数控伺服电机控制系统的优点
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伺服电机的驱动方式及特点
伺服电机的驱动方式及特点伺服电机是一种采用反馈控制系统的电动机，具有高精度、高速度、高可靠性等优点，广泛应用于数控机床、机器人、印刷设备、医疗设备等领域。
伺服电机的驱动方式及特点对其性能起着至关重要的作用，下面将就伺服电机的驱动方式和特点进行详细介绍。
1. 伺服电机的驱动方式（1）开环控制开环控制是指在伺服系统中没有反馈控制的情况下，只通过输入控制信号来驱动伺服电机。
开环控制简单、成本低，但无法对电机运行状况进行实时监测和调整，容易受到外部干扰影响，精度和稳定性较差。
（2）闭环控制闭环控制是指在伺服系统中通过反馈控制来实现电机的精准驱动。
通过传感器不断监测电机的位置、速度和转矩等参数，并将反馈信息送回控制系统，实现对电机运行状态的实时调整和控制。
闭环控制能够有效提高伺服电机的精度、快速响应和稳定性，是目前应用较为广泛的控制方式。
2. 伺服电机的特点（1）高精度伺服电机采用闭环控制，能够实时监测电机的位置、速度和转矩等参数，具有极高的定位精度和重复定位精度，适用于对精度要求较高的工业领域。
（2）高速度伺服电机响应速度快，启动、停止和调速均非常迅速，能够在短时间内完成加速、减速等动作，适用于对速度要求较高的应用场合。
（3）高可靠性伺服电机具有很高的稳定性和可靠性，能够长时间稳定运行且寿命较长，减少了设备的维护成本和故障率，同时提高了设备的稳定性和运行效率。
综上所述，伺服电机的驱动方式及特点对其在工业自动化领域的应用起着重要的作用。
选择合适的驱动方式和充分发挥其特点，能够有效提高生产效率、产品质量和设备稳定性，满足不同行业对电机精确控制的需求。
希望本文对您了解伺服电机有所帮助。
数控系统伺服电机控制
进一步提高滚珠丝杠 副移动速度和加速度比较 难了。０ ９ 年代 以来 ， 高速高精的大型加工机床中， 应用直线电机直接驱动进给驱动方式 。 它比滚珠
变压器或测速发电机作为位置隧 度检测 器件来 构成半闭环位置控制系统 ， 系统的反馈信号取 其 自 电机轴或 丝杆上 ， 系统中的机械传动装置 进给 处 于反馈回路之外 ， 其刚度等非线性 因素对系统 稳定性没有影响 ， 安装调试 比较方便 。机床的定 位精度与机械传动装置的精度有关 ， 而数控装置 都有螺距误差补 偿和间隙补 偿等项功能 ， 在传动
工业技术
ｃ ｅｅｏ ＬＵ￣Ｐ Ｎ ｎ Ｕ Ｕ瞄囵溘匿函困 ｗｃ硪 ／Ｉ２ Ｔｎ ．
数控 系统 伺服 电机 控制
刘 西 明
（ 尔滨电机厂有限责任公 司， 哈 黑龙 江 哈 尔滨 １ ０４ ） ５ ０ ０
摘 要： 近年 来 ， 服 电机 控制 技 术正朝 着交 流化 、 字化 、 伺 数 智能化 三 个方 向发展 。 为数 控机床 的执行 机 构 ， 作 伺服 系统将 电力 电子 器
件 、 制 、 动及保 护等 集为 一体 ， 随着数 字脉 宽调制 技 术 、 种 电机 材料技 术 、 电子技 术及 现代 控制 技 术的进 步 ， 控 驱 并 特 微 经历 了从 步进
到 直流 ， 而到 交流 的发展 历程 。本 文对 其技 术现 状及 发展 趋 势作 简要探讨 。 进 关 键词 ： 控 系统 ； 数 伺服 电机 ； 直接 驱 动 伺服 电机 比步进 电机性能更优越 ， 随着现代 电机控制理论的发展 ， 伺服电机控制技术成为了 机床数控系统的重要组成部分 ，并正朝着交 流 化、 数字化、 智能化方向发展。 １数控机床伺服系统 １ ． １开环伺服系统 开环伺服系统不设检测反馈装置 ， 不构成运 动反馈控制回路 ， 电动机按数控装 置发 出的指令 脉冲工作 ， 对运动误差没有检测反馈和处理修正 过程 ， 采用步进 电机作为驱动器件 ， 机床 的位置 精度完全取决于步进 电动机 的步距 角精 度和机 械部分的传动精度 ，难以达到比较 高精度要求 。 步进 电动机的转速不可能很 高， 运动部件 的速度 受到限制。 