城实维修分享对伺服系统的一般技术要求

伺服系统的基本要求、特点和分类数控机床伺服系统的作用在于接受来自数控装置的指令信号，驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。

以上指的主要是进给伺服控制，另外还有对主运动的伺服控制，不过控制要求不如前者高。

数控机床的精度和速度等技术指标往往主要取决于伺服系统。

一、伺服系统的基本要求和特点1.对伺服系统的基本要求（1）稳定性好：稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有平衡状态。

（2）精度高：伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。

作为精密加工的数控机床，要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高，允许的偏差一般都在0.01～0.00lmm之间。

（3）快速响应性好：快速响应性是伺服系统动态品质的标志之一，即要求跟踪指令信号的响应要快，一方面要求过渡过程时间短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒；另一方面，为满足超调要求，要求过渡过程的前沿陡，即上升率要大。

2、伺服系统的主要特点（1）精确的检测装置：以组成速度和位置闭环控制。

（2）有多种反馈比较原理与方法：根据检测装置实现信息反馈的原理不同，伺服系统反馈比较的方法也不相同。

目前常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较3种。

（3）高性能的伺服电动机（简称伺服电机）：用于高效和复杂型面加工的数控机床，伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。

要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大，以产生足够大的加速或制动力矩。

要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转平稳，以便在与机械运动部分连接中尽量减少中间环节。

（4）宽调速范围的速度调节系统，即速度伺服系统：从系统的控制结构看，数控机床的位置闭环系统可看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统，其内部的实际工作过程是把位置控制输入转换成相应的速度给定信号后，再通过调速系统驱动伺服电机，实现实际位移。

数控机床的主运动要求调速性能也比较高，因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。

数控机床对伺服系统的基本要求
1．精度高伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。

包括定位精度和轮廓加工精度。

2．稳定性好稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调整过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。

直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。

3．快速响应快速响应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供应的最高转速和最低转速之比，对于一般的数控机床而言，要求在辨别率为1μm 的状况下，进给伺服系统在0～24m / min进给速度范围内都能工作。

5．低速大转矩进给坐标的伺服掌握属于恒转矩掌握，在整个速度范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服掌握在低速时为恒转矩掌握，能供应较大转矩。

在高速时为恒功率掌握，具有足够大的输出功率。

对伺服电机的要求：
（1）调运范围宽且有良好的稳定性，低速时的速度平稳性；（2）电机应具有大的、较长时间的过载力量，以满意低速大转矩的要求；
（3）反应速度快，电机必需具有较小的转动惯量、较大的转矩、尽可能小的机电时间常数和很大的加速度(400rad / s2以上)；
（4）能承受频繁的起动、制动和正反转。

习题六答案1、什么是伺服控制？为什么机电一体化系统的运动控制往往是伺服控制？伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统.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。

2、机电一体化系统的伺服驱动有哪几种形式?各有什么特点？（1）、按被控量参数特性分类按被控量不同，机电一体化系统可分为位移、速度、力矩等各种伺服系统。

其它系统还有温度、湿度、磁场、光等各种参数的伺服系统（2）、按驱动元件的类型分类按驱动元件的不同可分为电气伺服系统、液压伺服系统、气动伺服系统。

电气伺服系统根据电机类型的不同又可分为直流伺服系统、交流伺服系统和步进电机控制伺服系统。

（3）、按控制原理分类按自动控制原理，伺服系统又可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。

3、机电一体化对伺服系统的技术要求是什么？机电一体化伺服系统要求具有精度高、响应速度快、稳定性好、负载能力强和工作频率范围大等基本要求，同时还要求体积小、重量轻、可靠性高和成本低等。

