伺服控制系統(tǒng)-機(jī)床行業(yè)百科-機(jī)床商務(wù)網(wǎng)

1基本釋義

2主要指標(biāo)

3結(jié)構(gòu)組成

.比較環(huán)節(jié)

.控制器

.執(zhí)行環(huán)節(jié)

1基本釋義

伺服控制系統(tǒng)是一種能對(duì)試驗(yàn)裝置的機(jī)械運(yùn)動(dòng)按預(yù)定要求進(jìn)行自動(dòng)控制的操作系統(tǒng)。 [2] 在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒(méi)有原則上的區(qū)別。

2主要指標(biāo)

衡量伺服控制系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)系統(tǒng)精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)特性、工作頻率四大方面，特別在頻帶寬度和精度方面。
頻帶寬度簡(jiǎn)稱帶寬，由系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性來(lái)規(guī)定，反映伺服系統(tǒng)的跟蹤的快速性。帶寬越大，快速性越好。伺服系統(tǒng)的帶寬主要受控制對(duì)象和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性的限制。慣性越大，帶寬越窄。一般伺服系統(tǒng)的帶寬小于15赫，大型設(shè)備伺服系統(tǒng)的帶寬則在1～2赫以下。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，由于發(fā)展了力矩電機(jī)及高靈敏度測(cè)速機(jī)，使伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了直接驅(qū)動(dòng)，革除或減小了齒隙和彈性變形等非線性因素，使帶寬達(dá)到50赫，并成功應(yīng)用在遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、精密指揮儀等場(chǎng)所。伺服系統(tǒng)的精度主要決定于所用的測(cè)量元件的精度。因此，在伺服系統(tǒng)中必須采用高精度的測(cè)量元件，如精密電位器、自整角機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器等。此外，也可采取附加措施來(lái)提高系統(tǒng)的精度，例如將測(cè)量元件（如自整角機(jī)）的測(cè)量軸通過(guò)減速器與轉(zhuǎn)軸相連，使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角得到放大，來(lái)提高相對(duì)測(cè)量精度。采用這種方案的伺服系統(tǒng)稱為精測(cè)粗測(cè)系統(tǒng)或雙通道系統(tǒng)。通過(guò)減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測(cè)角線路稱精讀數(shù)通道，直接取自轉(zhuǎn)軸的測(cè)角線路稱粗讀數(shù)通道。

3結(jié)構(gòu)組成

機(jī)電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),類型繁多,但從自動(dòng)控制理論的角度來(lái)分析,伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器,被控對(duì)象,執(zhí)行環(huán)節(jié),檢測(cè)環(huán)節(jié),比較環(huán)節(jié)等五部分。

比較環(huán)節(jié)

比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號(hào)與系統(tǒng)的反饋信號(hào)進(jìn)行比較,以獲得輸出與輸入間的偏差信號(hào)的環(huán)節(jié),通常由專門的電路或計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

控制器

控制器通常是計(jì)算機(jī)或PID控制電路,其主要任務(wù)是對(duì)比較元件輸出的偏差信號(hào)進(jìn)行變換處理,以控制執(zhí)行元件按要求動(dòng)作。

執(zhí)行環(huán)節(jié)

執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號(hào)的要求,將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作.機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓,氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等。

被控對(duì)象

機(jī)械參數(shù)量包括位移，速度，加速度，力，和力矩為被控對(duì)象。

檢測(cè)環(huán)節(jié)

檢測(cè)環(huán)節(jié)是指能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測(cè)量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置,一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。

