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伺服电机知识培训
伺服系统控制器的实现方式在数字控制中也在由硬件方式向着软件方式发展；在软件 方式中也是从伺服系统的外环向内环、进而向接近电动机环路的更深层发展。
第七页，共十六页。
目前，伺服系统的数字控制大都是采用硬件与软件相结合的控制方式，其中软件控制 方式一般是利用微机实现的。这是因为基于微机实现的数字伺服控制器与模拟伺服控制 器相比，具有下列优点： （1） 能明显地降低控制器硬件成本。速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现， 硬件费用会变得很便宜。体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。 （2） 可显著改善控制的可靠性。集成电路和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF） 大大长于分立元件电子电路。 （3） 数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。 （4） 硬件电路易标准化。在电路集成过程中采用了一些屏蔽措施，可以避免电力电子电 路中过大的瞬态电流、电压引起的电磁干扰问题，因此可靠性比较高。 （5） 采用微处理机的数字控制，使信息的双向传递能力大大增强，容易和上位系统机联 运，可随时改变控制参数。 （6） 可以设计适合于众多电力电子系统的统一硬件电路，其中软件可以模块化设计，拼 装构成适用于各种应用对象的控制算法；以满足不同的用途。软件模块可以方便地增加、 更改、删减，或者当实际系统变化时彻底更新。 （7） 提高(tí gāo)了信息存贮、监控、诊断以及分级控制的能力,使伺服系统更趋于智能化。 （8） 随着微机芯片运算速度和存贮器容量的不断提高(tí gāo)，性能优异但算法复杂的控 制策略有了实现的基础。
国内交流伺服的市场规模2006年估计在20亿人民币左右，市场规模近3年一直 保持了大于25％的年复合增长率，在所有自动化产品中当属发展最快之列。而且 随着世界制造业加速向中国转移，国产(guóchǎn)数控装备在国家政策的扶持下快 速向高性能、高附加值发展，国产(guóchǎn)交流伺服系统的性价比快速提高，交 流伺服系统的市场会继续保持快速增长的势头，预计从2007到2010年复合增长 率在20％以上。但是平均单价也将随着竞争加剧不断下降，每年大约下降10％。
第七页，共十六页。
目前，伺服系统的数字控制大都是采用硬件与软件相结合的控制方式，其中软件控制 方式一般是利用微机实现的。这是因为基于微机实现的数字伺服控制器与模拟伺服控制 器相比，具有下列优点： （1） 能明显地降低控制器硬件成本。速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现， 硬件费用会变得很便宜。体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。 （2） 可显著改善控制的可靠性。集成电路和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF） 大大长于分立元件电子电路。 （3） 数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。 （4） 硬件电路易标准化。在电路集成过程中采用了一些屏蔽措施，可以避免电力电子电 路中过大的瞬态电流、电压引起的电磁干扰问题，因此可靠性比较高。 （5） 采用微处理机的数字控制，使信息的双向传递能力大大增强，容易和上位系统机联 运，可随时改变控制参数。 （6） 可以设计适合于众多电力电子系统的统一硬件电路，其中软件可以模块化设计，拼 装构成适用于各种应用对象的控制算法；以满足不同的用途。软件模块可以方便地增加、 更改、删减，或者当实际系统变化时彻底更新。 （7） 提高(tí gāo)了信息存贮、监控、诊断以及分级控制的能力,使伺服系统更趋于智能化。 （8） 随着微机芯片运算速度和存贮器容量的不断提高(tí gāo)，性能优异但算法复杂的控 制策略有了实现的基础。
