伺服运动控制系统的结构设计及应用
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、准确地尾随输入量的变化，因此又称之为随动系统或者自动跟踪系统。
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机电创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机电、感应电机为伺服机电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、大规模集成电路创造、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、柔性创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，被控对象应自行住手。
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、速度及位置都能灵便方便的控制。
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。
它由检测部份、误差放大部份、部份及被控对象组成。
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者外界干扰的作用下，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机电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。
注塑机机械手伺服控制系统设计
注塑机机械手伺服控制系统设计注塑机机械手伺服控制系统是一种用于控制注塑机机械手运动的系统。
在注塑过程中，机械手需要准确地抓取注塑成型的零件，并将其放置到指定的位置。
为了实现这个目标，机械手伺服控制系统需要具有高精度、高速度和高可靠性的特点。
本文将围绕注塑机机械手伺服控制系统的设计进行详细介绍，包括系统结构、关键技术和性能要求等方面的内容。
一、系统结构1.注塑机：负责将熔化的塑料注入模具中，并形成成型零件。
2.机械手：负责抓取注塑成型的零件，并将其放置到指定的位置。
3.伺服控制器：负责对机械手的运动进行控制，包括位置控制、速度控制和力控制等。
4.人机界面：负责与操作人员进行交互，例如设置抓取位置和放置位置等。
二、关键技术1.位置控制：在注塑成型过程中，机械手需要准确地抓取零件并将其放置到指定的位置。
为了实现高精度的位置控制，可以采用光电编码器或激光测距传感器等装置对机械手位置进行测量，并将测量值反馈给伺服控制器进行闭环控制。
2.速度控制：机械手在抓取和放置零件时需要保证较高的速度和灵活性。
为了实现高速度的控制，可以采用快速响应的伺服电机和精确的位置测量装置，并结合先进的控制算法进行速度控制。
3.力控制：在抓取零件的过程中，机械手需要根据零件的重量和形状进行力的调整，以保证抓取的安全性和稳定性。
为了实现力控制，可以采用力传感器或压力传感器等装置对机械手的力进行测量，并将测量值反馈给伺服控制器进行力的调整。
三、性能要求1.高精度：机械手的定位精度应达到亚毫米级别，以保证抓取和放置的准确性。
2.高速度：机械手的运动速度应达到一定的级别，以保证高效的生产效率。
3.高可靠性：伺服控制系统需要具有高可靠性和稳定性，能够长时间稳定运行，以保证生产连续性和生产质量。
4.易操作性：人机界面应具有友好的操作界面和简单易懂的操作流程，方便操作人员进行操作和调整。
总结：注塑机机械手伺服控制系统设计需要考虑系统结构、关键技术和性能要求等方面的内容。
基于PLC的伺服电机运动控制系统设计
基于 PLC 的伺服电机运动控制系统设计摘要：近年来，我国各个行业及领域广泛应用了PLC，对企业实现生产自动化奠定了重要的基础。
特别是PLC伺服电机运行控制系统的设计及实施，使电机运动质量与效率得到了进一步提升。
本文结合PLC伺服电机运行控制系统设计标准，以S7-1200为例，利用对程序与硬件的设计，保证了运动控制的精准性。
关键词：PLC；伺服电机；运行控制前言：伺服电机具有多重优点，如扛过载能力强、运行稳定、高速性能好以及精准度高等，已广泛应用在企业生产中。
