伺服系统的基本要求、特点和分类
伺服系统的基本要求及特征
伺服系统的基本要求及特征伺服系统的基本要求及特征1. 引言伺服系统作为现代控制系统中的重要组成部分，其基本要求及特征对于系统的性能和稳定性具有重要影响。
本文将从以下几个方面介绍伺服系统的基本要求及特征。
2. 基本要求伺服系统需要满足以下基本要求：•高精度控制：伺服系统需要能够实现高精度的位置或速度控制，以满足精密加工、运动控制等应用需求。
•快速响应：伺服系统需要具备快速响应的特性，能够在短时间内对输入信号作出准确的反应。
•稳定性：伺服系统需要具备良好的稳定性，能够保持输出信号稳定在给定值附近，不受外部干扰的影响。
•可靠性：伺服系统需要具备高可靠性，能够长时间稳定运行并具备故障自动检测和纠正的功能。
3. 特征伺服系统具有以下几个特征：精确度伺服系统的精确度是指系统能够实现的位置或速度控制的准确性。
通常使用误差指标来评估系统的精确度，包括位置偏差、速度误差等。
精确度与系统的传感器、控制算法等因素密切相关。
响应速度伺服系统的响应速度是指系统对输入信号作出反应的快慢程度。
响应速度取决于系统的动态特性，包括惯性、摩擦力等因素。
响应速度越快，系统的动态性能越好。
控制稳定性伺服系统的控制稳定性是指系统输出信号能够稳定在给定值附近的能力。
稳定性与系统的控制算法、控制器参数等因素密切相关。
稳定性越好，系统越不容易产生震荡、偏离目标值等问题。
功率输出伺服系统的功率输出能力是指系统能够输出的最大功率。
功率输出受到电机及传动机构等因素的限制。
高功率输出能力对于承载大负载、高速运动等应用非常重要。
4. 总结伺服系统作为控制系统的重要组成部分，其基本要求及特征对于系统的性能和稳定性具有重要影响。
高精度控制、快速响应、稳定性和可靠性是伺服系统的基本要求。
精确度、响应速度、控制稳定性和功率输出是伺服系统的主要特征。
只有满足这些要求和特征，伺服系统才能够在各种应用场景下发挥优秀的性能。
5. 应用领域伺服系统广泛应用于以下领域：•工业自动化：伺服系统用于控制工业机器人、数控机床等设备，实现高精度的加工、装配等工业自动化任务。
伺 服 系 统
图4-1 伺服系统的基本结构
1.2 伺服系统的工作原理
伺服系统是以机械运动为驱动设备，电机为控制对象，以控制器为核心， 以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的 电气传动自动控制系统。这类系统控制电机的转矩、转速和转角，将电 能转换为机械能，实现驱动机械的运动要求。具体在数控机床中，伺服 系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放调与整大后，由 电机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通 过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户 所要求的复杂形状的工件。
1.3 伺服系统的类型
一、开伺服系统
数控装置
步进电机
机床工作台
图4-2 开环伺服系统
二、闭环伺服系统
位置比较 速度比较
伺服 电机
速度反馈 位置反馈
图4-3 闭环伺服系统
测量元件
三、半闭环伺服系统
位置比较
速度比较
伺服电机
机床工作台
测速机 旋变
图4-4 半闭环系统
伺服系统
伺服驱动系统（Servo System）简称伺服系统，是一种以机械 位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
1.1 伺服系统的结构
从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：控制器、功率驱动装置、 反馈装置和电机，如图4-1所示。控制器按照数控系统的给定值和通过反 馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量；功率驱动装置作为系统的 主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电机之上，调节 电机转矩的大小，另一方面按电机的要求把恒压恒频的电网供电转换为 电机所需的交流电或直流电；电机则按供电大小拖动机械运转。
什么是伺服驱动系统？伺服驱动系统的基本概念及其组成分类
什么是伺服驱动系统？伺服驱动系统的基本概念及其组成分类伺服驱动系统是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床等。
伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量（机电系统中的伺服电机的转动惯量较大，为了能够和丝杠等机械部件直接相连，也为了得到极高的响应速度，伺服电机有一种专门的小惯量电机。
但这类电机的过载能力低，当使用在进给伺服系统中时，必须加减速装置。
转动惯量反映了系统的加速度特性，在选择伺服电机时，系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3倍。
