拟速度指令给伺服驱动器。 伺服驱动器接收上位机的模拟速度指令，进行速度环控制。 在这种控制方式下，上位机的位置反馈可以是伺服驱动器输出的电机编码器信号，也可以是安装在机械上的直线位置测量信号（例如光栅尺、磁栅尺、感应同步器等），即可以组成位置全闭环系统。 1.1.2 位置控制方式 位置控制方式的伺服驱动器标准使用方法，如下图所示： 1
上位机进行完定位及插补计算后，将位置指令以脉冲串的形式传送给伺服驱动器，由伺服驱动器进行位置指令和位置反馈的比较操作，即进行位置环调节的计算。这种形式的伺服驱动器包含了位置控制环。 作为位置指令的脉冲串，可以是下面的任一种，在伺服驱动器侧可以通过设定用户常数进行选择： 1）符号位＋脉冲列 2）具有90°相位差的两相脉冲序列 3）正转脉冲序列+ 反转脉冲序列 1.2 SA系列交流伺服驱动器的内置功能 SA系列伺服控制器的内置功能说明如下： 1）控制方式转换 通过数字操作器设定用户常数，可以使伺服驱动器工作于位置控制方式或速度控制方式。为了防止误操作，在伺服电机运行时（伺服使能状态），不能改变控制方式。2）再生能量处理功能 伺服驱动器内置再生能量处理电路和再生制动电阻。当伺服电机起制动频繁或负载惯量过大时，则必须使用外置再生制动电阻。 3）能耗制动功能 在伺服驱动器断电、伺服驱动器故障时，电机处于不受控状态。能耗制动功能可以使电机处于能耗制动状态，使电机马上停止，避免机械部件受损。 4）双电子齿轮功能 为满足机械加工的需要，伺服驱动器内置有双电子齿轮功能，即通过外部触点信号来切换第一电子齿轮比和第二电子齿轮比。 5）位置信号输出功能 伺服驱动器将光电编码器信号经长线驱动器输出，可以用作上位机的位置反馈信号。 6）内部速度指令功能 伺服驱动器可以通过外部接点选择内部预置的四种速度。
伺服驱动系统设计方案教学总结
伺服驱动系统设计方案 伺服电机的原理： 伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90°电角度。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动控制的u／V／W三相电形成电磁场转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度{线数)。 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，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。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作用：伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。 交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。 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。 图3 伺服电动机的转矩特性
伺服系统期末复习材料
电测速盘位置检测：①感应同步器 ②光栅莫尔条纹特性的三种效应：①莫尔条纹的移动与栅距成比例 均效应③放大效应 2.晶闸管的伏安特性曲线，以及导通条件和关断条件，维持电流, 器件写出三种名称（IGBT , GTO MOSFET 优缺点; GTO 缺点：门极反向关断电流大，开关缓冲电路要消耗一定能量，且需要快速恢复无感电 阻、无感电容、二极管等元器件。优点：在于 GTO 是四层器件，开关频率较高，不需要辅助转流电路和开关容 量等。 绝缘门极晶体管IGBT ：优点：具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单、通态电压低、能承受高电压 大电流等优点。缺点：若为大电感负载IGBT 的关断时间不宜过短。IGBT 不适合于要求器件压降低于 0.7V 的场 合下使用。击穿电压高的 IGBT 器件电流容量较低。 功率场效应晶体管 MOSFET 优点：单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动 功率小而且驱动电路简单。缺点：波形失真，只能做普通功率管，不能做信号 1.伺服系统的定义、概念；伺服系统的基本要求；主要特点，伺服系统分类 （按照 控制理论，按照反馈方式）它们各有什么特点？；位置速度检测元件 （名称）莫 尔 条纹的特性3种效应。 定义：在自动控制系统中，使输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统, 亦称 为伺服系统。要求：①稳定性好②精度高③快速响应并无超调 ④低速大转矩和调速范围宽 主要特点: ①精确的检测装置 ②有多种反馈比较原理与方法 ③高性能伺服电动机 ④宽调速范围的速度调节系统 控制理论分类：①开环伺服系统（信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来） ②闭 环伺服系统（若各种参数匹配不当，将会引起系统振荡，造成不稳定，影响定位精度，而且系统复杂和成本高） ③半闭环伺服系统（不能补偿位置闭环系统外的传动装置的传动误差，却可以获得稳定的控制特性。介于开环 与闭环之间，精度没有闭环高，调试却比闭环方便，因而得到广泛应用。 ） 按反馈方式分类：①脉冲、数字 比较伺服系统（结构简单，容易实现，整机工作稳定，在一般数控伺服系统中应用十分普遍） ②相位比较伺 服系统（适用于感应式检测元件的工作状态，可得到满意的精度。相位比较伺服系统的载波频率高，响应快, 抗干扰性强，因而很适于用做连续控制的伺服系统） ③幅值比较伺服系统（幅值大小与机械位移量成正比） 全数字伺服系统（高速度、高精度、大功率）速度检测：①异步（交流）测速发电机 ②直流测速发电机 ③光 导通条件：晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压时晶 闸管才能导通，这是晶闸管导通必须同时具备的两个条件。 关断条件：在晶闸管导通之后，其控制极就失去控制作用。 欲使晶闸管恢复阻断状态，必须把阳极正向电压降低到一 定值（或断开，或反向）。所以说晶闸管是控制导通而不控 制关断的半控器件。 维持电流IH :使晶闸管维持导通 所必需的最小电流 擎住电流IL :晶闸管刚从断态转入通 S 2-3晶阐S 的伏宝W 性曲找. 态并移除触发信号后, 能维持导通所需的最小电流。 ②平 擎住电流；全控 门极关断晶闸管
交流伺服电机及驱动系统地发展与应用
Abstract 简要介绍交流伺服电机及驱动系统的发展与应用。目前对同步伺服电动机的控制方法 多采用自适应控制和磁场定向矢量控制。随着应用场合与控制对象的不同采用不同的 控制策略。DSP控制技术的应用使现代控制理论中先进的、复杂的算法得以实现。现今，随着电机、功率器件、传感器、微电子器件及控制理论控制算法的不断发展，经历了 几代的应用结合，伺服驱动装置正朝着交流化、数字化、大功率方向 关键词:交流伺服电机;驱动系统;特点;发展;应用 引言 近年来随着物流仓储设备的快速发展，有很多物流仓储设备都选用多功能工业门机作 为大宗货物进出仓库的阀门。工业门机具有快速、全自动、安全、可靠、多功能等多 种优点，可以高效便捷的使货物进出仓库，保证仓库内的环境清洁和安全,成为先进物 流仓储设备的重要组成部分。伺服驱动控制系统是80年代国际上崛起的高性能产品， 具有良好的控制性能和较高的动态品质，并以调速范围广、稳速精度高、动态响应性 能好、使用简便等优越性能，迅速成为伺服系统发展的必然趋势.因此研究具有必要性. 前言 伺服驱动技术作为数控机床、工业机器人及其它产业机械控制的关键技术之一，在国 内外普遍受到关注。在20世纪最后10年间，微处理器（特别是数字信号处理器——DSP）技术、电力电子技术、网络技术、控制技术的发展为伺服驱动技术的进一步发展 奠定了良好的基础。如果说20世纪80年代是交流伺服驱动技术取代直流伺服驱动技 术的话，那么，20世纪90年代则是伺服驱动系统实现全数字化、智能化、网络化的 10年。这一点在一些工业发达国家尤为明显。 1交流伺服电机及驱动系统概述
1.1伺服驱动系统的概述 伺服驱动系统是CNC装置和机床的联系环节。CNC装置发出的控制信息，通过伺服驱动系统，转换成坐标轴的运动，完成程序所规定的操作。伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。伺服驱动系统的作用归纳如下： 1.1.1伺服驱动系统能放大控制信号，具有输出功率的能力； 1.1.2伺服驱动系统根据CNC装置发出的控制信息对机床移动部件的位置和速度进行控制。 1.2交流伺服电机及驱动系统的特点 1.2.1交流伺服电机特点 a精度：实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题； b、转速：高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转； c、适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用； d、稳定：低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合； f、及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内； e、舒适性：发热和噪音明显降低。 简单点说就是：我们平常看到的那种普通的电机，断电后它还会因为自身的惯性再转一会儿，然后停下。
伺服系统的发展及展望
伺服系统的发展及展望 摘要：本文主要介绍了伺服系统的三个发展阶段，包括步进电动机开环伺服系统阶段、直流伺服电动机闭环伺服系统阶段、无刷直流伺服电动机、交流伺服电动机伺服系统阶段，并分析了伺服系统的发展趋势：交流化、智能化、网络化、小型化。 关键词：伺服；智能化；小型化 伺服系统也叫位置随动系统，它的根本任务是实现执行机械对位置指令（给定量）的准确跟踪，当给定量随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随并复现给定量，是一个位置反馈控制系统[1]，主要包括电机和驱动器两部分，广泛用于航空、航天、国防及工业自动化等自动控制领域。随着电力电子、控制理论、计算机术等技术的快速发展以及电机制造工艺水平的不断提高，伺服系统近年来获得了迅速发展。 1伺服系统的发展阶段 伺服系统的发展与伺服电动机的不同发展阶段相联系，