但步进电机结构简单 、 可靠性高 、 成本 低， 且其控制电路也简单 。所以开环控制 系统多 用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。 １ ． ２全闭环伺服系统 闭环伺服系统 主要由比较环节 、 服驱动放 伺 大 器 ， 给伺 服电动机 、 进 机械传动装 置和直线位 移测量装置组成。 对韧床 运动部件的移动量具 有 检测与反馈修正功能 ， 用直流伺服电动机或交 采 流伺服电动机作为驱动部件。 可以采用直接安装 在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器 件； 来构成高精度 的全闭环位置控制系统。系统 的直线位移检测器安装在移动部件上 ， 其精度 主 伺服 电机不会 出现此 现象 ， 非常平稳 ， 运转 交流 伺服 系统具有共振抑制功能 ， 可涵盖机械 的刚性 不足 ， 并且系统 内部具有频率解 析机能 ， 可检测 出机械的共振 点， 便于系统调整。 控制精度高 交流伺服 电机 的控制精度 由电机轴后端 的 旋转编码器保证。 例如松下全数字式交流伺服 电 机 ， 于带 １ 位编码器的电机而言 ， 器每接 对 ７ 驱动 收 ２ ７ １ １ ７ 个脉冲电机转一 圈，即其脉冲当 １＝３０２ 量为 ３ ０ １ １７ － ． 秒。是步距角为 １ 。 ６￣３０２９ ９ ／ ８ ． 的步 ８ 进电机 的脉冲当量的 １ ５。 ， ５ ６ ２ ． ３过载能力强 步进电机不具有过载能力 ， 为了克服 陨性负 载在启动瞬间的惯 ｌ力矩 ， 生 选型时需要选取额定 转矩 比负载转矩大很多的电机 ， 了力矩浪费 造成 的现象。而交流伺服 电机具有较强 的过载能力 ， 例如松 下交 流伺服系统 中的伺服 电机 的最大转 矩达到额定转矩 的三倍 ， 可用于克服启动瞬间的 惯Ｉ 生力矩。 了它对机 床的控制能力和通信速度。 这些技术的 发展 ， 使伺服系统性能改善、 可靠性提高、 调试方 便、 柔性增强 ， 大大推 动了高精高速加工技术的
伺服系统基本概述
第一节:伺服系统基本概述
如果说整个系统的可靠性主要取决于数控装置 的话，那么，驱动系统的性能，在较大程度上 决定了现代数控机床的性能，数控机床的最大 移动速度、定位精度等指标主要取决于驱动系 统及CNC位置控制部分的动态和静态性能。另 外，对某些加工中心而言，刀库驱动也可认为 是数控机床的某一伺服轴，用以控制刀库中刀 具的定位。
在数控机床中，由计算机发出指令脉冲，让哪 一个驱动电动机拖着工作台动，这一台电动机就 动，而且这台电动机的运动速度、运动的距离， 完全按着计算机的指令行事，非常准确无误地完 成指令要求的任务。
第一节:伺服系统基本概述
很显然，伺服系统所以能作到这一点，也是非 常不容易的。因为电动机拖着一个重量很重的 工作台，而且摩擦力随着季节、新旧程度、润 滑状态等因素而变化，控制了一个稳定速度， 精确定位，可以想象其难度之大。
高精度的机床为了保证尺寸精度和表面粗糙度的水 平，
第一节:伺服系统基本概述
数控机床的进给系统，实际上是一个位置 随动系统。同任何一个位置随动系统一样，
当指令位移以某一速度变化时，实际位移必 须比指令位移滞后，这就是所谓跟随误差、， 当数控机床的各坐标轴以不同的速度和不同 的方向同时位移时，跟随误差就会造成加工 尺寸和形状的误差。
该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车 床、超精磨床以及较大型的数控机床等。
第一节:伺服系统基本概述
2．按使用的执行元件分类
（1）电液伺服系统 电液脉冲马达和电液伺服马达。 优点：在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常 数小、反应快和速度平稳。 缺点：液压系统需要供油系统，体积大。噪声、漏油。
没有位置测量装置，信号流是单向的（数