）较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。
当然，其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。
该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元，有时简称为伺服，一般其内部包括电流、速度和/或位置闭环。
伺服驱动系统的基本概念伺服系统是数控机床的重要组成部分，是连接数控装置（计算机）和机床之间的关键桥梁，伺服系统的性能在很大程度上决定了数控机床的性能，如数控机床的定位精度、跟踪精度、最高移动速度等重要指标。
建议我们先来学习一些基础概念，再学习各种进给伺服系统的控制方式。
深刻理解掌握这部分知识，会对更好的学习后面的数控加工工艺有一定的帮助。
1、进给伺服系统
（1）组成
进给伺服系统是以机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为控制量的自动控制系统，通常由伺服驱动装置、伺服电机、机械传动机构及执行部件组成。
见图1所示。
（2）作用
接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、交流伺服电机、功率步进电机等）和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。
伺服系统的分类及其工作原理和性能特点分析
伺服系统的分类及其工作原理和性能特点分析2011-12-19 17:16:32| 分类：默认分类|字号大中小订阅伺服系统是输入控制输出的一种自动控制系统，它可以严格的现实输出变量精确地跟随或复现输入变量，一般情况下，它的控制对象为机械位置或角度，现在的工业控制中，很多大的设备设施都需要现实自动控制和精确高精度的控制，这样就导致其得到了十分广泛应用。
一般有三种基本控制方式，即位置、速度、力矩控制方式。
通常位置和速度控制用得比较多。
在伺服系统中，控制电路十分关键，它直接影响到系统的性能品质。
由于上面的分析可以看出，它对于工业控制、自动化、自动控制、工控等领域，使用的频率还是很高的。
下面我们来深入的分析一下什么是伺服系统，伺服系统的分类，并分析各种伺服系统的工作原理和性能及特点比较，通过总结这些基础知识，希望能给大家的学习带来帮助和参考。
伺服系统的分类、原理和特点(1) 按调节理论分类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。
在这种系统中，如果是大功率驱动时，用步进电机作为执行元件。
驱动电路的主要任务是将指令脉冲转化为驱动执行元件所需的信号。
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。
闭环系统运动执行元件不能反映运动的位置，因此需要有位置检测装置。
由于是反馈控制，反馈测量装置精度很高，所以系统传误差可得到补偿，提高了跟随精度和定位精度。
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。
比较环节的作用是将指令信号和反馈信号进行比较，两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动电路，控制执行元件带动工作台继续移动，直到跟随误差为零。
C、半闭环---半闭环和闭环系统的控制结构是一致的，不同点只是闭环系统环内包括较多的机械传动部件，传动误差均可被补偿。
伺服电机 基础知识
伺服电机基础知识
伺服电机是一种能够将输入的脉冲信号转换为相应的角位移或线性位移的装置，具有快速响应、精确控制和稳定性高等特点。
以下是伺服电机的基础知识：
1. 工作原理：伺服电机内部通常包括一个电机（如直流或交流电机）和一个编码器。
当输入一个脉冲信号时，电机会产生一定的角位移或线性位移，同时编码器会反馈电机的实际位置。
驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整电机转动的角度或距离，以达到精确控制的目的。
2. 分类：伺服电机主要分为直流伺服电机和交流伺服电机两大类。
此外，根据有无刷之分，直流伺服电机又可以分为有刷伺服电机和无刷伺服电机。
3. 特点：
精确控制：伺服电机能够精确地跟踪和定位目标值，实现高精度的位置和速度控制。
快速响应：伺服电机具有快速的动态响应，能够在短时间内达到设定速度并快速停止。
稳定性高：伺服电机具有较高的稳定性，能够连续工作而不会出现较大的误差。
噪声低：交流伺服电机通常采用无刷设计，运行时噪声较低。
维护方便：伺服电机的结构和维护都比较简单，便于使用和维护。
4. 应用领域：伺服电机广泛应用于各种需要精确控制和快速响应的场合，如数控机床、包装机械、纺织机械、机器人等领域。
5. 选型原则：在选择伺服电机时，需要考虑电机的规格、尺寸、转速、负载等参数，以及实际应用场景和工作环境等因素。
