伺服控制系统
伺服控制系统的4种控制方式
伺服控制系统的4种控制方式导语：伺服控制系统的3种控制方式，速度控制和转矩控制，位置控制。
伺服控制系统的3种控制方式，速度控制和转矩控制，位置控制基础知识一、伺服系统组成（自上而下）控制器：plc，变频器，运动控制卡等其他控制设备，也称为上位机；伺服驱动器：沟通上位机和伺服电机，作用类似于变频器作用于普通交流马达。
伺服电机：执行设备，接受来自驱动器的控制信号；机械设备：将伺服电机的圆周运动（或直线电机的直线运动）转换成所需要的运动形式；各类传感器和继电器：检测工业控制环境下的各种信号送给上位机或驱动器做为某些动作的判断标准。
二、伺服控制方式三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。
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。
▶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。
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；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做。
一般说驱动器控制的好坏，有个比较直观的比较方式，叫响应带宽。
当转矩控制或速度控制时，通过脉冲发生器给它一个方波信号，使电机不断的正转、反转，不断的调高频率，示波器上显示的是个扫频信号，当包络线的顶点到达最高值的70.7%时，表示已经失步，此时频率的高低，就能说明控制的好坏了，一般电流环能做到1000HZ 以上，而速度环只能做到几十赫兹。
位置控制伺服系统
位置控制伺服系统位置控制伺服系统是一种能够实现精确控制位置和速度的系统。
它的主要应用领域包括工业自动化、机器人技术、军工、医疗、航空航天等诸多领域。
本文将从位置控制伺服系统的原理、组成部分、应用特点等方面进行详细介绍。
一、位置控制伺服系统的原理位置控制伺服系统的原理基于反馈控制原理。
系统通过测量实际位置和期望位置之间的偏差，计算出伺服电机需要的控制信号来控制电机运动。
当实际位置接近期望位置时，控制信号会逐渐减小，并维持在稳态误差内。
因此，位置控制伺服系统可以实现高精度运动和定位。
二、位置控制伺服系统的组成部分位置控制伺服系统主要由伺服电机、编码器、控制器、传感器和执行器组成。
1. 伺服电机：伺服电机是位置控制伺服系统中最关键的部分。
它的特点是输出转矩稳定、响应速度快、精度高。
伺服电机一般包括电机本体、减速器和编码器。
2. 编码器：编码器是位置控制伺服系统中用于测量电机转角和速度的传感器。
编码器主要包括绝对编码器和增量编码器。
绝对编码器可以直接读取电机转角信息，无需进行零点复位，精度高。
增量编码器则需要进行零位标定。
3. 控制器：控制器是位置控制伺服系统中用于计算控制信号的核心部件。
控制器通常使用数字信号处理器（DSP）或单片机来实现。
控制器的任务是测量实际位置和期望位置之间的偏差，并通过控制算法计算出相应的控制信号来控制电机运动。
4. 传感器：传感器是位置控制伺服系统中用于测量机器人位置、速度、加速度等物理量的设备。
传感器主要包括陀螺仪、加速度计、惯性测量单元等。
5. 执行器：执行器是位置控制伺服系统中用于控制机器人运动的部件。
执行器主要包括液压马达、液压振动器、电动马达等。
三、位置控制伺服系统的应用特点位置控制伺服系统具有以下特点：1. 高精度：位置控制伺服系统可以实现高精度运动和定位，形成无人值守自动化生产线。
2. 高效率：位置控制伺服系统可以根据实际负载情况调整电机输出转矩，从而达到高效率的运转。
伺服控制系统
第四章伺服控制系统内容提要第一节概述第二节伺服系统的驱动元件第三节位置控制系统第四节伺服系统的特性对数控机床加工精度的影响第一节概述●伺服系统的概念●数控机床对伺服系统的要求伺服系统的概念伺服系统是一种反馈控制系统，以指令脉冲为输入给定值，与输出量进行比较，利用偏差值对系统进行自动调节，以消除误差，使输出量紧密跟踪给定值•伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成•伺服系统的性能直接关系到数控机床执行部件的静态和动态特性、工作精度、负载能力、响应快慢和稳定程度等•进给系统的作用在于保证切削过程能够继续进行，不能控制执行件的位移和轨迹；伺服系统将指令信息加以转换和放大，不仅能控制执行件的速度、方向，而且能精确控制其位置，以及几个执行件按一定的运动规律合成的轨迹数控机床对伺服系统的要求●调速范围宽调速范围是指最高进给速度和最低进给速度之比。