控装置→进给系统），故系统稳定性好。
高端数控机床运动控制系统设计与优化
高端数控机床运动控制系统设计与优化随着科技的不断发展，高端数控机床在制造业中扮演着重要的角色。
高精度、高刚度和高速度的要求使得数控机床的运动控制系统设计与优化变得至关重要。
本文将探讨如何设计和优化高端数控机床的运动控制系统，以实现更高的性能和效率。
首先，数控机床的运动控制系统由伺服电机、驱动器和运动控制器组成。
正确选择和设计这些组件是实现高性能控制的关键。
伺服电机的选择应考虑到功率、转速范围和动态响应等因素。
驱动器的选择应与伺服电机适配，并具有高精密度和快速响应的特点。
运动控制器的选择应考虑到控制算法的优化和实时性能的需求。
其次，对于高端数控机床的运动控制系统来说，精确的运动轨迹控制是至关重要的。
在设计过程中，应将运动控制系统划分为多个子系统，并针对每个子系统进行优化。
例如，位置控制子系统可以采用PID控制算法，并通过增加反馈传感器的数量来提高控制精度。
速度控制子系统可以采用先进的误差补偿算法，如预测控制和模型预测控制，以提高动态响应和防止运动过冲。
加速度控制子系统可以通过优化运动轨迹来减少机床振动和加速度的非线性变化。
此外，实时性是高端数控机床运动控制系统设计与优化中的关键问题之一。
为了实现快速响应和高精度控制，设计人员应选择高性能的运动控制器和精密的传感器，并采用快速采样和实时控制算法。
此外，还可以应用并行处理和分布式控制等技术来提高系统的实时性能。
另外，稳定性和可靠性是任何高端数控机床运动控制系统设计与优化过程中应关注的重要问题。
为了确保系统运行的稳定性，应进行系统的建模和仿真，并对系统的各个方面进行全面的测试和验证。
此外，还应采取合适的故障检测和容错技术来提高系统的可靠性和容错能力。
最后，为了进一步优化高端数控机床的运动控制系统，可以采用智能化和自适应控制技术。
智能化技术可以通过学习算法和智能优化方法来提高系统的性能和稳定性。
自适应控制技术可以根据工件的特性和加工条件来调整控制参数，以实现最佳加工效果。
浅析伺服系统在数控机床中的应用及发展
统。
智能化
伺 服 器 控 制 模 式 的 智 能 化 ， 在 内 部 预 先 编 程 如
实 现 某 种 运 动 轨 迹 ， 制 本 站 点 周 边 的 １ 口， 带 主 从 跟 随 控 ０ 内 模式调整 ， 电子 凸轮 等 。
问题 ， 如电刷和换 向器 易磨 损 ， 护工作 量 大 ， 维 成本 高等 。② 交流伺服 系统。其进 给运动系统采用 交流感应 异步伺 服 电机 和永磁 同步伺 服电机 。交流伺服系 统的优点 除 了具 有稳定性 好 、 速性 好 、 度高 的特点 外 ， 快 精 与直 流伺 服 电机系 统相 比有
如下 ：
１３ １ 按用途和功能分类 ．．
１进 给驱动系 统 ： ） 用于数 控机 床工 作 台坐标 或 刀架坐 标 的控制系统 ， 控制机床各坐标轴 的切削进给运 动 ， 并提供 切削
过 程 所 需 的力 矩 。
１２ １ 可 逆 运 行 ．．
可逆运行要求 能灵 活地 正反 向运行 。在加工 过程 中， 机
控制编码或其他符 号指令规 定的程序 ， 并将其译码 ， 再进行 必要 的信 息处理和运算后控 制机床 动作 并加 工零件。伺服 系统 的 系统直接 关 系到数控机床执行件 的静 态和动 态特性 、 工作精度、 负荷 能力和稳 定程度等 。因此， 究与开发 高性 研
能 的伺 服 系统 一 直 是现 代 数 控 机 床 的 关键 技 术之 一 。 关键 词 ： 服 系统 ； 控 机 床 ； 用 ； 展 伺 数 应 发 ｄｉ１ ．９９ｊｉｎ １０ —８５ ． １ ．８ ０２ ｏ：０ ３６／． ｓ．０ ６ ５４２ ２０ ．０ ｓ ０
１３２ 按控制原理分类 ．． １开环伺 服系统 ： ） 系统 中没有 位置测 量装置 ， 号流是 单 信 向的（ 数控装置一 进给系统） 故系统稳定性好。 ， ２ 半开环伺服 系统 ： ） 系统 的位 置采样 点是 从伺 服 电机 或 丝杠 的端部 引出 ， 采样旋转角度进行检 测 ， 不是直接 检测最 终
