伺服系统教学设计
伺服电机控制系统毕业论文设计
调速应用领域最初用得最多的是直流电机，随着交流调速技术特别是电力电子技术和控制技术的发展，交流变频技术获得了广泛应用，变频器和交流电动机迅速渗透到原来直流调速系统的绝大多数应用领域。近几年来，由于直流伺服电动机体积小、重量小和高效节能等一系列优点，中小功率的交流变频系统正逐步被直流伺服电动机系统所取代，特别是在纺织机械、印刷机械等原来应用变频系统较多的领域，而在一些直接由电池供电的直流电机应用领域，则更多的由直流伺服电动机所取代。
This article mainly discusses the designations of three-phase BLDCM velocity modulation system. The master controlled unit is BLDCM special-purpose control chip 80C196MC, assistanceswith the keyboard, the monitor, examines the electric circuit, the power electric circuit, actuates the electric circuit, the protection circuit and so on. The BLDCM with 3 Hall sensors establishing inside, to exam the position of the rotor and decide the phase change of electricalmachinery, the system calculates the rotational speed of the electrical machinery to realize the velocity-feedback control according to the Hall signal.
伺服系统的软件设计与开发
伺服系统的软件设计与开发伺服系统是一种具有反馈控制的电机控制系统，其主要功能是精确控制伺服电机的运动，使其在给定的时间内到达目标位置或达到目标速度。
在伺服系统中，软件系统起着至关重要的作用，它负责将高层控制指令转化为电机控制信号，并运行在嵌入式系统上，实时控制运动状态和运动精度。
1.伺服系统软件设计的基本要求伺服系统软件设计的基本要求是实时性、可靠性和稳定性。
实时性是指系统必须以确定的时间响应用户的指令，保证在规定的时间内完成控制任务。
可靠性是指系统必须在长时间的运行中保持稳定，不出现死机、控制失效等故障。
稳定性是指系统必须能够在不同环境下保持稳定的控制精度和运动精度。
2.伺服系统软件设计的框架和工具伺服系统的软件设计应该遵循模块化、可复用、可维护和可移植的原则。
常见的设计框架包括MVC模式、MVVM模式和其他基于组件化的设计模式。
软件的编写语言可以选择C、C++、Python等，开发环境可以使用Visual Studio、Eclipse等IDE软件。
同时要注意选择合适的编译器、调试器和代码版本管理工具。
3.伺服系统软件设计的关键技术（1）运动控制算法伺服系统的核心技术是运动控制算法，实现良好的运动控制算法是保证伺服系统运行稳定的关键。
运动控制算法主要包括位置控制、速度控制和力控制等方法，可以应用PID、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等算法实现。
（2）位置检测与反馈控制伺服系统需要有高精度的位置检测系统和反馈控制系统，以实现对电机位置的精确控制。
通常采用编码器、激光干涉仪、光电开关等位置传感器进行位置检测，通过高精度的反馈进行闭环控制。
（3）通信协议伺服系统需要与上位机、其他设备进行通信，因此需要制定或选择合适的通信协议。
常用的协议包括CAN总线、RS485总线、以太网通信等，应根据实际的控制应用场景选择。
4.伺服系统软件开发流程伺服系统软件开发需要遵循软件工程的基本原则和开发流程，包括需求分析、设计、编码、测试和维护等阶段。
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。
伺服系统概述 PPT课件
12 伺服系统概述
伺服系统的特点和功用
• 伺服系统与一般机床的进给系统有本质上差别，它能根据 指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置 • 伺服系统是数控装置和机床的联系环节，是数控系统的重 要组成
12 伺服系统概述
二、伺服系统基本类型
按控制原理分 有开环、闭环和半闭环三种形式 按被控制量性质分 有位移、速度、力和力矩等伺 服系统形式 按驱动方式分 有电气、液压和气压等伺服驱动形式 按执行元件分 有步进电机伺服、直流电机伺服和交 流电机伺服形式
12 伺服系统概述
气压系统与液压系统的比较
1.
