伺服运动控制系统1(2009)

电液伺服控制由于具有输出功率大、系统刚度大、控制精度高和电 气控制电路简单等突出优点在各类机床、重型机械、起重机械、汽车、 大型试验设备、航空航天、船舶和武器装备等领域得到了广泛的应用。
但是，电液伺服控制系统的缺点是加工难度大，抗污染能力差，维
护不易，成本较高。
15:45:07
29
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
15:45:07
32
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类
2、按照自动控制原理分类
1)闭环伺服系统 数控装置发出指令脉冲后，当指令值送到位置比较电路时，此时若 工作台没有移动，即没有位置反馈信号时，指令值使伺服驱动电动机转 动，经过齿轮、滚珠丝杠等传动元件带动机床工作台移动。
15:45:07 19
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类 1、按照被驱动的执行元件分类
电液伺服控制系统（执行元件是液压缸） 伺服控制系统 回油端
滤油器
该伺服阀是一个四通控制滑阀，它属于转换放大组件，它将电气－ 机械转换器（例如：力矩马达）给出的机械信号转换成液压信号（流量、 压力）输出并加以功率放大。
200ms以内，甚至小于几十毫秒。
15:45:07
15
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
二、数控机床对伺服控制系统的要求
4、调速范围广：为了简化机床的机械结构，提高机床的转动精 度和系统的硬度，数控机床对伺服控制系统提出较宽的调速范围。 机床的调速范围是指电动机带额定负载状态下能够达到的最高速 nmax和最低速nmin之比，即：
压缸也反向跟随运动。
15:45:07 27
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类 1、按照被驱动的执行元件分类
电液伺服控制系统（执行元件是液压缸）
伺服控制系统
15:45:07
28
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类
1、按照被驱动的执行元件分类 电液伺服控制系统（执行元件是液压缸） 伺服控制系统
2、按照自动控制原理分类 开环伺服控制系统 伺服控制系统 半闭环伺服控制系统 闭环伺服控制系统
15:45:07
31
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类
2、按照自动控制原理分类
1)闭环伺服系统 数控装置发出指令脉冲后，当指令值送到位置比较电路时，此时若 工作台没有移动，即没有位置反馈信号时，指令值使伺服驱动电动机转 动，经过齿轮、滚珠丝杠等传动元件带动机床工作台移动。
15:45:07
33
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类
2、按照自动控制原理分类
1)闭环伺服系统 数控装置发出指令脉冲后，当指令值送到位置比较电路时，此时若 工作台没有移动，即没有位置反馈信号时，指令值使伺服驱动电动机转 动，经过齿轮、滚珠丝杠等传动元件带动机床工作台移动。
压缸也反向跟随运动。
15:45:07 26
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类 1、按照被驱动的执行元件分类
电液伺服控制系统（执行元件是液压缸）
伺服控制系统
于是伺服阀也处于中间位置，其输出流量等于零，液压缸停止运 动，此时负载就处于一个合适的平衡位置，从而完成了液压缸输出位移 对指令输入的跟随运动。如果加入反向指令信号，则滑阀反向运动，液
电液伺服控制系统（执行元件是液压缸） 伺服控制系统
15:45:07
17
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类 1、按照被驱动的执行元件分类
电液伺服控制系统（执行元件是液压缸） 伺服控制系统 回油端
滤油器
此系统的能源为液压泵，它以恒定的压力向系统供油，恒定压力的 大小由溢流阀来设定。液压动力装置由伺服阀和液压缸组成。
15:45:07
34
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类 2、按照自动控制原理分类
1)闭环伺服系统 装在机床工作台上的位置测量元件，测出工作台的实际位移量后，反 馈到数控装置的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行 控制。若两者存在差值，经放大器放大后，再控制伺服驱动电动机转动， 直至差值为零时，工作台才停止移动。
数控机床的伺服控制系统
伺服控制系统(Servo Control System)定义：
在自动控制系统中，输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变
化的系统称为伺服系统，亦称随动系统。
数控机床的伺服控制系统
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
第二章 伺服系统的执行组件 第三章 伺服驱动器的选择 第四章 步进电动机常见故障分析与维修