智能化
伺 服 器 控 制 模 式 的 智 能 化 ， 在 内 部 预 先 编 程 如
实 现 某 种 运 动 轨 迹 ， 制 本 站 点 周 边 的 １ 口， 带 主 从 跟 随 控 ０ 内 模式调整 ， 电子 凸轮 等 。
问题 ， 如电刷和换 向器 易磨 损 ， 护工作 量 大 ， 维 成本 高等 。② 交流伺服 系统。其进 给运动系统采用 交流感应 异步伺 服 电机 和永磁 同步伺 服电机 。交流伺服系 统的优点 除 了具 有稳定性 好 、 速性 好 、 度高 的特点 外 ， 快 精 与直 流伺 服 电机系 统相 比有
如下 ：
１３ １ 按用途和功能分类 ．．
１进 给驱动系 统 ： ） 用于数 控机 床工 作 台坐标 或 刀架坐 标 的控制系统 ， 控制机床各坐标轴 的切削进给运 动 ， 并提供 切削
过 程 所 需 的力 矩 。
１２ １ 可 逆 运 行 ．．
可逆运行要求 能灵 活地 正反 向运行 。在加工 过程 中， 机
控制编码或其他符 号指令规 定的程序 ， 并将其译码 ， 再进行 必要 的信 息处理和运算后控 制机床 动作 并加 工零件。伺服 系统 的 系统直接 关 系到数控机床执行件 的静 态和动 态特性 、 工作精度、 负荷 能力和稳 定程度等 。因此， 究与开发 高性 研
能 的伺 服 系统 一 直 是现 代 数 控 机 床 的 关键 技 术之 一 。 关键 词 ： 服 系统 ； 控 机 床 ； 用 ； 展 伺 数 应 发 ｄｉ１ ．９９ｊｉｎ １０ —８５ ． １ ．８ ０２ ｏ：０ ３６／． ｓ．０ ６ ５４２ ２０ ．０ ｓ ０
１３２ 按控制原理分类 ．． １开环伺 服系统 ： ） 系统 中没有 位置测 量装置 ， 号流是 单 信 向的（ 数控装置一 进给系统） 故系统稳定性好。 ， ２ 半开环伺服 系统 ： ） 系统 的位 置采样 点是 从伺 服 电机 或 丝杠 的端部 引出 ， 采样旋转角度进行检 测 ， 不是直接 检测最 终
伺服电机控制系统
伺服电机控制系统简介伺服电机控制系统是一种能够精确控制转速、位置和加速度等参数的电机控制系统。
它广泛应用于机器人、数控机床、自动化生产线等高精度设备中。
伺服电机控制系统采用了闭环反馈控制原理，通过传感器测量运动参数并与设定值进行比较，控制电机输出的电流、电压和转动角度等。
组成部分伺服电机控制系统主要由以下几个部分组成：电机部分伺服电机是控制系统的核心部分，它能够将电能转换成机械能，实现运动控制。
伺服电机通常采用直流无刷电机或交流电机，输出转矩和角速度等参数。
为了实现更高的精度，通常还配备了编码器，可以精确测量电机角度和转速。
控制器控制器是伺服电机控制系统的大脑，它通过处理运动参数、误差反馈等信息，控制电机输出的电流和电压等参数。
控制器通常采用数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）等芯片，拥有高效的计算能力和精确的定时能力。
传感器传感器是控制系统的感知器，能够测量运动参数、温度等未知参数，并将其转换为电信号反馈给控制器。
传感器包括位置传感器、加速度传感器、温度传感器等，在控制系统中起到非常重要的作用。
软件伺服电机控制系统需要运行软件来实现各项功能，包括速度控制、位置控制、加速度控制、误差检测等功能。
软件通常由厂家提供，也可以由用户自行开发，运行在控制器上。
工作原理伺服电机控制系统采用闭环反馈控制原理，具体工作流程如下：1.传感器测量电机转速、位置等参数，并将数据反馈到控制器。
2.控制器计算当前误差值，并根据预设的控制算法输出电机的电流、电压和转角度等参数。
3.电机根据控制器输出的参数进行转动，同时传感器测量电机实际转速、位置等参数，并将数据反馈给控制器。
4.控制器根据电机反馈的数据重新调整输出参数，并不断迭代，直到误差值达到设定范围。