2.
3. 4.
5.
空气可以从大气中取之不竭且不易堵塞；将用过的气体排入大 气，无需回气管路处理方便；泄漏不会严重的影响工作，不污 染环境。 空气粘性很小，在管路中的沿程压力损失为液压系统的干分之 一，易于远距离控制。 工作压力低．可降低对气动元件的材料和制造精度要求。 对开环控制系统，它相对液压传动具有动作迅速、响应快的优 点。 维护简便，使用安全，没有防火、防爆问题；适用于石油、化 工、农药及矿山机械的特殊要求。对于无油的气动控制系统则 特别适用于无线电元器件生产过程，也适用于食品和医药的生 产过程。
优点
操作简便；编程容易； 能实现定位伺服控制； 响应快、易与计算机 （CPU）连接；体积小、 动力大、无污染。
缺点
瞬时输出功率大；过载 差；一旦卡死，会引起 烧毁事故；受外界噪音 影响大。 功率小、体积大、难于 小型化；动作不平稳、 远距离传输困难；噪音 大；难于伺服。 设备难于小型化；液压 源和液压油要求严格； 易产生泄露而污染环境。
12 伺服系统概述
三、伺服系统基本要求
精度高： 稳定性好：
开式伺服压力机课程设计
SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ课程设计说明书J21-400伺服曲柄压力机设计分析学院：机械工程学院专业：材料成型及控制工程学生姓名：###学号：03#######指导教师：***2012 年7月目录第一章引言 (1)1.1伺服压力机的最新进展 (1)1.2本设计的技术参数与设计内容 (5)1.3本设计的目的与意义 (5)第二章伺服曲柄压力机的设计分析 (6)2.1工作原理 (6)2.2运动分析 (6)2.3受力分析 (10)第三章伺服曲柄压力机的设计计算 (14)3.1动力系统设计 (14)3.2工作机构设计 (15)第四章伺服曲柄压力机的设计制图 (16)4.1工作机构设计制图 (16)4.2整机结构设计制图 (17)第五章结束语 (18)符号说明AB F 为连杆作用力Q 为导轨作用力F 为负载作用力g F 标称压力λ为连杆长度系数α为曲柄转角S 为滑块固定行程g s 为标称压力行程n 为压力行程次数P 为电动机功率0P 为电动机设计功率n M 为电动机转矩L M 为曲柄受转矩gL M 为曲柄在标称压力角处扭矩值q M 为曲轴上的总转矩第一章引言1.1伺服压力机的最新进展（1）伺服压力机的发展历程传统的机械式压力机其传动方式主要是由电机的转动经过飞轮、曲轴连杆机构转变成滑块的直线运动, 并用离合器控制滑块的运动与停止。
压力机的历史相对于机械工业来说非常长,但是它的革新进展却非常慢。
自从1 9 60 年欧洲和美国联合开发了连杆机构与连杆运动以来, 驱动机构与压力机滑块运动已经有 4 0 年没有明显的改变或进步。
现代制造技术的发展要求压力机不仅能够高速度、高精度、大负载地运转,而且应具有更大的柔性,能迅速、方便地改变输出运动规律。
近年来,快速发展的粉末成形、难成形材料成形、复杂形状零件成形、复合成形以及高精度成形技术对冲压设备的工作性能提出了更严格的要求,迫切需要开发新一代柔性机械压力机。
基于PLC的伺服电机位置控制系统设计
基于PLC的伺服电机位置控制系统设计摘要：近年来生产技术迅速发展，与之带来的是对伺服电动机的要求越来越高，尤其是在位置控制的精准性方面，本文对伺服系统的基本知识做了简要介绍，设计了一种位置控制系统，包含伺服系统的选型、硬件接线，参数设置。
通过伺服系统与西门子PLC的配合设计，然后建立运动向导并选用西门子公司相关软件功能技术，形成了运动控制子程序，通过对子程序的调用，最终完成位置以及速度控制的实现。