6. 日常维护：为了保持伺服电机的良好性能和使用寿命，需要定期进行清洁和维护，如检查电机表面是否有灰尘、油污等，检查电机的接线是否牢固等。
以上是关于伺服电机的基础知识，如需了解更多信息，建议咨询专业人士。
伺服系统的基本要求
伺服系统的基本要求一、稳定性伺服系统需要具有良好的稳定性，能够稳定的工作在各种负载条件下。
在负载变化或环境变化的情况下，伺服系统应能够迅速调整控制参数，保持系统的稳定性。
这就要求伺服系统具有高效的反馈控制算法和优良的控制性能。
二、精密度伺服系统需要具有高精度的位置控制能力，能够实现对目标位置的快速、精准的控制。
这对伺服电机、编码器等部件的精度和稳定性提出了较高的要求。
此外，伺服系统还需要具有高分辩率的位置传感器和高精度的控制器。
三、高速度伺服系统需要具有较高的速度控制能力，能够在短时间内快速响应并实现高速度的运动。
对于高速运动的场合，伺服系统需要具有高动态响应和快速的控制算法。
四、可靠性伺服系统需要具有高可靠性，能够在长时间工作的情况下保持稳定的控制性能。
对于工业生产线等关键的应用场合，伺服系统的可靠性要求更高，要能够在极端环境条件下正常工作。
五、灵敏度伺服系统需要具有较高的灵敏度，能够快速、准确地对输入信号做出响应。
在高动态状态下，伺服系统需要具有较好的灵敏度和鲁棒性，能够有效抑制振动和干扰，实现稳定的控制。
六、节能环保伺服系统需要具有较高的能效性能，能够在提高性能的同时减少能源消耗。
对于高功率的伺服系统，需要考虑系统的节能设计和冷却方式，以降低能源消耗和环境排放。
综上所述，伺服系统的基本要求包括稳定性、精密度、高速度、可靠性、灵敏度和节能环保。
在实际的应用中，需要根据具体的需求和环境条件，针对上述要求进行系统设计和参数调整，以满足不同应用场合的需求。
同时，随着科技的发展和市场的需求，伺服系统的要求也会不断提高，新的技术和理念将不断应用到伺服系统中。
因此，伺服系统的基本要求是一个动态变化的概念，需要不断地进行研发和改进。
伺服系统的应用领域和基本要求
伺服系统的应用领域和基本要求伺服系统是现代工业中广泛应用的一种控制系统。
它通过精确控制电机的位置、速度和力度，实现对机械设备的高精度控制。
伺服系统在许多领域都有重要的应用，下面将介绍一些主要的领域和对伺服系统的基本要求。
应用领域1. 机械制造在机械制造领域，伺服系统被广泛用于控制机床、机械手臂、自动装配线等设备。
它可以实现机械设备的高精度运动和定位，提高生产效率和产品质量。
2. 自动化生产线伺服系统在自动化生产线中起着至关重要的作用。
它可以控制各种传送带、机械臂、搬运设备等，实现产品的自动运输、装配和包装，提高生产效率和自动化程度。
3. 包装与物流伺服系统在包装与物流领域也有重要的应用。
通过精确控制输送带、装箱机、封箱机等设备，可以实现快速而准确的包装和物流操作，提高包装效率和物流效益。
4. 机器人技术伺服系统是机器人技术的核心控制系统之一。
它可以控制机器人的运动和动作，实现多轴、高精度的控制，使机器人能够完成各种复杂的任务，如装配、焊接、喷涂等。
基本要求伺服系统的基本要求主要包括以下几个方面：1. 精度和稳定性伺服系统需要具有高精度和稳定性，以保证对设备的精确控制。
这要求系统在不同负载和工作条件下能够实现精确的位置、速度和力度控制，并保持稳定的运行。
2. 反馈控制伺服系统需要配备合适的反馈控制装置，如编码器、传感器等，以实时检测设备位置、速度和力度，并将信息反馈给控制系统进行调整和纠正。
3. 快速响应能力伺服系统需要具有快速的响应能力，能够在短时间内对控制指令做出反应并进行相应的控制调整。
这对于实现高速运动和复杂动作的设备是非常重要的。
4. 可编程性和灵活性伺服系统需要具备可编程性和灵活性，以便根据不同的应用需求进行设备控制参数的调整和优化。
这可以通过软件编程和参数设置来实现。
5. 安全可靠性伺服系统需要具备安全可靠性，以确保设备在工作过程中不会产生故障或危险情况。
系统需要具备适当的保护装置和故障检测机制，以及可靠的电源供应和防护措施。
伺服系统基础(1)
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伺服应用基础知识
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先认识一下伺服驱动器，下图是固高的GTHD系列伺服驱动器
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先认识一下伺服驱动器，下图是日本安川系列伺服驱动器
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先认识一下伺服驱动器，下图是武汉迈信伺服驱动器
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。
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手机扭力测试仪
收卷设备 机械手拧螺丝