国内交流伺服的市场规模2006年估计在20亿人民币左右，市场规模近3年一直 保持了大于25％的年复合增长率，在所有自动化产品中当属发展最快之列。而且 随着世界制造业加速向中国转移，国产(guóchǎn)数控装备在国家政策的扶持下快 速向高性能、高附加值发展，国产(guóchǎn)交流伺服系统的性价比快速提高，交 流伺服系统的市场会继续保持快速增长的势头，预计从2007到2010年复合增长 率在20％以上。但是平均单价也将随着竞争加剧不断下降，每年大约下降10％。
伺服控制系统知识培训(高端培训)
来的直流电压
U△- 三角波
U△
R1
U Sr
R1
+ +12V
USC
R2
-
R3
USC- 脉宽调制器的输出（US r+U△）
调制波形图
U S r +U △
-12V
U S r +U △
+U S r
t
o
o
t
-U S r
t
USr为0时
t
US r为正时
t
USr为负时
t
调制出正负脉宽一样 调制出脉宽较宽的 调制出脉宽较窄的 方波平均电压为0 波形平均电压为正 波形平均电压为负
7.3 直流伺服电机及其速度控制
只要改变可控 u
α
硅触发角（即改变 a) c 1 a
3b
5c
a
导通角），就能改
b
2c
4a
6b
变可控硅的整流输
①②③④⑤⑥
u
出电压，从而改变 b) 1
3
5
1
直流伺服电机的转
120°
速。
2
4
6
2
触发脉冲提前， c)
60° 120°
增大整流输出电压；
180°
触发脉冲延后，减 d) 5 1 1 3 3 5 5 1 1
主要内容
n
ΔnN
nN
U aN
n1
U a1
n2
U a2
n02
Φ2
n01
Φ1
n0N
ΦN
U aN>U a1 > U a2
TN
T
O
n2 n1
nN
ΦN>Φ1>Φ2
U△- 三角波
U△
R1
U Sr
R1
+ +12V
USC
R2
-
R3
USC- 脉宽调制器的输出（US r+U△）
调制波形图
U S r +U △
-12V
U S r +U △
+U S r
t
o
o
t
-U S r
t
USr为0时
t
US r为正时
t
USr为负时
t
调制出正负脉宽一样 调制出脉宽较宽的 调制出脉宽较窄的 方波平均电压为0 波形平均电压为正 波形平均电压为负
7.3 直流伺服电机及其速度控制
只要改变可控 u
α
硅触发角（即改变 a) c 1 a
3b
5c
a
导通角），就能改
b
2c
4a
6b
变可控硅的整流输
①②③④⑤⑥
u
出电压，从而改变 b) 1
3
5
1
直流伺服电机的转
120°
速。
2
4
6
2
触发脉冲提前， c)
60° 120°
增大整流输出电压；
180°
触发脉冲延后，减 d) 5 1 1 3 3 5 5 1 1
主要内容
n
ΔnN
nN
U aN
n1
U a1
n2
U a2
n02
Φ2
n01
Φ1
n0N
ΦN
U aN>U a1 > U a2
TN
T
O
n2 n1
nN
ΦN>Φ1>Φ2
伺服系统培训资料
伺服系统的控制模式
伺服的三种控制方式：
1，位置控制：脉冲控制方式，与步进系统类似。 2，速度控制：模拟电压指令，速度与电压值成正比。
3，扭矩控制；模拟电压指令，扭矩与电压值成正比。
伺服系统的控制模式
伺服系统位置环的构成方式
1、在伺服驱动器构成位置闭环
步进方式——“脉冲/方向”信号。
2、在上位控制系统构成位置闭环
伺服系统在使用中的注意事项
2，伺服系统的注意事项
①，电机与驱动器之间的连线U、V、W必须一一对应。 ②，与电机同轴的光电编码器属易碎光学器件，因此切记不能敲击，不 能承受过大的轴向力。 ③，由于伺服系统是恒扭矩驱动单元，因此工作要求电机工作转速较低 时最好加减速器。 ④，伺服电机配线时，动力线缆选择屏蔽线；控制线缆选择双绞屏蔽线 缆，提高抗干扰性能进系统的性能比较
3. 速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速（300-400RPM）一般 需200-300毫秒。（空载） 交流伺服系统的加/减速性能较好。 以Panasonic MSMA 400W 为例，从静止加速到额定转 速3000RPM，仅需几毫秒。（空载） 因此，交流伺服系统适合于要求快速启停或频繁正反 转的应用场合。
伺服系统增益调整的方法和意义
2、伺服增益调整
意义：伺服系统更快、更准确地跟随指令，使整体性能最优化。
方法：手动调整、自动调整
七、伺服驱动器电子齿轮的使用方法
伺服驱动器电子齿轮的使用方法
作用：
1，每单位指令脉冲所对应的电机移动量可随意设置。比如让电机 每3000个脉冲电机转2圈。 2，当控制器的最高输出脉冲频率不高时，可设置较小的倍频数， 以达到所需的电机转速。
六、伺服系统增益调整的方法和意义
最全面的三菱伺服试培训教材
