伺服系统的发展趋势ppt课件
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伺服控制(电液伺服系统 )课件
20
（二）系统的闭环刚度特性
闭环惯性环节转折频率的无因次曲线
17
闭环振荡环节固有频率无因次曲线
当h和Kv/h较小时
nc h
18
当h和Kv/h较小时
2 nc 2 h — Kv / h
闭环振荡环节阻尼系数无因次曲线
19
系统频宽主要受h和h的影响 和限制，应适当提高h和 h ， 但过大的 h会降低nc，影响响
应速度。
电液位置控制系统闭环频率特性曲线
4）只有在工作频率接近谐振频率h时才有稳定性问题。当工作频率 接近h时，负载压力且也将接近ps了，也就是说压力趋于饱和，Kc变得很
大，阻尼系数比较高。
14
P116页使系统满足一定稳定要求的参数估算
由于以上几点原因，估算时一般可用
Kv
h
3
电液位置伺服系统难于得到较大的幅值稳定裕量Kg，而相位稳定
裕量 易于保证。
6
位置比较用电压比较代替 缸
电液伺服阀 液压能源
样板 给定
xi 位移 ei 比较eg 电伺服 I
传感器
- 放大器
ef
力矩 马达
液压 放大元件
扰动
液压 xp
执行件
位移 传感器1
A 双传感器阀控位置控制系统
7
由计算机图 形代替样板
程序 ei 比较eg
给定
-
ef
电液伺服阀 液压能源
电伺服 i 放大器
力矩 马达
11
将电液伺服阀看成比例环节
Kv
Ke Kd Ka Ksv iDm
TL
K V ce
iD K m
4
s
t
1
e ce
i +
（二）系统的闭环刚度特性
闭环惯性环节转折频率的无因次曲线
17
闭环振荡环节固有频率无因次曲线
当h和Kv/h较小时
nc h
18
当h和Kv/h较小时
2 nc 2 h — Kv / h
闭环振荡环节阻尼系数无因次曲线
19
系统频宽主要受h和h的影响 和限制，应适当提高h和 h ， 但过大的 h会降低nc，影响响
应速度。
电液位置控制系统闭环频率特性曲线
4）只有在工作频率接近谐振频率h时才有稳定性问题。当工作频率 接近h时，负载压力且也将接近ps了，也就是说压力趋于饱和，Kc变得很
大，阻尼系数比较高。
14
P116页使系统满足一定稳定要求的参数估算
由于以上几点原因，估算时一般可用
Kv
h
3
电液位置伺服系统难于得到较大的幅值稳定裕量Kg，而相位稳定
裕量 易于保证。
6
位置比较用电压比较代替 缸
电液伺服阀 液压能源
样板 给定
xi 位移 ei 比较eg 电伺服 I
传感器
- 放大器
ef
力矩 马达
液压 放大元件
扰动
液压 xp
执行件
位移 传感器1
A 双传感器阀控位置控制系统
7
由计算机图 形代替样板
程序 ei 比较eg
给定
-
ef
电液伺服阀 液压能源
电伺服 i 放大器
力矩 马达
11
将电液伺服阀看成比例环节
Kv
Ke Kd Ka Ksv iDm
TL
K V ce
iD K m
4
s
t
1
e ce
i +
第三章 伺服系统
Position Regulation Unit 位置调节单元 Velocity Regulation Unit 速度调节单元 Electric Current Regulation Unit 电流调节单元 Detection device 检测装置
In general ,the Closed-loop system includes Position Loop、 Speed Loop 、 Electric Current Loop. 一般闭环系统为三环结构：位置环、速度环、电流环
• 数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺 服单元。
Servo system is a main subsystem of the numerical control system . If the CNC device is the numerical control system ‘s“brains”, then the servo system is a
计算方法。学习中，应特别注意各种伺服驱动元件的调速
方法和调速原理，了解各种驱动元件之间的性能比较及其 应用场合
• 3.1 Overview 概述
3.1.1 the function of the system 系统功能