但由于伺服电机大多使用的是NC数控系统，不仅运行成本高，且控制系统极为复杂，无法有效对接以PLC为主的控制器生产线，使得经济效益不是十分可观。
故而，在生产自动化水平的进一步提升下，为了最大程度保障产品精度性，就必须重视基础设计，通过对伺服电机运行控制准确性的提升，全面改善系统的生产效率与性能，从而实现经济效益最大化，降低企业的生产成本。
1基于PLC伺服电机控制系统设计分析PLC控制系统是一种专门用于工业生产的数字运算操作电子装置，其应用了一类可编程存储器，可满足内部存储、执行逻辑运算、顺序控制、定时、技术以及算数操作等要求，可以说是工业控制的核心。
就我国工业生产现状来看，大部分依然是采用的步进电机运动系统，其应用的步进电机步距角最小为0.36°（与电机转动一圈需要1000个脉冲相当），精度比较低，并且经常会出现失步问题，难以满足高精度生产工艺。
相比来讲伺服电机无论是在精度、速度、抗过载性能、响应速度、运行稳定性以及运行温度等方面均具有更大优势。
基于PLC进行伺服电机控制系统的设计，可以在原来的步进电机运动系统基础上，做进一步的优化，使得系统能够更好的适应高精度生产要求。
其中需要就目前所应用NC数控系统进行优化，解决其与PLC主控制器生产线无法有效对接的难题，满足高效生产的核心要求。
2伺服电机控制系统分析2.1运行控制模型如图1所示，伺服电机运行控制模型可用于构建伺服电机运动控制系统。
伺服系统包含哪些(基本组成_工作原理_应用)
伺服系统包含哪些(基本组成_工作原理_应用)
伺服系统的结构组成机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。
下图给出了伺服系统组成原理框图。
图伺服系统组成原理框图
1.比较环节
比较环节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
2.控制器
控制器通常是计算机或PID控制电路，其主要任务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。
3.执行环节
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。
机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。
4.被控对象
5.检测环节
检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。
伺服系统工作原理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的任意变化而变化的自动控制系统，即伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。
它由计算机数字控制系统、伺服驱动器、伺服电动机、速度和位置传感器等组成。
计算机数字控制系统用来存储零件加工程序，根据编码器反馈回来的信息进行各种插补运算和软件实时控制，向各坐标轴的伺服驱动系统发出各种控制命令。
伺服驱动器和伺服电动机接收到计算机数字控制系统的控制命令后，对功率进行放大、变换与调控等处理，能够快速平滑调。
伺服控制的定义及应用
伺服控制的定义及应用
伺服控制是指通过反馈机制对电机或执行器等运动控制的系统进行精确的位置、速度或力控制的一种自动控制技术。
伺服控制系统由伺服电机、编码器、控制器、驱动器和负载等组成。
伺服控制被广泛应用于机器人、自动化生产线、印刷、造纸、纺织、包装、数控机床、卫星导航和航空航天等领域。
伺服控制的应用:
1. 机器人领域: 机器人需要精确控制其运动，伺服控制器能够使机器人各个关节的位置、角度、速度、加速度、力和扭矩满足精确控制的要求。
2. 自动化生产线: 在自动化生产线上，伺服控制器被广泛应用于搬运、加工和装配等环节，能够保证生产线的精度和效率。
3. 数控机床: 伺服系统的使用使数控机床中的轴向定位，切削力和调速更加精确，从而提高了加工件的精度和表面质量，降低了产品的误差和废品率。
4. 包装机械: 伺服系统被广泛应用于包装机械的送纸、定位、贴标等工作中，能够提高包装产品的精度和速度，降低误差率和糟损率。
5. 航空航天: 在飞行器的控制系统中，伺服系统的应用可以保证飞行器各个部件的运动控制精确，提高了飞行的平稳性和安全性。