由直流电机构成的伺服系统是直流伺服系统，由交流电机构成伺服系统是交流伺服系统。伺服电动机至今经历了三个主要发展阶段： 1.1 第一个发展阶段（20世纪60年代以前）：步进电动机开环伺服系统 伺服系统的驱动电机为步进电动机或功率步进电动机，位置控制为开环系统。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。 步进电机存在一些缺点：在低速时易出现低频振动现象；一般不具有过载能力；步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转现象，停止时转速过高易出现过冲现象。 1.2 第二个发展阶段（20世纪60-70年代）：直流伺服电动机闭环伺服系统 由于直流电动机具有优良的调速性能，很多高性能驱动装置采用了直流电动机，伺服系统的位置控制也由开环系统发展成为闭环系统。在数控机床的应用领域，永磁式直流电动机占统治地位，其控制电路简单，无励磁损耗，低速性能好。 1.3 第三个发展阶段（80年代至今）：无刷直流伺服电动机、交流伺服电动机伺服系统
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
自动控制原理课程设计 速度伺服控制系统设计
自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计 专业电气工程及其自动化 姓名 班级 学号 指导老师 机电工程学院 2009年12月
目录一课程设计设计目的 二设计任务 三设计思想 四设计过程 五应用simulink进行动态仿真六设计总结 七参考文献
一、课程设计目的： 通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB实现系统的仿真与调试。 二、设计任务： 速度伺服控制系统设计。 控制系统如图所示，要求利用根轨迹法确定测速反馈系数' k，以 t 使系统的阻尼比等于0.5，并估算校正后系统的性能指标。 三、设计思想： 反馈校正： 在控制工程实践中，为改善控制系统的性能，除可选用串联校正方式外，常常采用反馈校正方式。常见的有被控量的速度，加速度反馈，执行机构的输出及其速度的反馈，以及复杂系统的中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中的一部分环节以实现校正，。从控制的观点来看，采用反馈校正不仅可以得到与串联校正同样的校正效果，而且还有许多串联校正不具备的突出优点：第一，反馈校正能有效地改变被包围环节的动态结构和参数；第二，在一定
条件下，反馈校正装置的特性可以完全取代被包围环节的特性，反馈校正系数方框图从而可大大削弱这部分环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统的不利影响。 该设计应用的是微分负反馈校正： 如下图所示，微分负反馈校正包围振荡环节。其闭环传递函数为 B G s （）=00t G s 1G (s)K s +（） =22t 1T s T K s ζ+（2+）+1 =22'1 T s 21Ts ζ++ 试中，' ζ=ζ+ t K 2T ，表明微分负反馈不改变被包围环节的性质，但由于阻尼比增大，使得系统动态响应超调量减小，振荡次数减小，改善了系统的平稳性。 微分负反馈校正系统方框图
伺服系统原理及发展趋势 王刚
伺服系统原理及发展趋势 姓名：王刚学号：50128523405 摘要：伺服系统是机电产品中的重要环节，其控制性能反映了机电设备的控制质量。高性能的伺服系统可以提供灵活、方便、准确、快速的驱动。本文在理解《伺服驱动与控制技术》这门课程的理论基础上，介绍了伺服系统的发展过程和伺服系统的分类、原理，并具体阐述了伺服系统的发展趋势。 关键词：伺服系统；控制；电机；发展 Abstract：Servo-system is the important link in the mechanical-electrical products ,its control property reflects the control quality of mechanical-electrical device.High-performance servo system can provide a flexible, convenient, accurate and fast driver. Based on understanding the servo drive and control technology based on the theory of this course, the developing of the Servo-system are introduced and the classification, the principle of the servo system, and expounds the development trend of servo system in detail. Keyword：Servo-system；Control；Motor；developing 引言 伺服系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。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。
交流伺服系统发展现状及其趋势