The automatic control system which uses position and velocity as control
G
Position Loop、 Speed Loop and Electric Current Loop are made of Regulation control, testing and feedback modules. 位置、速度和电流环均由：调节控制模 块、检测和反馈部分组成。电力电子驱动装置由驱动信号产生电路和功率放大 器组成。 Position control includes position, speed and current control ;Speed control includes the speed and current control.位置控制包括位置、速度和电流控制；速度控制包 括速度和电流控制。
In general ,the Closed-loop system includes Position Loop、 Speed Loop 、 Electric Current Loop. 一般闭环系统为三环结构：位置环、速度环、电流环
• 数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺 服单元。
Servo system is a main subsystem of the numerical control system . If the CNC device is the numerical control system ‘s“brains”, then the servo system is a
计算方法。学习中，应特别注意各种伺服驱动元件的调速
方法和调速原理，了解各种驱动元件之间的性能比较及其 应用场合
• 3.1 Overview 概述
3.1.1 the function of the system 系统功能
The automatic control system which uses position and velocity as control
G
Position Loop、 Speed Loop and Electric Current Loop are made of Regulation control, testing and feedback modules. 位置、速度和电流环均由：调节控制模 块、检测和反馈部分组成。电力电子驱动装置由驱动信号产生电路和功率放大 器组成。 Position control includes position, speed and current control ;Speed control includes the speed and current control.位置控制包括位置、速度和电流控制；速度控制包 括速度和电流控制。
《伺服传动技术》课件
惯量匹配的优势和劣势
1 优势
提高系统响应速度和稳定性
2 劣势
需要对传动系统进行深入了解和调试
调节方法
比例积分调节方法
根据误差的大小和变化率进行 控制
比例积分微分调节方 法
在比例积分控制的基础上加入 微分项，提高控制系统的稳定 性
优化调节方法
通过优化算法寻找最佳控制参 数，使得系统的性能达到最优
应用案例
伺服传动在CNC机床中的 应用
伺服传动技术在CNC机床中能够 提供高精度、高速度和高稳定性 的运动控制，实现复杂的加工工 艺。
伺服传动在工业机器人中 的应用
伺服传动技术能够使工业机器人 具备高度灵活性和精准性，适用 于各种复杂的装配任务。
伺服传动在医疗设备中的 应用
伺服传动技术在医疗设备中可以 实现精确的位置和力控制，确保 手术和治疗的安全和准确性。
将电机的动力传递给负载
控制器
监测和控制传动过程
传动系统的分类
1 齿轮传动
适用于大功率、低转速的 应用
2 皮带传动
适用于远距离传动和缓和 冲击的应用
3 链条传动
适用于高速、高负载的应 用
传动系统的选择
1 负载要求
根据负载类型和特性选择合适的传动系统
2 空间限制
考虑到安装空间和尺寸限制选择适合的传动系统
伺服传动技术的应用范围
伺服传动技术广泛应用于各个领域，包括机械制造、自动化设备、航空航天、电子设备等。它能够提供高精度、 高速度、高可靠性的运动控制，满足不同领域的需求。
伺服传动技术的优势和劣势
1 优势
高精度的运动控制能力
2 劣势
较高的成本和复杂的调试过程
传动系统的组成
伺服电机与伺服控制系统原理全演示文稿