三菱伺服培训教材第一章概要1.1运动控制器的特点1.2.1实模式概略1.2.2实模式框图1.3.1虚模式概略1.3.2虚模式框图1.4系统建立步骤1.5小结1.1运动控制器的特点1、QPLC CPU和多CPU系统复杂的伺服控制由Q MOTION CPU模块进行处理，其他的机械控制，过程控制由QPLC CPU负责2、符合多用途的产品Q172CPU1~8轴的多轴定位功能Q173CPU1~32轴的多轴定位功能3、可与伺服放大器进行高速的串行通讯通过SSCNET网络进行高速通讯，可进行伺服数据收集、参数变更、伺服测试、伺服监控、机械言程序监控。
4、可实现绝对位置系统通过带有绝对位置编码器的伺服马达可以实现绝对位置定位。
5、操作系统（OS）可变更根据不同的工艺控制要求，可以选择对应适用的OS版本•SV13用于搬运及组装。
如搬运机、注塑机、涂装机等•SV22用于自动机。
如同步控制，食品、包装等•SV43用于机床行业•SV51用于机械手6、凸轮软件（仅用于SV22）将机械机构中常用的凸轮机构以伺服马达控制，变换为虚拟模式的凸轮输出。
7、机械支持语言（仅用于SV22）将运动从原来的机械性的整合解放出来，通过软件对机械机构的运动控制器进行处理，从而执行伺服马达的控制，可以提高定位控制的功能和性能，通过电气化的方式减少机械结构上的制约，达到更合理的设计效果。
减少系统成本。
1.5小结第二章功能说明2.1运动控制器规格2.2运动控制器的系统配置2.2.1Q173CPU2.2.2Q172CPU2.2.3Q172LX/EX2.2.4Q173PX2.3小结2.3小结本章主要说明的Q运动控制器系统的硬件组成、Q172/Q173CPU之间的功能比较以及运动控制器专用模块的功能说明第三章多CPU系统3.1多CPU系统概述3.2多CPU的安装位置3.2.1多CPU输入输出编号3.3共享存储器的自动刷新3.4多CPU运动控制器专用指令3.4.1SFC程序启动命令SFCS3.4.2SFC程序启动命令SVST3.4.3值变更命令CHGA/CHGV/CHGT3.4.4软元件读取/写入DDWR/DDRD3.5小结3.1多CPU系统概述多CPU系统将多台（最多4台）QPLC CPU/Q Motion CPU安装在基板上，由各QPLC CPU/Q Motion CPU对输入输出模块，智能模块进行控制的系统。
最完整的伺服培训教程
组成。通过控制电机的电枢电流或励磁电流，实现对电机转速和位置的
高精度控制。
02
优点
直流伺服系统具有调速范围宽、低速性能好、控制精度高等优点。同时
，直流电机具有良好的启动、制动和调速性能，适用于对动态响应要求
高的场合。
03
缺点
直流伺服系统需要使用电刷和换向器，维护较为麻烦，且容易产生火花
干扰。此外，直流电机的体积和重量相对较大，限制了其在某些场合的
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22
安装注意事项和步骤说明
A
环境要求
确保安装环境干燥、通风且温度适宜，避免潮 湿、高温和腐蚀性气体对伺服系统的影响。
安装准备
检查伺服电机、驱动器和编码器等部件是 否完好无损，准备好安装所需的工具和材 料。
B
C
安装步骤
按照厂家提供的安装手册，逐步完成伺服电 机与机械设备的连接、驱动器和编码器的接 线以及控制系统的配置等工作。
熟悉伺服驱动器的功能、参数设 置及调试方法。
伺服系统控制策略
学习伺服系统的控制策略，如位 置控制、速度控制、力矩控制等 。
伺服系统基本原理
伺服系统优化与调试
掌握伺服系统的组成、工作原理 及性能指标等基础知识。
掌握伺服系统性能优化、故障排 查及日常维护等技能。
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31
行业应用前景展望
01
替换法
在怀疑某个部件出现故障时，用正常 的部件进行替换，观察故障是否消除 ，以确定故障点。
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仪器检测法
使用专业的检测仪器对伺服系统的各 个部分进行检测，如电压、电流、转 速等参数，以精确定位故障。
逐步排查法
按照伺服系统的组成部分，从电源、 驱动器、电机、传感器等逐一排查， 逐步缩小故障范围。
《伺服系统入门资料》课件
市场发展前景
随着技术不断进步，各行各业对伺服系统的需求不断增长，市场发展前景仍然广阔。
总结
• 伺服系统是一种由伺服放大器、电机、编码器、反馈控制器和其他元 器件组成的自动化控制系统。