6. 医疗器械: 伺服系统被应用于医疗器械的控制中，例如人工心脏、人工肾脏、到动脉方式心脏起搏器等，确保其稳定和可靠性。
伺服控制技术被广泛应用于各种自动化生产线和智能制造设备中，其高精度，高速度和高可靠性的控制特性使其成为现代工业自动化必备的技术之一。
近年来，伺服控制技术也在无人车、物联网、智能家居、工业4.0等新兴领域得到了应用，并取得了良好的效果。
伺服电机的基本原理及应用
伺服电机的基本原理及应用1. 什么是伺服电机？伺服电机是一种可以精确控制转动角度和速度的电动机。
与普通电动机相比，伺服电机具有更高的控制精度和响应速度。
它由电动机、编码器、控制器和反馈系统等部件组成，通过对电流、电压和位置的反馈控制，实现精确的运动控制。
2. 伺服电机的工作原理伺服电机的工作原理基于闭环控制系统。
它通过控制器接收输入信号，根据与期望位置或速度的偏差计算出控制信号，驱动电机使输出位置或速度实现与期望值的精确对应。
具体的工作流程如下： - 输入：期望位置或速度信号 - 反馈：编码器、传感器等设备实时监测电机的位置或速度反馈信号 - 偏差计算：控制器根据输入信号和反馈信号计算出偏差（误差）值 - 控制信号生成：控制器根据偏差值和控制算法生成控制信号 - 驱动电机：控制信号通过功率放大器驱动电机，实现位置或速度调整 -反馈调整：电机运动时，编码器、传感器等设备实时监测位置或速度反馈信号，通过与期望值对比，继续生成控制信号进行调整，实现精确的控制3. 伺服电机的应用领域伺服电机由于其精确的控制能力，在各个领域都有广泛的应用，以下是几个常见的应用领域：3.1 工业自动化伺服电机在工业自动化中被广泛应用于机械臂、自动装配线、数控机床等设备的运动控制。
它可以根据需求精确地控制运动轨迹和速度，提高生产效率和产品质量。
3.2 机器人机器人是伺服电机的主要应用领域之一。
机器人需要实现各种复杂的运动，伺服电机可以提供精确的控制，使机器人实现精准定位、抓取、喷涂等动作。
3.3 模具制造在模具制造领域，伺服电机可以用于注塑机、压铸机等设备的开合模动作控制，可以确保每次开合模的准确度，提高产品的一致性和生产效率。
3.4 医疗设备伺服电机在医疗设备中的应用越来越广泛，如CT扫描仪、X光机等。
它们需要快速而精确的运动控制，以确保图像的清晰度和对病人的安全。
4. 伺服电机的优势相比普通电动机，伺服电机具有以下优势： - 高控制精度：伺服电机可以实现高精度的位置和速度控制，满足各种精密运动的需求。
伺服控制器原理及应用
显示屏第四行第一项是控制器输出的伺服阀电流的大小， 以差m值A，为单单位位是；V。第二项是偏差，即指令信号和反馈信号的理解
调试前须先确定系统工作是否正常，系统正常工作时 油缸在任意位置都能停住。变送器安装是否正确，即 零位或静叶角度最小时变送器输出为4mA 左右，全开 位或静叶角度最大时变送器输出为20mA 左右。油管 路的连接是否正确，当油缸的A、B 腔接反时，伺服系 统不能正确工作，此时可重新连接油缸的A、B 腔，也 可通过改变跳线开关J6 的跳线方向来实现相同的目的。
理解
2．反作用控制方式调节：
A．将指令信号设为20mA,调节控制板（CONTROL）面板 上标着“变送器”字样的框中的电位器“零点”，油缸会 随之运动，不断调节电位器使实际位置到达零位。
B．将指令信号设为4mA,调节控制板（CONTROL）面板 上标着“变送器”字样的框中的电位器“行程”，油缸会 随之运动，不断调节电位器使实际位置到达满行程位。
掌握
主要功能
1、控制功能
ZETA系列伺服控制器是3H-TRT系统的重要组成部分。该 控制器可以驱动MOOG阀等多种伺服阀，配合不同位置 传感和伺服执行机构，构成高精度的位置伺服控制系统， 确保高炉顶压的高精度稳定性。控制器具有控制精度高、 量程可调范围宽、分辨率高、漂移小、工作稳定、抗干 扰能力强、现场调试十分方便等突出优点。
因此，伺服控制器具有控制器具有量程可调范围
宽、响应及时、跟踪准确、工作稳定等突出优点， 在精密控制系统中发挥着重要作用，下面我以TRT 所用到的BGC-6811和ZETA两种伺服控制器进行介 绍。
伺服系统的组成和技术要求
伺服系统的组成 和技术要求
目录
01 伺服系统的组成 02 伺服系统的技术要求
01 伺服系统的组成
伺服系统的组成
从自动控制理论的角度来分析，伺服控制 系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、 检测环节、比较环节等五部分。