4系統(tǒng)分類

伺服系統(tǒng)的分類方法很多,常見的分類方法有以下三種.
（1）按被控量參數(shù)特性分類.
（2）按驅(qū)動(dòng)元件的類型分類.
伺服控制系統(tǒng)按所用控制元件的類型可分為機(jī)電伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)（液壓控制系統(tǒng)）和氣動(dòng)伺服系統(tǒng)。
（3）按控制原理分類.
伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)。
常見的四種伺服控制系統(tǒng)如下：
（1）液壓伺服控制系統(tǒng)
液壓伺服控制系統(tǒng)是以電機(jī)提供動(dòng)力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動(dòng)液壓油。通過(guò)控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動(dòng)液壓缸做出不同行程、不同方向的動(dòng)作，完成各種設(shè)備不同的動(dòng)作需要。液壓伺服控制系統(tǒng)按照偏差信號(hào)獲得和傳遞方式的不同分為機(jī)-液、電-液、氣-液等,其中應(yīng)用較多的是機(jī)-液和電-液控制系統(tǒng)。按照被控物理量的不同,液壓伺服控制系統(tǒng)可以分為位置控制、速度控制、力控制、加速度控制、壓力控制和其他物理量控制等。液壓控制系統(tǒng)還可以分為節(jié)流控制（閥控）式和容積控制（泵控）式。在機(jī)械設(shè)備中,主要有機(jī)-液伺服系統(tǒng)和電-液伺服系統(tǒng)。
（2）交流伺服控制系統(tǒng)
交流伺服控制系統(tǒng)包括基于異步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)和基于同步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)。除了具有穩(wěn)定性好、快速性好、精度高的特點(diǎn)外，具有一系列優(yōu)點(diǎn)。它的性能指標(biāo)可以從調(diào)速范圍、定位精度、穩(wěn)速精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和運(yùn)行穩(wěn)定性等方面來(lái)衡量。
（3）直流伺服控制系統(tǒng)
交流伺服控制系統(tǒng)的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上。與電磁轉(zhuǎn)矩相關(guān)的是互相獨(dú)立的兩個(gè)變量主磁通與電樞電流，它們分別控制勵(lì)磁電流與電樞電流，可方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速控制。另一方面從控制角度看，直流伺服的控制是一個(gè)單輸入單輸出的單變量控制系統(tǒng)，經(jīng)典控制理論*適用于這種系統(tǒng)，因此，它憑借控制簡(jiǎn)單，調(diào)速性能優(yōu)異，在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中曾占據(jù)著主導(dǎo)地位。
（4）電液伺服控制系統(tǒng)
它是一種由電信號(hào)處理裝置和液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)組成的反饋控制系統(tǒng)。常見的有電液位置伺服系統(tǒng)、電液速度控制系統(tǒng)和電液力（或力矩）控制系統(tǒng)。
以上是我們常用到的四種伺服系統(tǒng)，他們的工作原理和性能以及可以應(yīng)用的范圍都有所區(qū)別，各有自己的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。因此在選擇或者購(gòu)買的時(shí)候，就需要根據(jù)系統(tǒng)的需要以及需要控制的參數(shù)和實(shí)現(xiàn)的性能，通過(guò)計(jì)算后在選擇合適的產(chǎn)品。

5技術(shù)要求

1.系統(tǒng)精度
伺服系統(tǒng)精度指的是輸出量復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)要求的程度,以誤差的形式表現(xiàn),可概括為動(dòng)態(tài)誤差,穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差三個(gè)方面組成。
2.穩(wěn)定性
伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當(dāng)作用在系統(tǒng)上的干擾消失以后,系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)定狀態(tài)的能力;或者當(dāng)給系統(tǒng)一個(gè)新的輸入指令后,系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。
3.響應(yīng)特性
響應(yīng)特性指的是輸出量跟隨輸入指令變化的反應(yīng)速度,決定了系統(tǒng)的工作效率.響應(yīng)速度與許多因素有關(guān),如計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度,運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的阻尼和質(zhì)量等。
4.工作頻率
工作頻率通常是指系統(tǒng)允許輸入信號(hào)的頻率范圍.當(dāng)工作頻率信號(hào)輸入時(shí),系統(tǒng)能夠按技術(shù)要求正常工作;而其它頻率信號(hào)輸入時(shí),系統(tǒng)不能正常工作。

6應(yīng)用

伺服控制系統(tǒng)初用于船舶的自動(dòng)駕駛、火炮控制和指揮儀中，后來(lái)逐漸推廣到很多領(lǐng)域，特別是自動(dòng)車床、天線位置控制、導(dǎo)彈和飛船的制導(dǎo)等。
采用伺服系統(tǒng)主要是為了達(dá)到下面幾個(gè)目的：
① 以小功率指令信號(hào)去控制大功率負(fù)載。火炮控制和船舵控制就是典型的例子。
② 在沒(méi)有機(jī)械連接的情況下，由輸入軸控制位于遠(yuǎn)處的輸出軸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距同步傳動(dòng)。
③ 使輸出機(jī)械位移地跟蹤電信號(hào)，如記錄和指示儀表等。