4、试分析直流伺服电机的结构与工作原理。

直流伺服电动机主要由磁极、电枢、电刷及换向片结构组成（如图6-3所示）。

其中磁极在工作中固定不动，故又称定子。

定子磁极用于产生磁场。

在永磁式直流伺服电动机中，磁极采用永磁材料制成，充磁后即可产生恒定磁场。

在他励式直流伺服电动机中，磁极由冲压硅钢片叠成，外绕线圈，靠外加励磁电流才能产生磁场。

电枢是直流伺服电动机中的转动部分，故又称转子，它由硅钢片叠成，表面嵌有线圈，通过电刷和换向片与外加电枢电源相连。

图6-3 直流伺服电动机基本结构图6-4 电枢等效电路直流伺服电动机是在定子磁场的作用下，使通有直流电的电枢（转子）受到电磁转矩的驱使，带动负载旋转。

通过控制电枢绕组中电流的方向和大小，就可以控制直流伺服电动机的旋转方向和速度。

工程上对伺服系统的技术要求很具体,由于系统所服务的对象不同、用途殊异,因而对系统的要求也有差别。

但可将技术要求归纳成以下几个方面①对系统基础性能的要求,包括对系统稳态性能和动态性能两方面的要求;②对系统工作体制、可靠性、使用寿命等方面的要求;③系统需适应的工作环境条件:如温度、湿度、防潮、防化、防辐射、抗振动、抗冲击等方面的要求;④对系统体积、容量、结构外型、安装特点等方面的限制⑤对系统制造成本、运行的经济性、标准化程度、能源条件……等方面的要求这些问题涉及面很广,限于篇幅,本指导只能针对对系统的基本性能要求,讨论系统设计的基本方法,为此,先将伺服系统稳态性能和动态性能的一般性要求简列如下伺服系统的稳态性能要求有①系统静误差(其量纲是角度或长度)。

对闭环控制的伺服系统而言,按线性理论分析应该是无静差系统,但实际系统的检测装置分辨率有限,系统带动被控对象运动总会承受干摩擦,这些都造成实际系统有静误差存在。

②系统速度误差(角度或长度)。

系统处于等速跟踪状态时,系统输出轴与其输入轴作相等的匀速运动,在同一时刻,输出轴与输入轴之间的转角差③系统最大跟踪误差(角度或长度)。

系统输出轴在一定的速度和加速度范围内追随输入轴运动时,在同一时刻两轴之间最大的差值④系统最低平稳跟踪角速度(或速度或转速),是系统输出轴平稳追随输入轴作匀速运动时,系统输出轴不出现明显的步进现象所能达到的最低速度⑤系统最大跟踪角速度,是系统输出轴平稳跟随输入轴,且不超过的前提下,系统所能达到的最高速度⑥最大跟踪角加速度是系统输出轴跟随输入轴,在不超过最大跟踪误差的前提下,系统所能达到的最大角加速度⑦最大角速度、输出最大角加速度,均指不考虑跟踪精度的情况下,系统输出轴所能达到的极限速度和极限加速度。

当然,对系统稳态性能还可有其它的要求或其它的提法,如正弦跟踪状态下的误差,速度品质系数,加速度品质系数。

,连续调速范围等等。

以上介绍稳态误差的时候,均提到系统输出轴跟踪系统输入轴运动,并以两轴之间的瞬时转角差作为系统的误差值,实际上有些何服系统并没有实际的输入轴存在,输入信号不是依靠转动输入轴来产生,而是代表输入转角的信号电压或具体的数字代码伺服系统动态性能要求有①系统应是渐近稳定的,并应具有一定的稳定裕量②在典型信号输入下,系统的时域响应特性要满足规定的要求,用得最多的是系统处于静止协调状态下(即零初始条件下),系统对阶跃输入信号的响应特性,通常取最大超调量σ%、协调时间(即过渡过程时间)t、振荡次数μ等特征量作定量的评价。