应用场景伺服电机控制系统广泛应用于各种高精度设备中，例如：1.机器人：机器人需要精确控制关节运动参数，使用伺服电机可以实现高精度控制，提高机器人运动效率和精度。
伺服电机的作用和优点
伺服电机的作用和优点伺服电机是一种常用于工业机械和自动化领域的电动机。
其作用是将电能转化为机械能，控制设备运行，实现精确的位移或速度调整。
在现代工业生产中，伺服电机已成为必备的自动化设备之一。
本文将介绍伺服电机的作用和优点。
一、伺服电机的作用伺服电机是一种高精度的闭环控制系统，其作用主要有以下两方面：1. 精准控制伺服电机通过内置传感器实时检测运动状态和位置，与控制系统进行反馈，从而实现高精度的控制。
伺服电机可以实现角度、速度甚至力矩的精确控制，广泛应用于机器人、数控机床、印刷机、纺织机械等需要高精度运动的设备中。
2. 能量节约伺服电机通过精确的控制，实现了高效能耗和低碳排放。
相比传统电机，伺服电机的能效更高，且在低负载和空载状态下能减少能量消耗。
在绿色节能的时代背景下，伺服电机无疑是一种重要的能源储蓄设备。
二、伺服电机的优点伺服电机具有以下几个优点：1. 较高的精度伺服电机在正常工作状态下的精度可达0.01mm，而且具有高速度的定位和定位时的定位精度，避免了一些运动控制系统在精度上不够高的问题。
在自动化生产领域，伺服电机的高精度控制非常重要，在一些需要精确位置控制的设备中，伺服电机更是不可或缺。
2. 全程闭环控制伺服电机有着全程闭环控制的特点。
伺服系统控制范围内，伺服电机对于位置或速度等控制有一个闭环反馈，可以实时纠正运动状态的偏差，从而保持其位置或速度的误差更小，增强其在位置和速度控制上的精准性和稳定性。
3. 负载能力强伺服电机具有瞬时过载保护能力。
伺服电机的控制系统可以监测电机运行状态，如果发生负载过大或堵转等异常情况，就会立即停止电机输出，保护设备的安全运行。
因此，伺服电机可以满足一些运转负载较大的机械设备中使用。
4. 可编程性高伺服电机内置有通用参数和应用程序，可以通过编程的方式实现多种不同的运动轨迹和速度控制，方便快捷。
通过编程配置，伺服电机可以满足多样化的应用需求，实现不同产线的智能化运转、高效生产。
数控机床伺服系统的分类及其应用要求
数控机床伺服系统的分类及其应用要求数控机床伺服系统又称为位置随动系统,简称为伺服系统。
数控机床伺服系统是把数控信息转化为机床进给运动的执行机构，在许多自动化控制领域广泛应用。
数控机床伺服系统的种类繁多、技术原理各具特色，这对其应用带来很大的困扰，本文就数控机床伺服系统的分类及其应用要求做简单介绍。
一、数控机床伺服系统的分类数控机床伺服系统按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统;按其控制原理和有无位置检测反馈环节分为开环系统和闭环系统;按驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱动系统和电气伺服驱动系统。
电气伺服驱动系统又分为直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统。
1.进给驱动与主轴驱动进给驱动是用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的转矩。
主轴驱动控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。
一般地，对于进给驱动系统，主要关心它的转矩大小、调节范围的大小和调节精度的高低，以及动态响应速度的快慢。
对于主轴驱动系统，主要关心其是否具有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围。
2.开环控制和闭环控制数控机床伺服驱动系统按有无位置反馈分两种基本的控制结构，即开环控制和闭环控制，如图5--1所示。
由此形成位置开环控制系统和位置闭环控制系统。
闭环控制系统又可根据位置检测装置在机床上安装的位置不同，进一步分为半闭环伺服驱动控制系统和全闭环伺服驱动控制系统。