• 伺服系统具有高效精确的特点，广泛应用于工业自动化、医疗、半导 体电子、航空模型等领域。
• 伺服系统的结构不同、应用不同，具有很多种分类，但其基本原理和 工作模式相同。
伺服系统入门资料
本课件对伺服系统进行概述，针对伺服系统的定义、组成、应用领域、工作 原理、分类和市场情况等方面进行详细介绍。
伺服系统的定义与组成
定义
伺服系统是一种由伺服放大器、电机、编码器、 反馈控制器和其他元器件组成的自动化控制系统。
组成
伺服系统主要由伺服电机、传感器、控制器和驱 动器等组成。
伺服系统的工作原理
伺服系统的分类和特点
分类
• 根据控制方式的不同，分为开环伺服和闭环 伺服。
• 根据结构的不同，分为直线伺服和旋转伺服。 • 根据应用的不同，分为位置伺服、速度伺服
和扭矩伺服等。
特点
• 稳定性好 • 响应速度快 • 适应范围广 • 易于控制
伺服系统的选型和安装
选型 安装
根据应用场景选择合适的伺服系统规格、型号和 品牌。
伺服系统的优点和缺点
优点
• 高精度 • 高速度 • 高刚性 • 广泛应用领域
缺点
• 成本相对较高 • 需要专业技能和经验 • 易出现过调和不足调问题
伺服系统的发展历程
发展历程
伺服系统最初采用模拟回路控制电机，后来发展到 数字回路，现在越来越多地采用数字信号处理技术 来控制。
未来趋势
随着数字化技术、智能化技术和控制算法的不断发 展，伺服系统将更加高效稳定，向"轻量化、高效率" 的方向发展。
随着技术不断进步，各行各业对伺服系统的需求不断增长，市场发展前景仍然广阔。
总结
• 伺服系统是一种由伺服放大器、电机、编码器、反馈控制器和其他元 器件组成的自动化控制系统。
• 伺服系统具有高效精确的特点，广泛应用于工业自动化、医疗、半导 体电子、航空模型等领域。
• 伺服系统的结构不同、应用不同，具有很多种分类，但其基本原理和 工作模式相同。
伺服系统入门资料
本课件对伺服系统进行概述，针对伺服系统的定义、组成、应用领域、工作 原理、分类和市场情况等方面进行详细介绍。
伺服系统的定义与组成
定义
伺服系统是一种由伺服放大器、电机、编码器、 反馈控制器和其他元器件组成的自动化控制系统。
组成
伺服系统主要由伺服电机、传感器、控制器和驱 动器等组成。
伺服系统的工作原理
伺服系统的分类和特点
分类
• 根据控制方式的不同，分为开环伺服和闭环 伺服。
• 根据结构的不同，分为直线伺服和旋转伺服。 • 根据应用的不同，分为位置伺服、速度伺服
和扭矩伺服等。
特点
• 稳定性好 • 响应速度快 • 适应范围广 • 易于控制
伺服系统的选型和安装
选型 安装
根据应用场景选择合适的伺服系统规格、型号和 品牌。
伺服系统的优点和缺点
优点
• 高精度 • 高速度 • 高刚性 • 广泛应用领域
缺点
• 成本相对较高 • 需要专业技能和经验 • 易出现过调和不足调问题
伺服系统的发展历程
发展历程
伺服系统最初采用模拟回路控制电机，后来发展到 数字回路，现在越来越多地采用数字信号处理技术 来控制。
未来趋势
随着数字化技术、智能化技术和控制算法的不断发 展，伺服系统将更加高效稳定，向"轻量化、高效率" 的方向发展。
伺服系统培训课件
常见故障： 伺服电动机不转—数控系统速度信号与否输
出；使能信号与否接通；冷却润滑条件与 否满足；电磁制动与否释放；驱动单元故 障；伺服电动机故障 位置误差—系统设置旳允差过小；伺服增益 设置不妥；位置检测装置有污染；进给传 动链累积误差过大；主轴箱垂直运动时平 衡装置不稳
第二节 进给伺服系统
• 漂移—当指令值为零时，坐标轴仍移动从 而导致位置误差。通过漂移赔偿和驱动单 元上旳零速调整来消除
第二节 进给伺服系统
一、常见进给驱动系统 1.直流进给驱动系统 FANUC企业直流进给驱动系统
小惯量L、中惯量M系列直流伺服电动机 采用PWM速度控制单元 大惯量H系列直流伺服电动机，采用晶闸 管速度控制单元 均有过速、过流、过载等多种保护功能
第二节 进给伺服系统
一、常见进给驱动系统 1.直流进给驱动系统 SIEMENS企业直流进给驱动系统
• 回参照点故障—有找不到和找不准参照点 两种故障，前者重要是回参照点减速开关 产生旳信号或零标志脉冲信号失效所致， 可用示波器检测信号；后者是参照点开关 挡快位置设置不妥引起，只要重新调整即 可
第三节 位置检测装置
• 位置环是外环，其指令脉冲来自NC经插补 运算（包括对伺服系统位置和速度旳规定）
一、位置检测装置旳维护 4.旋转变压器 输出电压与转子旳角位移有固定旳函数关