伺服系统的应用领域和基本要求伺服系统是现代工业中广泛应用的一种控制系统。

它通过精确控制电机的位置、速度和力度，实现对机械设备的高精度控制。

伺服系统在许多领域都有重要的应用，下面将介绍一些主要的领域和对伺服系统的基本要求。

应用领域1. 机械制造在机械制造领域，伺服系统被广泛用于控制机床、机械手臂、自动装配线等设备。

它可以实现机械设备的高精度运动和定位，提高生产效率和产品质量。

2. 自动化生产线伺服系统在自动化生产线中起着至关重要的作用。

它可以控制各种传送带、机械臂、搬运设备等，实现产品的自动运输、装配和包装，提高生产效率和自动化程度。

3. 包装与物流伺服系统在包装与物流领域也有重要的应用。

通过精确控制输送带、装箱机、封箱机等设备，可以实现快速而准确的包装和物流操作，提高包装效率和物流效益。

4. 机器人技术伺服系统是机器人技术的核心控制系统之一。

它可以控制机器人的运动和动作，实现多轴、高精度的控制，使机器人能够完成各种复杂的任务，如装配、焊接、喷涂等。

基本要求伺服系统的基本要求主要包括以下几个方面：1. 精度和稳定性伺服系统需要具有高精度和稳定性，以保证对设备的精确控制。

这要求系统在不同负载和工作条件下能够实现精确的位置、速度和力度控制，并保持稳定的运行。

2. 反馈控制伺服系统需要配备合适的反馈控制装置，如编码器、传感器等，以实时检测设备位置、速度和力度，并将信息反馈给控制系统进行调整和纠正。

3. 快速响应能力伺服系统需要具有快速的响应能力，能够在短时间内对控制指令做出反应并进行相应的控制调整。

这对于实现高速运动和复杂动作的设备是非常重要的。

4. 可编程性和灵活性伺服系统需要具备可编程性和灵活性，以便根据不同的应用需求进行设备控制参数的调整和优化。

这可以通过软件编程和参数设置来实现。

5. 安全可靠性伺服系统需要具备安全可靠性，以确保设备在工作过程中不会产生故障或危险情况。

系统需要具备适当的保护装置和故障检测机制，以及可靠的电源供应和防护措施。

伺服系统的基本要求及特征伺服系统是指由伺服电机、传感器、控制器和执行机构等组成的闭环控制系统。

它能够根据输入信号精确控制执行机构的位置、速度和力矩等参数。

伺服系统广泛应用于机械加工、自动化生产线、航空航天等领域，具有以下基本要求和特征。

一、基本要求1. 高精度控制：伺服系统需要能够实现高精度的位置、速度和力矩控制，以满足不同应用场景的需求。

2. 快速响应：伺服系统具备快速的响应能力，能够在瞬时改变的工况下迅速调整执行机构的运动状态。

3. 稳定性：伺服系统需要具备良好的稳定性，能够在长时间运行的过程中保持稳定的控制性能。

4. 可靠性：伺服系统需要具备高可靠性，能够在恶劣环境下稳定工作，并具备自动故障检测和报警功能。

5. 灵活性：伺服系统应具备灵活的控制方式，能够适应不同的工作模式和工作要求。

6. 易维护性：伺服系统需要具备良好的可维护性，以便及时发现和排除故障，减少停机时间。

二、特征1. 闭环控制：伺服系统采用闭环控制方式，通过不断地测量执行机构的状态和与预设值进行比较，实现对输出信号的精确控制。

2. 反馈控制：伺服系统通过传感器实时采集执行机构的位置、速度和力矩等参数，并将其反馈给控制器，用于控制决策。

3. 高精度传感器：伺服系统中的传感器需要具备高精度的测量能力，以保证控制系统的准确性和稳定性。

4. 高性能控制器：伺服系统的控制器需要具备高性能的运算能力和快速的响应速度，以满足高精度控制的要求。

5. 电流反馈控制：伺服系统中的电机控制通常采用电流反馈控制方式，通过控制电机的电流来实现对执行机构的精确控制。

6. 可编程控制：伺服系统的控制器通常具备可编程功能，能够根据不同的应用需求进行参数设置和控制策略的调整。

7. 多轴同步控制：伺服系统能够实现多个执行机构的同步控制，以满足复杂运动控制的需求。

8. 通信接口：伺服系统通常具备各种通信接口，可以与上位机进行数据交互和远程监控。

9. 自动故障检测和报警：伺服系统能够自动检测执行机构和传感器的故障，并及时发出报警信号，以减少故障对生产过程的影响。

调速范围宽：调速范围Rn指在生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。

通式中n max和n min一般对指额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，也可以是实际负载转速。

经给伺服系统的调速要求，在数控机床中，进给伺服系统的调速范围与伺服系统的分辨率有关。

一般的调速范围要求在脉冲当量为0.001mm时到达0～24m/min就够了。

进给伺服系统的调速又可分为以下几种状态：1. 在1～24000mm/min范围，即1：24000调速范围内，要求速度均匀、稳定、无爬行、速降小。

2.在1mm/min一下时，具有一定的瞬时速度，而平均速度很低。

3.在零速是，及工作台停止运动时，要求电机有电磁转矩，以维持定位精度，使定位精度满足系统的要求。

也就是说，伺服锁定状态。

主轴范围调速要求，主轴主要考虑速度控制，其调速系统一般要求1：100～1000范围内的恒转矩调速和1：10以上的恒功率调速，而且要有足够大的输出功率。

低速大转矩，加床加工的特点是，在低速时进行重切削。

因此要求伺服系统在低速时要有大的转矩输出。

进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制；而主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制，在高速时为恒功率控制。

电气伺服系统的控制结构典型的电气伺服系统框图如上图所示。

从控制的角度来讲，电气伺服系统的一般结构为三闭环控制，即有电枢电流闭环，速度闭环和位置闭环。

为了满足三环伺服控制反馈信号，要求有多种传感元件可供选择。

电流反馈一般采用取样电阻、霍尔集成电路传感器等。

速度反馈一般采用测速发电机、光电编码器、旋转变压器等。

位置反馈一般采用电编码器、旋转变压器、光栅等。

在一般的电气伺服产品中主要包括电流闭环和速度闭环控制，而位置环则有CNC装置中的计算机进行控制。

从器件上来说，电气伺服系统包括持行部件、、伺服驱动器、CNC中的位置控制器三部分。

1. 在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：串行通信和并行通信。

2. 微机控制系统中的输入与输出通道一般包括模拟量输入通道模拟量输出通道、数字量输入通道数字量输出通道四种通道。

3. 在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的稳定性和精度并尽量高伺服系统的响应速度。

4. 一般来说，伺服系统的执行元件主要分为电磁式液压式气压式和其它等四大类型。

5. 在SPWM变频调速系统中，通常载波是等腰三角波，而调制波是正弦波6.异步交流电动机变频调速：a)基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。