交流伺服系统发展现状及其趋势运动控制系统作为电气自动化的一个重要的应用领域，已经被广泛应用于国民经济各个部门。运动控制系统主要研究电动机拖动及机械设备的位移控制问题。交流伺服系统是运动控制系统所研究的重要的一部分，而纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存与各个生产领域，随着工业技术的发展，两者相互竞争，相互促进。 1990年以前，由于技术成本等原因，国内伺服电机以直流永磁有刷电机和步进电机为主，而且主要集中在机床和国防军工行业。1990年以后，进口永磁交流伺服电机系统逐步进入中国，此期间得益于稀土永磁材料的发展、电力电子及微电子技术日新月异的进步，交流伺服电机的驱动技术也得以很快发展。如今约占整个电力拖动容量80%的不变速拖动系统都采用交流电动机，而只占20%的高精度、宽广调速范围的拖动系统采用直流电动机。自20世纪80年代以来，随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、控制技术及计算机技术等支撑技术的快速发展，交流伺服控制技术的发展得以极大的迈进，使得先前困扰着交流伺服系统的电机控制复杂、调速性能差等问题取得了突破性的进展，交流伺服系统的性能日渐提高，价格趋于合理，使得交流伺服系统取代直流伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域成了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势。 一、交流伺服系统的概述 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。我们通常说的伺服驱动器已经包括了控制器的基本功能和功率放大部分。虽然采用功率步进电机直接驱动的开环伺服系统曾经在90年代的所谓经济型数控领域获得广泛使用，但是迅速被交流伺服所取代。进入21世纪，交流伺服系统越来越成熟，市场呈现
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
伺服驱动系统设计方案
?、伸缩缝损坏现状 伺服驱动系统设计方案 伺服电机的原理: 伺服的基本概念是准确、精确.快速定位。与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。；^^子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间柑差90°电角度。 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动控制的U/V/W三相电形成电磁场转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反惯值与目标值进行比较，调整转子转动的角度0伺服电机的精度决世于编码器的精度｛线数）。 伺服电动机又称执行电动机?在自动控制系统中，用作执行元件，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.其主要特点是，当信号电压为零时无自转现彖.转速随着转矩的增加而匀速下降作用：伺服电机/可使控制速度，位置精度非常准确。 交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转"现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时.如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。 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: lx起动转矩大 由于转子电阻大，苴转矩特性曲线如图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so>r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0因此，当;^子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度髙的特点。
喷绘机伺服驱动系统设计
第四章 喷绘机伺服驱动系统设计 4.1 喷绘机伺服驱动系统原理 4.1.1 喷绘机原理概述 电脑雕刻机和喷绘机都是大型喷墨打印机。喷绘机按工作原理可分为固体喷墨和液体喷墨两种，当今主流的喷墨打印机为液体喷绘机打印机。电脑雕刻 喷墨方式可分为雕刻机气泡式与液体压电式。气泡技术是通过加热喷嘴，使墨水产生气泡，喷到打印介质上的。墨水在高温下易发生化学变化，性质不稳定，所以打出的色彩真实性就会受到一定程度的影响；另一方面由于印花机墨水是通过气泡喷出的，刻字机墨水微粒的方向性与体积大小不好掌握，写真机打印线条边缘容易参差不齐，一定程度的影响了打印质量。压电式喷墨技术，墨水是由一个和热感应式喷墨技术类似的喷嘴所喷出，但是墨滴的形成方式是藉由缩小墨水喷出的电脑雕刻机区域来形成。而喷出区域的缩小，是藉由施加电压到喷出区内一个或多个压电板来控制的。由于微压电打印头技术是利用晶体加压时放电的特性，在常温状态下稳定的将墨水喷出。它有着对墨滴控制能力强的特点，容易实现1440dpi 的高精度打印质量，且微压电喷墨时无需加热，喷绘机墨水就不会因受热而发生化学变化，故大大降低了对墨水的要求。 4.1.2 喷绘机原理框图 原理框图如下： 三相交流电源 可熔断熔断器 松下驱动器 PCI 运动控制卡 伺服 电机 PC 总线 编 码 器 工作台生产机械 反馈信号