伺服系统的组成
伺服系统组成原理图
伺服系统的组成
比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进的电路或计算机来实现。
伺服系统的技术要求
伺服系统技术要求
1.系统精度 2.稳定性 3.响应特性 4.工作频率
伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的 精确程度，以误差的形式表现，即动态误差、稳态误 差和静态误差。
稳定的伺服系统对输入变化是以一种振荡衰减的 形式反映出来，振荡的幅度和过程产生了系统的动态 误差；当系统振荡衰减到一定程度以后，我们称其为 稳态，此时的系统误差就是稳态误差；由设备自身零 件精度和装配精度所决定的误差通常指静态误差。
1.系统精度 2.稳定性 3.响应特性 4.工作频率
工作频率通常是指系统允许输入信号的频率 范围。
当工作频率信号输入时，系统能够按技术要 求正常工作；而其它频率信号输入时，系统不能 正常工作。
在机电一体化系统中，工作频率一般指的是 执行机构的运行速度。
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运动控制技术及应用
机电一体化伺服系统通常要求较高的稳定性。
伺服系统的技术要求
伺服系统技术要求
1.系统精度 2.稳定性 3.响应特性 4.工作频率
响应特性指的是输出量跟随输入指令变化 的反应速度，决定了系统的工作效率。
响应速度与许多因素有关，如计算机的运 行速度、运动系统的阻尼、质量等。
伺服系统的技术要求
基于PLC的伺服系统的运动控制系统设计
基于PLC的伺服系统的运动控制系统设计本文没有目录。
II引言本文介绍了一个运动控制系统，该系统可以实现对伺服电机的精确控制。
该系统由安装台面、XY伺服轴和旋转工作盘三部分组成。
通过个人计算机与PLC通讯输入运行程序，设定运行参数后，QD75P2系统模块控制伺服放大器的输出，之后伺服放大器给伺服电机输出信号，伺服电机反馈信号到伺服放大器，从而驱动跟踪圆盘上的磁珠转动。
III运动控制系统运动控制(nControl)通常是指在复杂条件下,将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动，实现机械运动精确的位置控制、速度控制加速度控制、转矩或力的控制。
电气运动控制是由电力拖动发展而来的,电力拖动或电气传动是对以电动机为对象的控制系统的通称。
从电力拖动开始,经历四十多年的发展过程,现代运动控制已成为一个以控制理论为基础，涵盖电机技术、电力电子技术、微电子技术、传感器检测技术、信息处理技术、自动控制技术、微计算机技术和计算机仿真和辅助制造技术等许多学科,且多种不同学科交叉应用的控制技术。
IV运动控制系统的构建该系统由两工位运动控制系统组成：2套伺服放大器及伺服电机、QD75系统模块、变频器、三菱可编程序控制器、触摸屏等组成。
构建“PLC+伺服放大器+伺服电机+触摸屏”的运动控制系统。
运动控制系统多种多样,但从基本结构上看,一个典型的现代运动控制系统的硬件主要由上位计算机、运动控制器、功率驱动装置、电动机、执行机构和传感器反馈检测装置等部分组成。
其中的运动控制器是指以中央逻辑控制单元为核心,以传感器为信号敏感元件,以电机或动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置。
它的主要任务是根据运动控制的逻辑、数学运算,为电机或其它动力和执行装置提供正确的控制信号。
V系统组成安装台面、XY伺服轴、旋转工作盘三大部分构成了运动控制模型。
图中上端为XY十字工作台（伺服电机控制），考虑到机械强度的问题，Y轴有两个平行轴固定，其中左侧的为主动驱动轴，右侧为从动轴；X轴平面装有霍尔传感器；上方为旋转工作台，工作盘由交流电机（电机的速度由变频器控制）带着转动工作时，在工作盘放入磁钢，当工作盘转动时，X轴上部安装的传感器须一直能够对应到磁钢（XY轴随动，传感器保持检测到磁钢而不脱开）。
运动控制技术及应用：伺服电机
伺服电机的结构及工作原理
伺服电机的结构及工作原理