关键词：PLC；伺服；电动机；位置控制中图分类号 TP27 文献标识码 A1.伺服系统伺服系统实现的任务就是使执行机构平滑地、快速地、精确地执行控制装置发布的指令要求。
伺服系统由伺服电动机、传感器以及驱动器等组成，其中传感器主要作用为检测。
伺服系统可以通过PLC控制实现位置以及速度的调控，因此其在机械及自动化方面被广泛应用。
伺服电动机分直流式和交流式两种。
直流伺服电动机因其调速性能好、运转平稳等优点，在电动机的调速装置中占据着部分位置。
随着现代电机技术及交流技术的的快速发展,交流电动机越来越多的被使用，致使直流电动机的使用逐渐减少。
现代高性能的伺服系统大多数采用永磁交流伺服系统。
此系统包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器构成。
永磁同步交流伺服电动机内部转子是永磁铁，驱动器控制U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动。
交流伺服驱动器它主要由以下几个部分组成，第一部分为功率驱动单元，第二部分为通信接口单元，第三部分为伺服控制单元，第四部分为反馈检测器件等[1]。
2.硬件设计本文选用的PLC型号为S7-200SMART（ST40）。
ST40标准型CPU模块为晶体管输出，24VDC供电，具有24DI/16DO、具有高速脉冲输出口，能够组态运动。
伺服系统选型的伺服电机、驱动装置规格分别为MHMD022G1U、MADDT1507E[2]。
3.伺服系统的接线及参数设置系统按照下图1所示进行接线，依图所示分别接至主电源及控制电源端子。
伺服系统
内容提要
1 2 3 4
常用执行装置
步进伺服系统
交流伺服系统
直流伺服系统
常见执行装置
1.微动装置
（1）机械式微动装置
常见执行装置
1.微动装置
（2）热变形式微动装置
常见执行装置
1.微动装置
（3）磁致伸缩式微动装置
常见执行装置
1.微动装置
（4）电气机械式微动装置
常见执行装置
2.工业机器人末端执行期
交流伺服系统
一、交流伺服驱动系统的组成
一般闭环伺服系统的结构是一个三环结构系统，外环 是位置环，中环是速度环，内环为电流环。
CNC 位置调节 速度调节 电流调节 转换驱动 电流反馈 工作台
M
G
速度反馈
位置反馈
交流伺服系统
二、闭环位置控制的实现
插补程序输出ΔX，新的指令位置X+ΔX与计数器中的
实际位置XF进行比较，其差值经增益放大，并由D/A转换为
（1）机械夹持器
常见执行装置
2.工业机器人末端执行期
（1）机械夹持器
常见执行装置
2.工业机器人末端执行期
（2）特种末端执行期
真空吸附手
电磁吸附手
常见执行装置
3.静压轴承
工作原理：依靠供油装 置，将高压油压入轴承 间隙中，强制形成油膜。 节 特点：静压轴承在任 何工况下都能胜任工 作。
设计：潘存云
交流伺服系统
2、伺服系统的参数 速度环
增益
零点漂移 测速反馈深度
滞后时间常数
位置环 增益
精停和粗停允差
反向间隙补偿 丝杠螺距误差补偿
项目二 进给伺服驱动系统
3、全数字式伺服系统 CNC系统与伺服驱动之间传递的信息包括：位置、速度、 扭矩等，伺服驱动装置可独立完成位置控制。
伺服控制方案
2.驱动器配置
-根据负载特性选择合适的伺服驱动器，确保电机性能最大化。
-设置驱动器参数，包括速度环、位置环增益，以及电流限制等，以实现最佳控制效果。
3.电机与传感器选型
-根据应用需求，选择适当的伺服电机，确保足够的扭矩和速度范围。
-配置高精度传感器，如绝对式编码器，以提高位置反馈的准确度。
二、系统设计原则
1.高可靠性：确保系统长期稳定运行，降低故障率。