控制电路简单，不需附加关断电路，开关特性好。 广泛应 用中、小功率直流伺服系统。
U
脉宽
脉宽
脉宽
脉宽
周期不变 周期不变
平均直流电压
ωt
第38页，共47页。
7.3 直流伺服电机及其速度控制
U
Ia +
U T Ton
主要内容
Ea
t
VD
Ua
M
Ea
Ia
t
-
直流电机电压的平均值:
T—脉冲周期，
t
UaT 1 0TEaTTonEa
控制 回路
电流环：电流调节，作用：系统快速性、稳定性改善。
触发脉冲发生器：产生移相脉冲，使可控硅触发角前移或 后移。
主回路：可控硅整流放大器：整流、放大、驱动，使电机转动。
第33页，共47页。
7.3 直流伺服电机及其速度控制
主回路由大功率晶闸管构成的三相全控桥式反并接可逆电路，分 成二大部分（ Ⅰ和 Ⅱ ），每部分内按三相桥式连接，二组反并 接，分别实现正转 和反转。
i ——电枢电流
a
i f ——励磁电流
R a ——电枢电路的电阻
R f ——励磁回路的电阻
L a ——电枢回路的自感系数
L f ——励磁回路的自感系数
——电动机的机械角速度
第16页，共47页。
2. 机械系统的转矩平衡方程
Te
T2
T0
J
d
dt
T e ——电磁转矩 T 2 ——负载转矩
T 0 ——空载损耗转矩
与晶闸管调速系统比较，速度调节器和电流调节
器原理一样。不同的是脉宽调制器和功率放大器。
第41页，共47页。
7.3 直流伺服电机及其速度控制 脉宽调制器
U
脉宽
脉宽
脉宽
脉宽
周期不变 周期不变
平均直流电压
ωt
第38页，共47页。
7.3 直流伺服电机及其速度控制
U
Ia +
U T Ton
主要内容
Ea
t
VD
Ua
M
Ea
Ia
t
-
直流电机电压的平均值:
T—脉冲周期，
t
UaT 1 0TEaTTonEa
控制 回路
电流环：电流调节，作用：系统快速性、稳定性改善。
触发脉冲发生器：产生移相脉冲，使可控硅触发角前移或 后移。
主回路：可控硅整流放大器：整流、放大、驱动，使电机转动。
第33页，共47页。
7.3 直流伺服电机及其速度控制
主回路由大功率晶闸管构成的三相全控桥式反并接可逆电路，分 成二大部分（ Ⅰ和 Ⅱ ），每部分内按三相桥式连接，二组反并 接，分别实现正转 和反转。
i ——电枢电流
a
i f ——励磁电流
R a ——电枢电路的电阻
R f ——励磁回路的电阻
L a ——电枢回路的自感系数
L f ——励磁回路的自感系数
——电动机的机械角速度
第16页，共47页。
2. 机械系统的转矩平衡方程
Te
T2
T0
J
d
dt
T e ——电磁转矩 T 2 ——负载转矩
T 0 ——空载损耗转矩
与晶闸管调速系统比较，速度调节器和电流调节
器原理一样。不同的是脉宽调制器和功率放大器。
第41页，共47页。
7.3 直流伺服电机及其速度控制 脉宽调制器
直流伺服系统设计
器械、印刷机械等领域。
02 直流伺服系统设计基础
CHAPTER
电机选择
根据系统需求选择合适的电机 类型，如无刷直流电机、有刷 直流电机等。
考虑电机的扭矩、转速、尺寸 和重量等参数，以确保电机能 够满足系统性能要求。
考虑电机的效率和温升，以降 低能耗和提高系统稳定性。
驱动器设计
根据电机类型和系统需求，设计合适的驱动器电路，包括电源、控制信号、保护电 路等。
工作原理
控制器
控制器是直流伺服系统的核心部 分，负责接收指令信号，并与电 机反馈信号进行比较，根据比较
结果输出控制信号。
电机
直流电机是系统的执行元件，根据 控制信号调整电机的输入电流或电 压，从而实现精确的运动控制。
反馈装置
为了实现精确控制，直流伺服系统 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ常配备位置、速度或力矩传感器 等反馈装置，将实际运动状态反馈 给控制器。
霍尔编码器
霍尔编码器也具有较高的测量精度和可靠性，适用于对测量精度 要求较高的应用。
磁编码器
磁编码器利用磁场变化来测量转速和位置，具有较小的体积和较 高的测量精度。
控制器
1 2
微控制器
微控制器是伺服控制系统的核心，负责接收输入 信号、计算输出信号并控制伺服系统的运行。
数字信号处理器
数字信号处理器具有较高的计算能力和数据处理 能力，适用于对计算能力要求较高的应用。
3
可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器适用于需要自动化控制和逻辑 运算的应用，具有较好的可靠性和稳定性。