b)基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于恒功率调速方式。

7. 开环步进电动机控制系统，主要由. 环形分配器功率驱动器步进电机等组成。

8. 实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1）计算机软件2）硬件分配，3）专用环形分配器9. 根据计算机在控制中的应用方式，把计算机控制系统分为四类：1）操作指导控制系统2）直接控制系统3）监督计算机控制系统4）分级计算机控制系统10．应用于工业控制的计算机主要有：1）单片机 2）PLC，3）总线工控机等类型。

11.干扰传播途径有二种方式，其中传导耦合方式：干扰信号能量以电压或电流的形式，通过金属导体传递。

12. 抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、隔离滤波接地合理布局和软件抗干扰技术。

13. 电场屏蔽----通常用铜、铝等导电性能良好的金属材料作屏蔽体，并应保持良好接地。

14．根据频率特性解释下列滤波器的作用：1）低通滤波器：只让低频成分通过，而高于截止频率成分受到抑制、衰减，不让通过。

2）带通滤波器：只让某一频带内的成分通过，而低于上截止频率成分和高于_下截止频率成分的成分抑制,不让通过。

一、填空(每空2分，共20分)1.机电一体化产品按用途可以划分为和2．控制及信息处理单元一般由控制计算机、和组成。

3．在小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守原则。

伺服电机技术要求伺服电机是一种能够将电能转化为机械能的电动机。

它具有高精度、高效率、高响应性和高可靠性等优点，被广泛应用于工业自动化领域。

为了实现伺服电机的正常运行，需要满足一定的技术要求。

伺服电机需要具备良好的控制性能。

它应当能够根据控制信号实时调整输出转矩或速度，以实现精确的位置控制。

控制性能的好坏直接影响到伺服电机的定位精度和动态响应能力。

为了提高控制性能，可以采用先进的控制算法，如PID控制算法，以实现闭环控制。

伺服电机需要具备高效率和低噪声。

高效率可以减少能源消耗，降低使用成本；低噪声可以提升工作环境的舒适度，并减少对周围设备的干扰。

为了实现高效率和低噪声，可以采用优质的电磁材料和轴承，减少机械摩擦；同时，还可以优化电机的设计和制造工艺，提高电机的转换效率和运行平稳性。

伺服电机还需要具备高可靠性和长寿命。

在工业自动化领域，伺服电机通常需要长时间连续运行，因此其可靠性和寿命非常重要。

为了提高可靠性和寿命，可以采用优质的材料和组件，进行严格的质量控制和测试；同时，还可以进行合理的轴向和径向载荷分配，减少磨损和疲劳。

伺服电机还需要具备良好的热管理能力。

由于伺服电机在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时散热，会导致电机温升过高，进而影响电机的性能和寿命。

为了保证良好的热管理，可以采用散热器、风扇等散热装置，以提高散热效率；同时，还可以通过合理的电机布局和散热设计，减少热量积聚和局部温升。

在使用伺服电机时，还需要注意以下几点。

首先，要选择合适的电机型号和规格，以满足实际应用需求。

其次，要正确安装和调试电机，确保电机能够正常运行并达到预期性能。

再次，要定期检查和维护电机，以延长其使用寿命和保持良好的工作状态。

最后，要注意电机的安全使用，避免发生意外事故。

伺服电机作为一种重要的动力设备，在工业自动化领域具有广泛的应用前景。

为了实现其正常运行，需要满足一定的技术要求，包括控制性能、效率和噪声、可靠性和寿命、热管理等方面。

永磁交流伺服电机通用技术条件
永磁交流伺服电机通用技术条件是一种高性能的电机，在工业机械、制造业和自动化设备中得到广泛应用。

其通用技术条件如下：
1. 电机额定功率范围：0.1 ~ 500 kW。

2. 电机额定转速范围：500 ~ 5000 RPM。

3. 电机工作电源：三相交流电源，额定电压范围380V/220V。

4. 控制方式：矢量控制、FOC矢量控制等。

5. 精度等级：高精度，可达到零误差闭环控制。

6. 内置编码器、位置传感器等反馈元件，能够实现闭环控制。

7. 高转矩密度，低惯量，达到快速响应和高精度定位的要求。

8. 低振动、低噪音、低热损耗等特点，适用于高速、高精度、长时间运转的场合。

9. 可适应不同的环境温度、湿度、震动等条件。

10. 符合国家相关标准，如GB、ISO等。

以上是永磁交流伺服电机通用技术条件的简要介绍，具体应用时应根据实际需求进行选型和配置。