2.高性能：优化系统响应速度和精度，满足高精度控制需求。
3.易维护：设计简洁，便于日常维护和故障排查。
4.灵活性：系统具备良好的兼容性和扩展性，适应不同应用场景。
三、系统构成
本伺服控制方案包括以下核心组成部分：
1.控制单元：负责整个系统的指令生成、信号处理和状态监控。
c.通过测试，验证伺服电机在负载变化时的性能。
4.传感器及通讯网络
选用高精度、高可靠性的传感器，构建稳定、高速的通讯网络。具体措施如下：
a.选用符合项目需求的传感器，如编码器、力传感器等；
b.采用高速、抗干扰能力强的通讯协议，如EtherCAT等；
c.优化网络布局，降低通讯延迟。
五、系统性能测试与优化
伺服控制方案
第1篇
伺服控制方案
一、项目背景
随着工业自动化水平的不断提高，伺服控制系统在各个领域的应用越来越广泛。为了满足某项目对伺服控制系统的需求，确保系统的稳定、高效、安全运行，特制定本方案。
二、方案目标
1.确保伺服控制系统的稳定性和可靠性；
2.提高伺服控制系统的响应速度和精度；
3.优化系统性能，降低能耗；
1.系统性能测试
对系统进行以下性能测试：
如何设计高性能伺服系统
如何设计高性能伺服系统高性能伺服系统是现代工业自动化领域中不可或缺的部分，它具有快速响应、高精度、可靠性强等特点，已经广泛应用于工业生产和机器人控制等领域。
那么，如何设计高性能伺服系统呢？一、系统性能需求分析在设计高性能伺服系统之前，首先需要进行系统性能需求分析。
要考虑到系统对控制精度、速度和力矩等方面的需求，同时还要考虑到可靠性、抗干扰能力、响应速度等方面的因素。
同时要确定系统的实时性和运行周期，以及每个周期的计算量，和目标芯片的处理能力比较。
二、伺服系统结构设计伺服系统的结构设计是关键之一。
一般伺服系统由电机、传感器、控制器三个基本部分组成。
其中，电机是伺服系统的执行机构，传感器用来检测机器人的位置和状态，控制器则是伺服系统的核心部件。
采用先进的无刷伺服电机，可以大大提高系统的动态性能和控制精度，同时降低噪声和振动。
控制器一般采用数字信号处理器（DSP），配合高速ADC和PWM模块，用于实时控制电机转速和输出力矩。
同时还要注意控制系统的稳定性和滤波性能，避免产生过度震荡或粘滞现象。
三、控制算法设计控制算法设计是伺服系统设计的核心之一。
常用的控制算法有PID 控制器、模糊控制、自适应控制等。
PID控制器是伺服系统中最常用的一种控制算法，通过不断对反馈信号进行调整，使输出信号逐步趋近于目标值，从而实现对电机速度和位置等参数的控制。
四、信号采集和处理设计信号采集和处理是伺服系统实现高精度控制的关键技术之一。
由于所采集的信号可能存在噪声和杂波，因此需要采用滤波、放大和去噪等技术进行处理。
同时还需要对信号进行采样和量化，使其能够被数字信号处理器进行处理。
五、系统硬件设计伺服系统的硬件设计也是非常关键的。
硬件设计要考虑到可靠性、稳定性、抗干扰能力等因素。
通常要对系统的电源、电路、线路和机构进行分析和设计。
六、系统软件设计伺服系统的软件设计也非常重要。
一般情况下，伺服系统的软件设计需要考虑到以下几个方面。
伺服系统
内 容 提 要
伺服系统的特征及组成
伺服系统控制对象的数学模型
伺服系统的设计
9.1伺服系统的特征及组成
伺服系统的功能是使输出快速而准确地 复现给定，对伺服系统具有如下的基本 要求： (1) 稳定性好 伺服系统在给定输入和外 界干扰下，能在短暂的过渡过程后，达 到新的平衡状态，或者恢复到原先的平 衡状态。
伺服系统的开环传递函数
9.2.1 直流伺服系统控制对 象的数学模型
图9-6 带有电流闭环控制的对象结构图
9.2.2交流伺服系统控制对 象的数学模型