驱动器
晶体管驱动器
晶体管驱动器利用晶体管的开关特性 来控制电流的通断，具有较快的响应 速度和较大的输出电流。
继电器驱动器
继电器驱动器利用继电器的触点开关 来控制电流的通断，适用于对输出电 流要求较低的应用。
02 直流伺服系统设计基础
CHAPTER
电机选择
根据系统需求选择合适的电机 类型，如无刷直流电机、有刷 直流电机等。
考虑电机的扭矩、转速、尺寸 和重量等参数，以确保电机能 够满足系统性能要求。
考虑电机的效率和温升，以降 低能耗和提高系统稳定性。
驱动器设计
根据电机类型和系统需求，设计合适的驱动器电路，包括电源、控制信号、保护电 路等。
工作原理
控制器
控制器是直流伺服系统的核心部 分，负责接收指令信号，并与电 机反馈信号进行比较，根据比较
结果输出控制信号。
电机
直流电机是系统的执行元件，根据 控制信号调整电机的输入电流或电 压，从而实现精确的运动控制。
反馈装置
为了实现精确控制，直流伺服系统 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ常配备位置、速度或力矩传感器 等反馈装置，将实际运动状态反馈 给控制器。
霍尔编码器
霍尔编码器也具有较高的测量精度和可靠性，适用于对测量精度 要求较高的应用。
磁编码器
磁编码器利用磁场变化来测量转速和位置，具有较小的体积和较 高的测量精度。
控制器
1 2
微控制器
微控制器是伺服控制系统的核心，负责接收输入 信号、计算输出信号并控制伺服系统的运行。
数字信号处理器
数字信号处理器具有较高的计算能力和数据处理 能力，适用于对计算能力要求较高的应用。
3
可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器适用于需要自动化控制和逻辑 运算的应用，具有较好的可靠性和稳定性。
驱动器
晶体管驱动器
晶体管驱动器利用晶体管的开关特性 来控制电流的通断，具有较快的响应 速度和较大的输出电流。
继电器驱动器
继电器驱动器利用继电器的触点开关 来控制电流的通断，适用于对输出电 流要求较低的应用。
第6部分电液伺服控制系统32页PPT
3
6.1 概述
组成电液比例控制系统的基本元件：
1）指令元件 2）比较元件 3）电控器 4）比例阀 5）液压执行器 6）检测反馈元件
第6章 电液伺服控制系统
4
6.1 概述
6.1.2 电液比例控制系统的特点及组成
第控制的主要优点是： 1）操作方便，容易实现遥控 2）自动化程度高，容易实现编程控制 3）工作平稳，控制精度较高 4）结构简单，使用元件较少，对污染不敏感 5）系统的节能效果好。
第6章 电液伺服控制系统
8
6.2 电液比例控制基本回路
2.采用先导式比例溢流阀的调压回路
第6章 电液伺服控制系统
9
6.2 电液比例控制基本回路
3.电液比例减压控制系统
第6章 电液伺服控制系统
10
6.2 电液比例控制基本回路
6.2.2 电液比例流量控制
电液比例速度调节三种方式： 1）比例节流调速 2）比例容积调速 3）比例容积节流调速
6.3 电液比例电控技术
（2）阶跃函数发生器
（3）双路平衡电路
第6章 电液伺服控制系统
22
6.3 电液比例电控技术
（4）初始电流设定电路
第6章 电液伺服控制系统
23
6.3 电液比例电控技术
第6章 电液伺服控制系统
24
6.3 电液比例电控技术
第6章 电液伺服控制系统
25
6.3 电液比例电控技术
第6章 电液伺服控制系统
16
6.3 电液比例电控技术
6.3.3 比例控制放大器主要电路的构成、原理及功能
第6章 电液伺服控制系统
17
6.3 电液比例电控技术
1.电源电路 比例控制放大器电源电路主要作用：从标准电源中获得和分离出比例控制 放大器正常工作所需的各种直流稳定电源，并且在电网电压、负载电流及环境 温度允许范围内变化，保证输出直流电压的稳定性。同时，还兼有电源电压极 性反接、过流、短路自保护自恢复等非熔断式保护功能，以保证比例控制放大 器的工作可靠性。
伺服系统三环控制课件
B R K
M
T1
3/4 AC100 R S T
PPT学习交流
12
2.2伺服放大器的基本结构
LSI 位置芯片
螺 距 误 差 补 偿 （ PRM1000-4000）
CPU
环增益 PRM（517）
DGN （800~803）
插补器
CMR
ZPn
参考计数器
误差寄存器
D /A
-
DMR
方向鉴别