D
nmax nmin
一般数控机床的调速范围可达：D=24000
高精密数控机床的调速范围可达：D=100000
5、低速大转矩：机床加工的特点是低速时进行重切削，所以要求 伺服控制系统应具有低速时输出转矩大的特性。
15:45:07
16
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类 1、按照被驱动的执行元件分类
24
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类 1、按照被驱动的执行元件分类
电液伺服控制系统（执行元件是液压缸）
伺服控制系统
同时位置传感器动作，使误差及阀的节流窗口开口量减小，直至反 馈传感气－ 机械转换器又回到中间位置(零位)，
加工轨迹控制，火炮方位的自动跟
踪，防空导弹的制导控制，宇航设 备的自动驾驶，机器人的动作控制
等等。
15:45:07
8
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
一、伺服控制系统的发展过程
例如，数控机床的定位控制和
加工轨迹控制，火炮方位的自动跟
踪，防空导弹的制导控制，宇航设 备的自动驾驶，机器人的动作控制
等等。
数控机床的伺服控制系统
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
第二章 伺服系统的执行组件 第三章 伺服驱动器的选择 第四章 步进电动机常见故障分析与维修
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
一、伺服控制系统的发展过程
第二次世界大战期间，由于军
事上的需求，美国麻省理工学院 于1944年研制成功了世界上第一
*
阀的阀心移动。
15:45:07 22
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类 1、按照被驱动的执行元件分类
电液伺服控制系统（执行元件是液压缸）
伺服控制系统
假设阀心向右移动的距离为xv则节流窗口b、d便有一个相应的开口 量，阀心所移动的距离即节流窗口的开口量(通流面积)与上述误差信号 u (或电流i)成比例。
15:45:07
35
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类 2、按照自动控制原理分类
1)闭环伺服系统 装在机床工作台上的位置测量元件，测出工作台的实际位移量后，反 馈到数控装置的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行 控制。若两者存在差值，经放大器放大后，再控制伺服驱动电动机转动， 直至差值为零时，工作台才停止移动。
数控机床的伺服控制系统
山东大学控制科学与工程学院 曾毅
第1讲
1
数控机床的伺服控制系统
山东大学控制科学与工程学院 曾毅
第1讲
2
伺服控制系统 数控机床的伺服控制系统
伺服控制系统(Servo Control System)定义：
在自动控制系统中，输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变
化的系统称为伺服系统，亦称随动系统。
15:45:07
18
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类 1、按照被驱动的执行元件分类
电液伺服控制系统（执行元件是液压缸） 伺服控制系统 回油端
滤油器
该伺服阀是一个四通控制滑阀，它属于转换放大组件，它将电气－ 机械转换器（例如：力矩马达）给出的机械信号转换成液压信号（流量、 压力）输出并加以功率放大。
15:45:07 21
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类 三、伺服控制系统的基本结构与分类
1、按照被驱动的执行元件分类
电液伺服控 制系统（执行元件是液压缸） 伺服控制系统
回油端
滤油器 当运动控制单元给出一指令信号 u p 时，反馈信号 u p 与指令信号 进行比较得出误差 u ， u 经放大器放大后得出的电信号（通常为电 流信号i）输送给电气－机械转换器，从而使电气－机械转换器带动滑
15:45:07 20
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
三、伺服控制系统的基本结构与分类 1、按照被驱动的执行元件分类
电液伺服控制系统（执行元件是液压缸） 伺服控制系统 回油端
滤油器
液压缸为执行器，其输入的是压力油流量，输出的是拖动负载（工 作台）位移或速度。位置传感器与液压缸相连用于检测液压缸活塞的位 置，从而构成反馈控制。
个伺服控制系统：火炮自动跟踪
目标伺服控制系统。 军事需求的激励和控制器件、 执行机构和功率驱动装置的发展 推动了伺服系统控制技术的高速 发展。上世纪60年代伺服系统的 理论与实践均趋于成熟，并得到
广泛应用。
15:45:07 7
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
一、伺服控制系统的发展过程
例如，数控机床的定位控制和
加工轨迹控制，火炮方位的自动跟
踪，防空导弹的制导控制，宇航设 备的自动驾驶，机器人的动作控制
等等。
15:45:07