由于加工所用的刀具、被加工零件材质以及零件加工要求的变化范围很广，为了保证在所有加工情况下都能得到最佳的切削条件和加工质量，要求有很大的同时要求在调速范围内，速度均匀、稳定，低速时无爬行，在零速时伺服电机处于电磁锁住状态，以保证定位精度不变●精度高数控机床是按预定的程序自动进行加工的，不可能像普通机床那样用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响，故要求数控机床的实际位移和指令位移之差要小●响应快要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快，即灵敏程度要高，达到最大稳定速度的时间要短，这种过渡一般都在200ms以内，甚至几十毫秒响应的快慢反映了系统跟踪精度的高低，且直接影响轮廓加工精度的高低和加工表面质量的好坏●低速大扭矩数控机床的进给系统常在相对较低的速度下进行切削，故要求伺服系统能够输出大的转矩。
普通加工直径为400mm的车床，纵向和横向的驱动力矩都在10Nm以上为了输出大的扭矩，数控机床的进给传动链应尽量短，传动的摩擦系数尽量小，并减少间隙，提高刚度，减少惯量，提高效率第二节伺服系统的驱动元件 驱动元件(伺服电机)是伺服系统的关键部件，它接受控制系统发来的进给指令信号，并将其转变为角位移或直线位移，以驱动数控机床的进给部件实现所要求的运动对伺服驱动元件的要求●这种运动要能进、能退、能快、能慢，既精确又灵敏。
伺服控制系统名词解释
伺服控制系统名词解释
伺服控制系统名词解释：一种能对试验装置的机械运动按预定要求进行自动控制的操作系统。
伺服控制系统是一种闭环控制系统，由比较环节、控制器、执行环节三部分组成，比较环节的作用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；控制器的作用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；执行环节的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。
伺服控制系统
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。
伺服控制系统课程设计
伺服控制系统课程设计一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握伺服控制系统的基本原理、组成和应用，能够分析简单的伺服控制系统，并具备初步的设计和调试能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解伺服控制系统的定义、分类和基本原理；（2）掌握伺服控制系统的组成及其作用；（3）熟悉伺服控制系统的应用领域。
2.技能目标：（1）能够分析简单的伺服控制系统；（2）具备伺服控制系统的设计和调试能力；（3）学会使用相关仪器仪表和软件进行伺服控制系统的分析和设计。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对自动化领域的兴趣和责任感；（3）提高学生解决实际问题的能力。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.伺服控制系统的定义、分类和基本原理；2.伺服控制系统的组成及其作用；3.伺服控制系统的应用领域；4.伺服控制系统的设计和调试方法；5.相关仪器仪表和软件的使用。
三、教学方法为了达到本节课的教学目标，将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解伺服控制系统的基本原理、组成和应用；2.讨论法：引导学生讨论伺服控制系统的设计和调试方法；3.案例分析法：分析具体的伺服控制系统实例，加深学生对知识的理解；4.实验法：让学生动手进行伺服控制系统的设计和调试，提高实际操作能力。
四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法，将准备以下教学资源：1.教材：伺服控制系统相关教材；2.参考书：介绍伺服控制系统的相关书籍；3.多媒体资料：课件、视频、图片等；4.实验设备：伺服控制系统实验装置；5.软件：伺服控制系统分析和设计软件。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，将采用以下评估方式：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，了解学生的学习状态；2.作业：布置与课程内容相关的作业，检查学生对知识的理解和应用能力；3.考试：定期进行考试，检验学生对课程知识的掌握程度；4.实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力和分析问题的能力；5.小组项目：评估学生在团队合作中的表现以及对知识的综合运用能力。