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1.1伺服应用模式介绍-速度模式
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提问环节 讲述一下自己理解的开环控制与闭环控制？ 什么情况下使用半闭环控制，什么情况下使用全闭环控制？
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课程回顾。。。
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伺服系统控制环路
伺服，这是英文servo的谐音，念起来与外文的伺服发音差不多。 但伺服这个字就是“侍候”，就是非常听话，让走到哪，就走到 哪。
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伺服系统的基本要求、特点和分类
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。
（2）有多种反馈比较原理与方法：根据检测装置实现信息反馈的原理不同，伺服系统反馈比较的方法也不相同。
目前常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较3种。
（3）高性能的伺服电动机（简称伺服电机）：用于高效和复杂型面加工的数控机床，伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。
要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大，以产生足够大的加速或制动力矩。
要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转平稳，以便在与机械运动部分连接中尽量减少中间环节。
（4）宽调速范围的速度调节系统，即速度伺服系统：从系统的控制结构看，数控机床的位置闭环系统可看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统，其内部的实际工作过程是把位置控制输入转换成相应的速度给定信号后，再通过调速系统驱动伺服电机，实现实际位移。
数控机床的主运动要求调速性能也比较高，因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。
二、伺服系统的分类
伺服系统按其驱动元件划分，有步进式伺服系统、直流电动机（简称直流电机）伺服系统、交流电动机（简称交流电机）伺服系统。
按控制方式划分，有开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统等，实际上数控系统也分成开环、闭环和半闭环3种类型，就是与伺服系统这3种方式相关。
1、开环系统
开环系统，它主要由驱动电路，执行元件和机床3大部分组成。
常用的执行元件是步进电机，通常称以步进电机作为执行元件的开环系统为步进式伺服系统，在这种系统中，如果是大功率驱动时，用步进电机作为执行元件。
驱动电路的主要任务是将指令脉冲转化为驱动执行元件所需的信号。
2、闭环系统
闭环系统主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成。
在闭环系统中，检测元件将机床移动部件的实际位置检测出来并转换成电信号反馈给比较环节。
常见的检测元件有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅和编码盘等。
通常把安装在丝杠上的检测元件组成的伺服系统称为半闭环系统；把安装在工作台上的检测元件组成的伺服系统称为闭环系统。
由于丝杠和工作台之间传动误差的存在，半闭环伺服系统的精度要比闭环伺服系统的精度低一些。
比较环节的作用是将指令信号和反馈信号进行比较，两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动电路，控制执行元件带动工作台继续移动，直到跟随误差为零。
根据进入比较环节信号的形式以及反馈检测方式，闭环（半闭环）系统可分为脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统和幅值比较伺服系统3种。
由于比较环节输出的信号比较微弱，不足以驱动执行元件，故需对其进行放大，驱动电路正是为此而设置的。
执行元件的作用是根据控制信号，即来自比较环节的跟随误差信号，将表示位移量的电信号转化为机械位移。
常用的执行元件有直流宽调速电动机、交流电动机等。
执行元件是伺服系统中必不可少的一
部分，驱动电路是随执行元件的不同而不同的。
最近，我校研制开发出了高性能交流伺服（数控机床）控制系统。
该系统性能稳定，质量可靠，可广泛应用于数码雕刻，包装机械，模具生产等工业生产应用场合，更适用于高等学校机电一体化，电子电器，电气自动化专业学生（研究生）生产实习，课程设计等课程的实验研究。