• 位置环是伺服系统中重要旳一环，检测元 件旳精度直接影响机床旳位置精度（闭环 常用光栅，半闭环常用编码器）
• 故障形式是在CRT上显示报警号和信息 • 轮廓误差、静态误差监视报警和测量装
置监控报警
第三节 位置检测装置
第三节 位置检测装置
一、位置检测装置旳维护 1.光栅 透射光栅与反射光栅 光栅输出信号：二个相位和一种零标志 维护注意点
出；使能信号与否接通；冷却润滑条件与 否满足；电磁制动与否释放；驱动单元故 障；伺服电动机故障 位置误差—系统设置旳允差过小；伺服增益 设置不妥；位置检测装置有污染；进给传 动链累积误差过大；主轴箱垂直运动时平 衡装置不稳
第二节 进给伺服系统
• 漂移—当指令值为零时，坐标轴仍移动从 而导致位置误差。通过漂移赔偿和驱动单 元上旳零速调整来消除
第二节 进给伺服系统
一、常见进给驱动系统 1.直流进给驱动系统 FANUC企业直流进给驱动系统
小惯量L、中惯量M系列直流伺服电动机 采用PWM速度控制单元 大惯量H系列直流伺服电动机，采用晶闸 管速度控制单元 均有过速、过流、过载等多种保护功能
第二节 进给伺服系统
一、常见进给驱动系统 1.直流进给驱动系统 SIEMENS企业直流进给驱动系统
• 回参照点故障—有找不到和找不准参照点 两种故障，前者重要是回参照点减速开关 产生旳信号或零标志脉冲信号失效所致， 可用示波器检测信号；后者是参照点开关 挡快位置设置不妥引起，只要重新调整即 可
第三节 位置检测装置
• 位置环是外环，其指令脉冲来自NC经插补 运算（包括对伺服系统位置和速度旳规定）
一、位置检测装置旳维护 4.旋转变压器 输出电压与转子旳角位移有固定旳函数关
• 位置环是伺服系统中重要旳一环，检测元 件旳精度直接影响机床旳位置精度（闭环 常用光栅，半闭环常用编码器）
• 故障形式是在CRT上显示报警号和信息 • 轮廓误差、静态误差监视报警和测量装
置监控报警
第三节 位置检测装置
第三节 位置检测装置
一、位置检测装置旳维护 1.光栅 透射光栅与反射光栅 光栅输出信号：二个相位和一种零标志 维护注意点
伺服电机及其控制原理
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.
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
半闭环伺服系统简图
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.
编码器
Panasonic伺 服马达
位置、速度反馈
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
24
皮带位置光栅
24
2.1 伺服电机概述
定义
伺服电动机又叫执行电动机,或叫控制电动 机. 在自动控制系统中,伺服电动机是一个执 行元件,它的作用是把信号控制电压或相 位变换成机械位移,也就是把接收到的电 信号变为电机的一定转速或角位移.
步进 驱动器
步进马达
方向指令
没有反馈、只能进行一个方向的控制. 使用步进马达.
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
16
开环伺服控制回路
位置控制 控制器 （ＮＣ装置）
步进 驱动器
步进马达
指令脉冲
脉冲马达
１脉冲 ＝ １步进角
例 步进角 ０.３６°的情况 １脉冲 → ０.３６°的动作
伺服电机及其控制原理
——TPM基础知识的培训素材
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
1
目录
§1 伺服系统 1.1 伺服概述 1.2 伺服系统组成 1.3 伺服系统分类
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
半闭环伺服系统简图
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.
编码器
Panasonic伺 服马达
位置、速度反馈
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
24
皮带位置光栅
24
2.1 伺服电机概述
定义
伺服电动机又叫执行电动机,或叫控制电动 机. 在自动控制系统中,伺服电动机是一个执 行元件,它的作用是把信号控制电压或相 位变换成机械位移,也就是把接收到的电 信号变为电机的一定转速或角位移.
步进 驱动器
步进马达
方向指令
没有反馈、只能进行一个方向的控制. 使用步进马达.