伺服系统控制方法
伺服系统是一种常见的控制系统，用于精确控制机械运动。
以下是一些伺服系统的控制方法：
1.PID控制：PID控制是一种常用的控制方法，通过综合考虑系统的输入、
输出和误差来调整系统的控制输出，以实现系统的稳定和精确控制。
2.PI控制：PI控制是PID控制的一种简化形式，只考虑系统的误差，不考
虑系统的输入和输出。
3.PD控制：PD控制是PID控制的另一种简化形式，只考虑系统的误差和输
入。
4.P控制：P控制只考虑系统的误差，不考虑系统的输入和输出。
5.Fuzzy控制：Fuzzy控制是一种模糊逻辑控制方法，通过使用模糊逻辑来
处理不精确或不确定的信息，以实现系统的控制。
6.Neural network控制：Neural network控制是一种基于神经网络的控制
方法，通过使用神经网络来模拟系统的行为，并使用反向传播算法来训练网络，以实现系统的控制。
这些控制方法可以用于不同类型的伺服系统，以实现系统的精确控制和稳定性。
伺服控制系统设计
Wop (s)
s(Ts s
K 1)(T2 s
1)
3.2 单闭环位置伺服系统
伺服系统旳闭环传递函数
W cl
(s)
TsT2 s 3
(Ts
K T2 )s2
s
K
闭环传递函数旳特性方程式
TsT2s3 (Ts T2 )s2 s K 0
3.2 单闭环位置伺服系统
用Routh稳定判据，为保证系统稳定，
须使
K
Ts T2 TsT2
单位置环伺服系统开环传递函数对数幅频特性
3.3 双闭环伺服系统
在电流闭环控制旳基础上，设计位置 调整器，构成位置伺服系统，位置调整 器旳输出限幅是电流旳最大值。 以直流伺服系统为例，对于交流伺服 系统也合用，只须对伺服电动机和驱动 装置应作对应旳改动。
3.3 双闭环伺服系统
Tm
R J CT Ce
Tl
La R
3.2 单闭环位置伺服系统
驱动器
电机
直流伺服系统控制对象构造图
采用PD调整器，其传递函数为
减速器
WAPR (s) WPD (s) K p (1 d s)
3.2 单闭环位置伺服系统
伺服系统开环传递函数
Wop (s)
s(Ts s
K ( d s 1)
1)(TmTl s2 Tms
3.5 复合控制旳伺服系统
前馈控制器旳传递函数选为
G(s) 1 W2 (s)
得到
m (s) 1
* m
(
s)
3.5 复合控制旳伺服系统
理想旳复合控制随动系统旳输出量可以完 全复现给定输入量，其稳态和动态旳给定误 差都为零。 系统对给定输入实现了“完全不变性” 。 需要引入输入信号旳各阶导数作为前馈控 制信号，但同步会引入高频干扰信号，严重 时将破坏系统旳稳定性，这时不得不再加上 滤波环节。
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伺服系统：是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。
伺服的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。
伺服电机工作原理: 伺服电机又称执行电动机，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。
伺服电机是一个典型闭环反馈系统，减速齿轮组由电机驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机精确定位的目的。
伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的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）。
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。
伺服使能，是伺服系统的输入信号，上位机输出信号给伺服系统使伺服系统处于使能状态，该信号有效时，驱动器控制电机绕组通电，允许接收其他控制指令；否则电机绕组断电，电机处于自由状态，为止偏差清零，不接收其他指令。
伺服准备好，是伺服系统的输出信号，当驱动器上电完成初始化，可以正常运行时，会输出该信号给上位机。
伺服电机的使能,是SERVO-ON状态,俗称的激磁状态.
条件是:驱动器的控制接线正确,给入24V电压,驱动器跟伺服电机的连接正确,参数设置准确就可以
伺服ON的意思就是伺服进入准备状态，已经使能，就是Ready了，只要有驱动信号（脉冲或者通讯）就可以运行。
这时候电机的轴处于锁定状态，就是你用手转那个轴是转不动的。
伺服在运行之前必须先使能，这是伺服电机运行的必要条件。