4.1.3 喷绘机原理单元介绍 （1）熔断器 熔断器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过流保护是应用最普遍的保护器件之一。 熔断器是一种过电流保护电器。熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外加填料等组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，起到保护的作用。 （2）运动控制卡 运动控制卡是一种上位控制单元，可以控制伺服电机，是基于PC总线，利用高性能微处理器（如DSP ）及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进/伺服电机运动控制卡包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、D/A输出等功能，它可以发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电机的位置，它的脉冲输出模式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式。脉冲计数可用于编码器的位置反馈，提供机器准确的位置，纠正传动过程中产生的误差。数字输入/输出点可用于语限位、原点开关等。产品广泛应用于工业自动化控制领域中需要精确定位、定长的位置控制系统和基于PC的NC控制系统。具体就是将实现运动控制的底层软件和硬件集成在一起，使其具有伺服电机控制所需的各种速度、位置控制功能。这些功能能通过计算机方便地调用。 运动控制卡不仅要发送脉冲给电机驱动器，同时接受伺服电机编码器反馈的脉冲数，还接受光栅尺反馈信号，进而控制伺服电机的转速。伺服驱动器既要与运动控制卡有数据线连接，其本身还要连接插座电源。 如果你的运动控制卡时比较好的卡，伺服刷新率可以达到要求，可以把编码器反馈直接接到运动控制卡，形成一个整体的闭环。若对对精度有很高的要求可以用双闭环，运动控制卡就是根据要求x-y平台运行的位置，控制电机运动到准确的位置。
伺服系统的特点、分类及发展方向
伺服系统的特点、分类及发展方向 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的响应要快，一方面要求过渡过程时间短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒；另一方面，为满足超调要求，要求过渡过程的前沿陡，即上升率要大。 2、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。
电液伺服控制系统的设计
。 电液伺服控制系统的设计与仿真 引言 电液伺服系统具有响应速度快、输出功率大、控制精确性高等突出优点，因而在航空航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到广泛应用。随着电液伺服阀的诞生，使液压伺服技术进入了电液伺服时代，其应用领域也得到广泛的扩展。随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高，传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。因此，利用AMESim、Matlab／Simulink等仿真软件对电液伺服控制系统进行动态仿真，对于改进系统的设计以及提高液压系统的可靠性都具有重要意义。 1 液压系统动态特性研究概述 随着液压技术的不断发展与进步和应用领域与范围的不断扩大，系统柔性化与各种性能要求更高，采用传统的以完成执行机构预定动作循环和限于系统静态性能的系统设计远远不能满足要求。因此，现代液压系统设计研究人员对系统动态特性进行研究，了解和掌握液压系统动态工作特性与参数变化，以提高系统的响应特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。 液压系统动态特性简述 … 液压系统动态特性是其在失去原来平衡状态到达新的平衡状态过程中所表现出来的特性，原因主要是由传动与控制系统的过程变化以及外界干扰引起的。在此过程中，系统各参变量随时间变化性能的好坏，决定系统动态特性的优劣。系统动态特性主要表现为稳定性（系统中压力瞬间峰值与波动情况）以及过渡过程品质（执行、控制机构的响应品质和响应速度）问题。 液压系统动态特性的研究方法主要有传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等。数字仿真法是利用计算机技术研究液压系统动态特性的一种方法。先是建立液压系统动态过程的数字模型——状态方程，然后在计算机上求出系统中主要变量在动态过程的时域解。该方法适用于线性与非线性系统，可以模拟出输入函数作用下系统各参变量的变化情况，从而获得对系统动态过程直接、全面的了解，使研究人员在设计阶段就可预测液压系统动态性能，以便及时对设计结果进行验证与改进，保证系统的工作性能和可靠性，具有精确、适应性强、周期短以及费用低等优点。 仿真环境简介 基于Matlab平台的Simulink是动态系统仿真领域中著名的仿真集成环境，它在众多领域得到广泛应用。Simulink借助Matlab的计算功能，可方便地建立各种模型、改变仿真参数，有效解决了仿真技术中的问题。Simulink提供了交互的仿真环境，既可通过下拉菜单进行仿真，也可通过命令进行仿真。虽然Simulink提供了丰富的模块库，但是在Matlab／Simulink下对液压系统进行建模及仿真需要做很多简化工作，而模型的简化使得仿真结果往往出现一定的误差。AMESim (Advanced Modeling Environment for Simulation of Engineering Systems)是法国IMAGINE公司开发的一套高级仿真软件。它是一个图形化的开发环境，用于工程系统的建模、仿真和动态性能分析。AMESim的特点是面向工程应用从而使其成为