工作原理：伺服系统（servo mechanism）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。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收 到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移。因为，伺服 电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发 出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫 闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了 多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确 的定位，精度可以达到0.001mm。
04 伺服电机分类
伺服电机分类
伺服电机
直流伺服电机
交流伺服电机 （无刷）
无刷直流 伺服电机
有刷直流 伺服电机
同步交流 伺服电机
异步交流 伺服电机
伺服电机分类
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。
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运动控制技术及应用
运动控制技术及应用
伺服电机
目录
01 认识伺服电机 02 伺服电机与步进电机比较 03 伺服电机的结构及工作原理 04 伺服电机分类
01 认识伺服电机
认识伺服电机
伺服电机（servo motor ）
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。
认识伺服电机
应用领域
伺服电机与步进电机比较
伺服电机步进电机性能比较
1.控制精度不同 2.低频特性不同 3.矩频特性不同
4.过载能力不同 5.运行性能不同 6.速度响应不同
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t t MOTION BUS
1..n
伺服运动控制系统的结构及应用
典型应用案例
伺服运动控制系统的结构及应用
连续包装机
伺服运动控制系统的结构及应用
伺服运动控制系统的结构及应用
控制系统配置结构
伺服运动控制系统的结构及应用
软件应用介绍
伺服运动控制系统的结构及应用
CoDeSys 是一种独立于硬件配置的软件开发环境 是一种符合 IEC 61131-3 标准的PLC 编程语言 CoDeSys 是 Controller Development System CoDeSys 是由 3S-Smart Software Solutions发布的
伺服运动控制系统的结构及应用
施耐德电气(中国)投资有限公司 运动控制部技术经理 李幼涵 高级工程师 Youhan.li@
伺服运动控制系统的结构及应用
运动控制需要解决的问题
伺服运动控制系统的结构及应用
1) 单轴: 位置控制.点到点
2) 多轴顺序: 多轴顺序起动/停止
在一个控制柜内 – 紧凑机器
MOTION CONTROLER
s
s
s t
t MOTION BUS
t
FIELDBUS
I/O
1..8
伺服运动控制系统的结构及应用
复杂机器
每一个控制器作为一个运动控制岛, 控制多达8台驱动器协调,同步运动. 运动的协调由PLC执行.
PLC
NETWORK
ss
s t
MOTION CONTROLER
Z
Y
X
3) 主/ 从: 从轴跟随主轴运动.
Z
Y
4) 多轴同步运动.
X
伺服运动控制系统的结构及应用
Pulse/Direction
MC
典型单轴控制系统结构
脉冲控制 模拟量控制
+/- 10 volt
MC
Encoder feedback
AC Servo
伺服运动控制系统的结构及应用
多轴控制系统结构
MC Field bus / Motion Bus
总线控制 Can_open Modbus Profibus_Dp DeviceNet SERCOS Ethernet ModBusplus FIPIO
伺服运动控制系统的结构及应用
在一个控制柜内 – 简单,紧凑机器
MOTION CONTROLER I/ O
s
s
s t
t
t
MOTION BUS
1..8
伺服运动控制动控制系统的结构及应用
一个编程案例
伺服运动控制系统的结构及应用
问题与讨论
伺服运动控制系统的结构及应用
谢谢！