P C A ,P C B ,P C Z
40
PPT学习交流
41
PPT学习交流
42
PPT学习交流
43
PPT学习交流
44
如果10mm的螺距，N/M设定了12/1000，相当于电机多转了。指 令了X10mm, 实际走了12mm。
这样设定是说10000个脉冲相当于电机要发出12000个脉冲。误差 寄存器的值这时为0。
PPT学习交流
45
DGN （800~803）
插补器
CMR
ZPn
参考计数器
误差寄存器
D /A
-
DMR
方向鉴别
P C A ,P C B ,P C Z
PCZ DAL
断线检测 ALM 电路
PCA, PCB PCA， *PCB
ENBL（ SV Fx） PRDY
驱动 驱动
ENBL PRDY
VRDY
驱动
VRDY
CH1
CN1
Vcm d
PPT学习交流
9
PPT学习交流
10
2.伺服系统的硬件构成
2.1 FANUC 伺服系统的基本结构 2.2 伺服伺服放大器的构成 2.2 伺服放大器的发展过程和区别
M
T1
3/4 AC100 R S T
PPT学习交流
12
2.2伺服放大器的基本结构
LSI 位置芯片
螺 距 误 差 补 偿 （ PRM1000-4000）
CPU
环增益 PRM（517）
DGN （800~803）
插补器
CMR
ZPn
参考计数器
误差寄存器
D /A
-
DMR
方向鉴别
P C A ,P C B ,P C Z
40
PPT学习交流
41
PPT学习交流
42
PPT学习交流
43
PPT学习交流
44
如果10mm的螺距，N/M设定了12/1000，相当于电机多转了。指 令了X10mm, 实际走了12mm。
这样设定是说10000个脉冲相当于电机要发出12000个脉冲。误差 寄存器的值这时为0。
PPT学习交流
45
DGN （800~803）
插补器
CMR
ZPn
参考计数器
误差寄存器
D /A
-
DMR
方向鉴别
P C A ,P C B ,P C Z
PCZ DAL
断线检测 ALM 电路
PCA, PCB PCA， *PCB
ENBL（ SV Fx） PRDY
驱动 驱动
ENBL PRDY
VRDY
驱动
VRDY
CH1
CN1
Vcm d
PPT学习交流
9
PPT学习交流
10
2.伺服系统的硬件构成
2.1 FANUC 伺服系统的基本结构 2.2 伺服伺服放大器的构成 2.2 伺服放大器的发展过程和区别
伺服电机及其控制原理-PPT
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
１０００脉冲 → ３６０°（１圈）
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
位置 ＝ 脉冲数 速度 ＝ 脉冲频率
42
问题8：伺服电机过热（电机烧毁）。
原因：1、负载惯性（负荷）太大，增大电机和控制器 的容量；2、设备（机械）松动、脱落，重新确认设备 （机械）各部件；3、与驱动器接线错误，确认电机和 控制器名牌，根据说明书检查是否接线错误。4、电机 轴承故障。5、电机故障（接地、缺相等）
43
3.1 伺服控制器概述
伺服驱动器（servo drives） 又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是 用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似 于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统 的一部分，主要应用于高精度的定位系统。
44
伺服控制器的作用
1、按照定位指令装置输出的脉冲串，对工件进行定位控制。 2、伺服电机锁定功能：当偏差计数器的输出为零时，如果有外力
34
需要我们注意的是： 伺服电机实际使用当中，必须了解电
机的型号规格，确认好电机编码器的分 辨率，才能选择合适的伺服控制器。
35
松下伺服电机常见故障分析
问题1：对伺服电机进行机械安装时，应该 注意什么问题？
由于每台伺服电机都带有编码器，它是一个十分容易碎 的精密光学器件，过大的冲击力会使其破坏。因而在安 装的过程中要避免对编码器使用过大的冲击力。
开环伺服系统结构简图
数控装置发出脉冲指令，经过脉冲分配和功 率放大后，驱动步进电机和传动件的累积误 差。因此，开环伺服系统的精度低，一般可 达到0.01mm左右，且速度也有一定的限制。