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
16
开环伺服控制回路
位置控制 控制器 （ＮＣ装置）
步进 驱动器
步进马达
指令脉冲
脉冲马达
１脉冲 ＝ １步进角
例 步进角 ０.３６°的情况 １脉冲 → ０.３６°的动作
伺服电机及其控制原理
——TPM基础知识的培训素材
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
1
目录
§1 伺服系统 1.1 伺服概述 1.2 伺服系统组成 1.3 伺服系统分类
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当光电编码器的轴转动时A、B两根线都产生脉冲 输出,A、B两相脉冲相差90度相位角，由此可测 出光电编码器转动方向与电机转速。如果A相脉 冲比B相脉冲超前则光电编码器为正转,否则为反 转.Z线为零脉冲线 。
4
1.3 什么叫伺服系统？
生活中自动控制的例子
人根据杯子的水量、无意识地思考需要时间。
水量（少、一半、7成程度、 全满）
开关的关闭
需要时间（需要点時間；快点；慢慢地）
这个时候的人行动 扭开关 监视水龙头的水流 调节开关的大小 监视杯子里的水流 当目标水量接近时 关闭开关
水 道
目標水量
指示：手（肌肉）指挥
显改善）
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）
高速时，力矩下降快
力矩特性好，特性较硬
过载时会失步
可3~10倍过载（短时）
大多数为开环控制，也可接编码器，防止 闭环方式，编码器反馈
失步
光电型旋转编码器（增量型/绝对值型） 光电型旋转编码器,旋转变压器型
一般 好
快
一般（旋转变压器型可耐振动）
3
1.2 什么叫自动控制？
自动控制的三种举例:
处理控制
处理连续变化的对象，如温度、圧力、流量。 如将维持水位等数值作为控制对象。
自动调整
通过电压和频率控制电线、纸和软片的张力、 以及将水车和涡轮机的转速等保持到一定值作 为控制对象。
伺服系统
工作母机的刀台送行和机器人的运作、以及其 他很多行业那样将机械的控制、物体的机械式 的位置作为控制对象。
速度 感应器
位置 感应器
10
• 主回路部分
o 整流单元（四相限电源） o 逆变单元 o 电流传感器
伺服主回路和变频器的 最大区别是：
1、过载倍数
2、电流采样精度
功率单元IPM和PIM之分，有集成模块和分离IGBT 结构
11
特性 力矩范围 速度范围
控制方式
平滑性
精度 矩频特性 过载特性 反馈方式
编码器类型 响应速度 耐振动
1
AC 伺服机制系统
课 程 大 纲
伺服的概述 伺服系统的分类 伺服系统的基本构成 伺服的工作原理 伺服的控制方式
伺服的应用
2
1.1 伺服的概述
来源于动词『Ｓｅｒｖｅ』；服从、服务。 根据目标值的指令,迅速地自动作出动作反映的电机。 伺服系统也可以称谓是伺服机构。 省略“机构”和“机械装置”来看，伺服系统是有目的自行控制。 所谓控制，是指按照目的运行。也就是不由人手带动某些装置，而是 自己按照设定目的来控制对象。
14
1.15 速度控制
放大器 力矩指令 电流环
产生力矩
+
速度指令
+
（模拟量）
－
－
速度环
速度感应
速度控制 ⇒ 通过对转速控制而达到任意目标转速。 ＊在速度控制时，就算马达有负载，指令速度与实际速度差（稳定速度 偏差）为「０」。
马达转速(min-1)
1000 0
2Ｖ
速度指令 Vcmd
15
1.14 力矩控制
机械执行部件
电机
B、闭环--误差控制随动随动系统
数控机床进给系统的误差，是CNC输出的位置指令和机床工作台实际位置的差 值。 主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成。
7
半闭环伺服系统 半闭环伺服系统的位置采样点如 图所示，是从驱动装置(常用伺 服电机)或丝杠引出，采样旋转 角度进行检测，不是直接检测运 动部件的实际位置。
感应器数据 (位置,状態）
負荷 （球等）
9
把供给为了以如指示的旋转角和转速让伺服机制马达 旋转的电力 （电压、电流）的装置称为伺服系统增幅 容器或伺服系统放大器（Amplifier ），简称为「伺服 系统放大器」
伺服放大器的构成伺服放大器的构成
位置
速度
電流
电流 変換
伺服电机
位置环
電流环 速度环
伺服系统放大器基本构成图
12
13
上位机
脉冲列
1.16 位置控制
アンプ
速度指令
偏差 计数器
+
－
速度环
力矩指令 电流环 +
－
位置感应
位置环
位置控制 ⇒ 通过对移动量（马达旋转数）的控制而达到任意目 标的位置。
＊位置控制通常有以下两种情况： ①控制只限于最终的位置的情况。（ＰＴＰ） ②控制移动中途的路线的情况。（轨迹控制、ＣＰ）
脑： 提出要 求、指示
判断・指示
水流
信息 眼
水量
5
从系统组成元件的性质来看: 有电气伺服系统、液压伺服系统和电气-液压伺服系统及电气-电气伺服系统等
从系统输出量的物理性质来看: 有速度或加速度伺服系统和位置伺服系统等
从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来看: 有模拟式伺服系统和数字式伺服系统
从系统的结构特点来看: 有单回伺服系统、多回伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。