用交流伺服电动机作为伺服系统的执行电 动机，称作交流伺服系统。 常用的交流伺服电动机有三相异步电动机、 永磁式同步电动机和磁阻式步进电动机等， 也可用电励磁的同步伺服电动机。 无论是异步电动机，还是同步电动机，经 过矢量变换、磁链定向和电流闭环控制均 可等效为电流控制的直流电动机。
直流伺服电动机的状态方程
d 1 1 Te TL dt J J R dI d 1 1 Id E Ud0 dt L L L
机械传动机构的状态方程
d m dt j
9.2.1 直流伺服系统控制对 象的数学模型
驱动装置的近似等效传递函数
Ks Ts s 1
最大的开环极点，以加快系统的响应过 程。 系统的开环传递函数
K W op ( s ) s(Ts s 1)(T2 s 1)
9.3.2单环位置伺服系统
伺服系统的闭环传递函数
K W cl ( s) TsT2 s 3 (Ts T2 ) s 2 s K
闭环传递函数的特征方程式
9.1.2伺服系统的组成
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伺服系统教学设计
引言
随着工业自动化的不断发展，伺服系统作为其中一个重要的组成部分，也受到了越来越多的关注。
在工业自动化控制系统中，伺服系统起到了至关重要的作用，可以保证机械系统的精度、稳定性和速度等方面的性能。
因此，对于工程技术人员来说，了解和掌握伺服系统的原理和设计是非常重要的。
本文将介绍一种针对伺服系统教学设计的方式，旨在帮助学生更好地学习和掌握伺服系统的相关知识。
教学目标
本课程的目标是让学生掌握以下知识和技能：
1.理解伺服系统的基本原理和组成部分；
2.了解伺服系统的应用场景和实际应用；
3.掌握伺服系统的设计和调试方法；
4.能够独立完成一个简单的伺服系统设计和调试。
教学内容
本课程的教学内容主要包括以下几个方面：
1. 伺服系统基本原理
介绍伺服系统的工作原理和常用的控制方式，包括位移、速度和力控制。
详细讲解伺服系统的反馈、控制电路和控制算法等内容，让学生对伺服系统的原理有更深入的了解。
2. 伺服系统组成部分
讲解伺服系统的常用组成部分，包括电机、编码器、减速器、控制器、运动控制卡等，进一步深入学生的了解伺服系统的构造和实现方式。
3. 伺服系统设计方法
讲解伺服系统设计过程中的关键步骤和方法，包括理解需求、机械设计、电气设计、编码器分辨率的选择、PID控制算法的实现等等。
通过具体例子和实验来让学生深入掌握这些方法。
4. 伺服系统调试方法
讲解伺服系统调试过程中的注意事项和解决方法，包括控制参数选择、PID调参原则、电机初始位置的确定、运动轨迹规划等。
通过具体实验来让学生掌握这些方法。
教学形式
本课程的教学形式主要采用理论授课和实验结合的方式。
理论授课将介绍伺服系统的基本原理和应用，通过理论讲解和电路图示例来帮助学生更好地理解伺服系统的构成和原理。
实验将让学生亲自操作伺服系统，设计和调试一个伺服系统，从而更好地加深对伺服系统的认识和掌握能力。
教学成果评估方法
本课程的教学成果评估将基于学生设计和调试一个伺服系统的成果，通过以下几个方面来评估学生的掌握能力：
1.伺服系统的正常运动轨迹，包括精度和稳定性等方面的表现；
2.伺服系统的控制参数设置是否合理，如PID参数、编码器分辨率等；
3.学生在实验中的表现和思考过程。
结论
伺服系统是一个非常重要的工业自动化控制系统的组成部分，对于学生掌握伺服系统的原理和设计方法非常重要。
通过本课程的教学方式和教学内容，可以帮助学生更好地了解伺服系统的原理和组成部分，掌握伺服系统的设计和调试方法，最终能够独立完成一个简单的伺服系统设计和调试。