伺服电机的发展历史
伺服电机的发展历史 自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会交流伺服电机上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理
器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为摪胧只瘮或抟旌鲜綌、撊只瘮的永磁交流伺服系统。 到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。 日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动
器，其中D系列适用于数控机床（最高转速为1000r/min，力矩为0.25～2.8N.m），R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D 系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩波动由24%降低到7%，并提高了可靠性。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配
机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。 以生产机床数控装置而著名的日本法那克（Fanuc）公司，在20世纪80年代中期也推出了S系列（13个规格）和L 系列（5个规格）的永磁交流伺服电动机。L系列有较小 的转动惯量和机械时间常数，适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。 日本其他厂商，例如：三菱电动机（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、
伺服系统的发展
伺服系统的发展 伺服系统在机电设备中具有重要的地位，下面简单谈谈其发展历程： （1 ）直流伺服系统 伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程。电气伺服系统根据所 驱动的电机类型分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统。50 年代，无刷电机和直流电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。70年代则是直流伺服电机的应用最为广泛的时代。 （2）交流伺服系统 从70 年代后期到80 年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高，交流伺服技术—交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。 交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要有两大类:永磁同步（SM 型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM 型）电动机交流伺服系统。
其中，永磁同步电动机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良 的低速性能，并可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。并且随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，目前已成为交流伺服系统的主流。感应式异步电动机交流伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固，制造容易，价格低廉，因而具有很好的发展前景，代表了将来伺服技术的方向。但由于该系统采用矢量变换控制，相对永磁同步电动机伺服系统来说控制比较复杂，而且电机低速运行时还存在着效率低，发热严重等有待克服的技术问题，目前并未得到普遍应用。 系统的执行元件一般为普通三相鼠笼型异步电动机，功率变换器件通常采用智能功率模块IPM 。为进一步提高系统的动态和静态性能，可采用位置和速度闭环控制。三相交流电流的跟随控制能有效地提高逆变器的电流响应速度，并且能限制暂态电流，从而有利于IPM 的安全工作。速度环和位置环可使用单片机控制，以使控制策略获得更高的控制性能。电流调节器若为比例形式，三个 交流电流环都用足够大的比例调节器进 行控制，其比例系数应该在保证系统不产生振荡的前提下尽量选大些，使被控异步电动机三相交流电流的幅值、相位和频率紧随给定值快速变 化，从而实现电压型逆变器的快速电流控制。电流用比例调节，具有结构简单、电流跟随性能好以及限制电动机起制动电流快速可靠等诸多优点。