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6
A、开环--即无位置反馈的系统
其驱动元件主要是功率步进电机或液压脉冲马达。 它的结构简单、易于控制，但缺点是精度差，低速不平稳，扭矩小。 一般用于轻载负载变化不大或经济型数控机床上。
CNC 插补指令
脉冲频率f 脉冲个数n 换算
f、n
脉冲环 形分配 变换
A相、B相 功率 放大
C相、…
定子（线圈）
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• （3）检测装置 o 数字传感器 • 增量型和绝对型 o 码盘刻线的差别 o 绝对式编码器2的n次方道刻线，不受不受停电、干扰、 速度、电气响应的影响的,尤其是高精度又要高速的情况 下，增量细分是无法满足要求的。
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增量方式
ＡＡｃｈｃｈ Aｃｈ
旋转盘构造
Ｎｃｈ Bｃｈ
绝对方式
Ｂｃ ｈ
输入： 使之产生力矩的指令值
放大器 力矩指令 +
（不可控制转速）
－
・负载扭矩＞产生扭矩・・马达被动停止 ・负载扭矩＝产生扭矩・・・・停止
Tl
+T Tps
－
0
・负载扭矩＜产生扭矩・・・・马达自行控制停止
产生力矩
负载力矩
Tcmd
+ Vα
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转子 轴承
定子
刹车
感应器
马达轴
刹车（可选）
转子（永久磁石） 感应器
步进电机系统
伺服电机系统
中小力矩（一般在20Nm以下）
小、中、大，全范围
低（一般在2000RPM以下，大力矩电机 高（可达6000RPM）,直流伺服电机更
小于1000RPM）
可达1~2万转/分
主要是位置控制 多样化智能化的控制方 位置/转速/转矩方式
式
低速时有振动（但用细分型驱动器则可明 好，运行平滑
CNC 插补 指令
位置控制单元
+ -
位置控制调 节器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
机械执行部件
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈单 元
电机
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指令信号 （位置、速度、力矩）
伺服马达
反馈器（感应器）
控制器
指令
控制 （伺服放大器）
ＰＬＣ等
反馈信号 （位置、完成信号、
状態信号）
駆動 （伺服马达）
4
1.3 什么叫伺服系统？
生活中自动控制的例子
人根据杯子的水量、无意识地思考需要时间。
水量（少、一半、7成程度、 全满）
开关的关闭
需要时间（需要点時間；快点；慢慢地）
这个时候的人行动 扭开关 监视水龙头的水流 调节开关的大小 监视杯子里的水流 当目标水量接近时 关闭开关
水 道
目標水量
指示：手（肌肉）指挥
显改善）
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）
高速时，力矩下降快
力矩特性好，特性较硬
过载时会失步
可3~10倍过载（短时）
大多数为开环控制，也可接编码器，防止 闭环方式，编码器反馈
失步
光电型旋转编码器（增量型/绝对值型） 光电型旋转编码器,旋转变压器型
一般 好
快
一般（旋转变压器型可耐振动）
3
1.2 什么叫自动控制？
自动控制的三种举例:
处理控制
处理连续变化的对象，如温度、圧力、流量。 如将维持水位等数值作为控制对象。
自动调整
通过电压和频率控制电线、纸和软片的张力、 以及将水车和涡轮机的转速等保持到一定值作 为控制对象。
伺服系统
工作母机的刀台送行和机器人的运作、以及其 他很多行业那样将机械的控制、物体的机械式 的位置作为控制对象。
速度 感应器
位置 感应器
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• 主回路部分
o 整流单元（四相限电源） o 逆变单元 o 电流传感器
伺服主回路和变频器的 最大区别是：
1、过载倍数
2、电流采样精度
功率单元IPM和PIM之分，有集成模块和分离IGBT 结构
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特性 力矩范围 速度范围
控制方式
平滑性
精度 矩频特性 过载特性 反馈方式
编码器类型 响应速度 耐振动
1
AC 伺服机制系统
课 程 大 纲
伺服的概述 伺服系统的分类 伺服系统的基本构成 伺服的工作原理 伺服的控制方式
伺服的应用
2
1.1 伺服的概述
来源于动词『Ｓｅｒｖｅ』；服从、服务。 根据目标值的指令,迅速地自动作出动作反映的电机。 伺服系统也可以称谓是伺服机构。 省略“机构”和“机械装置”来看，伺服系统是有目的自行控制。 所谓控制，是指按照目的运行。也就是不由人手带动某些装置，而是 自己按照设定目的来控制对象。
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1.15 速度控制
放大器 力矩指令 电流环
产生力矩
+
速度指令
+
（模拟量）
－
－
速度环
速度感应
速度控制 ⇒ 通过对转速控制而达到任意目标转速。 ＊在速度控制时，就算马达有负载，指令速度与实际速度差（稳定速度 偏差）为「０」。
马达转速(min-1)
1000 0
2Ｖ
速度指令 Vcmd
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1.14 力矩控制
机械执行部件
电机
B、闭环--误差控制随动随动系统
数控机床进给系统的误差，是CNC输出的位置指令和机床工作台实际位置的差 值。 主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成。
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半闭环伺服系统 半闭环伺服系统的位置采样点如 图所示，是从驱动装置(常用伺 服电机)或丝杠引出，采样旋转 角度进行检测，不是直接检测运 动部件的实际位置。
感应器数据 (位置,状態）
負荷 （球等）
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把供给为了以如指示的旋转角和转速让伺服机制马达 旋转的电力 （电压、电流）的装置称为伺服系统增幅 容器或伺服系统放大器（Amplifier ），简称为「伺服 系统放大器」
伺服放大器的构成伺服放大器的构成
位置
速度
電流
电流 変換
伺服电机
位置环
電流环 速度环
伺服系统放大器基本构成图
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13
上位机
脉冲列
1.16 位置控制
アンプ
速度指令
偏差 计数器
+
－
速度环
力矩指令 电流环 +
－
位置感应
位置环
位置控制 ⇒ 通过对移动量（马达旋转数）的控制而达到任意目 标的位置。
＊位置控制通常有以下两种情况： ①控制只限于最终的位置的情况。（ＰＴＰ） ②控制移动中途的路线的情况。（轨迹控制、ＣＰ）
脑： 提出要 求、指示
判断・指示
水流
信息 眼
水量
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从系统组成元件的性质来看: 有电气伺服系统、液压伺服系统和电气-液压伺服系统及电气-电气伺服系统等
从系统输出量的物理性质来看: 有速度或加速度伺服系统和位置伺服系统等
从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来看: 有模拟式伺服系统和数字式伺服系统
从系统的结构特点来看: 有单回伺服系统、多回伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。
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A、开环--即无位置反馈的系统
其驱动元件主要是功率步进电机或液压脉冲马达。 它的结构简单、易于控制，但缺点是精度差，低速不平稳，扭矩小。 一般用于轻载负载变化不大或经济型数控机床上。
CNC 插补指令
脉冲频率f 脉冲个数n 换算
f、n
脉冲环 形分配 变换
A相、B相 功率 放大
C相、…
定子（线圈）
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• （3）检测装置 o 数字传感器 • 增量型和绝对型 o 码盘刻线的差别 o 绝对式编码器2的n次方道刻线，不受不受停电、干扰、 速度、电气响应的影响的,尤其是高精度又要高速的情况 下，增量细分是无法满足要求的。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
增量方式
ＡＡｃｈｃｈ Aｃｈ
旋转盘构造
Ｎｃｈ Bｃｈ
绝对方式
Ｂｃ ｈ
输入： 使之产生力矩的指令值
放大器 力矩指令 +
（不可控制转速）
－
・负载扭矩＞产生扭矩・・马达被动停止 ・负载扭矩＝产生扭矩・・・・停止
Tl
+T Tps
－
0
・负载扭矩＜产生扭矩・・・・马达自行控制停止
产生力矩
负载力矩
Tcmd
+ Vα
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转子 轴承
定子
刹车
感应器
马达轴
刹车（可选）
转子（永久磁石） 感应器
步进电机系统
伺服电机系统
中小力矩（一般在20Nm以下）
小、中、大，全范围
低（一般在2000RPM以下，大力矩电机 高（可达6000RPM）,直流伺服电机更
小于1000RPM）
可达1~2万转/分
主要是位置控制 多样化智能化的控制方 位置/转速/转矩方式
式
低速时有振动（但用细分型驱动器则可明 好，运行平滑
CNC 插补 指令
位置控制单元
+ -
位置控制调 节器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
机械执行部件
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈单 元
电机
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指令信号 （位置、速度、力矩）
伺服马达
反馈器（感应器）
控制器
指令
控制 （伺服放大器）
ＰＬＣ等
反馈信号 （位置、完成信号、
状態信号）
駆動 （伺服马达）