若位置检测装置安装在机床的工作台上，构成的伺服驱动控制系统为全闭环控制系统;若位置检测装置安装在机床丝杠上，构成的伺服驱动控制系统则为半闭环控制系统。
现代数控机床的伺服驱动多采用闭环控制系统。
开环控制系统常用于经济型数控或老设备的改造。
3.直流伺服驱动与交流伺服驱动70年代和80年代初，数控机床多采用直流伺服驱动。
直流大惯量伺服电机具有良好的宽调速性能，输出转矩大，过载能力强，而且，由于电机惯性与机床传动部件的惯量相当，构成闭环后易于调整。
数控伺服系统详细论述
200%
0
500
1000
1500 n
图6﹒8永磁直流伺服电机工作曲线
Ⅰ区为连续工作区； Ⅱ区为断续工作区，由负 载-工作周期曲线决定工作时间；Ⅲ区为瞬时加 减速区
0 1 3 tR 6 10 30 60 100 tR(min)
图6﹒9负载-工作周期曲线
2021/7/16
4．主轴直流伺服电机的工作原理和特性
（2）电气伺服系统 伺服电机（步进电机、直流电机和交流电机） 优点：操作维护方便，可靠性高。
1）直流伺服系统 进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺 服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直流伺 服电机。优点：调速性能好。缺点：有电刷，速度不高。
2）交流伺服系统 交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺服系 统） 和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。 优点：结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作。动 态响 应好、转速高和容量大。
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈 单元
机械执行部件 电机
2021/7/16
6.1.2 伺服系统的分类
从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间 隙和失动量。具有很高的位置控制精度。
由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和 间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭 环系统的设计、安装和调试都相当困难。
指令 位置控制
速度控制
伺服电机 速度检测
位置检测
（3）半闭环伺服系统 指令 位置控制
速度控制
伺服电机 脉冲编码器
工作台
2021/7/16
6.1.2 伺服系统的分类
开环数控系统 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置 →进给系统），故系统稳定性好。
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图6﹒8永磁直流伺服电机工作曲线
Ⅰ区为连续工作区； Ⅱ区为断续工作区，由负 载-工作周期曲线决定工作时间；Ⅲ区为瞬时加 减速区
0 1 3 tR 6 10 30 60 100 tR(min)
图6﹒9负载-工作周期曲线
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4．主轴直流伺服电机的工作原理和特性
（2）电气伺服系统 伺服电机（步进电机、直流电机和交流电机） 优点：操作维护方便，可靠性高。
1）直流伺服系统 进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺 服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直流伺 服电机。优点：调速性能好。缺点：有电刷，速度不高。
2）交流伺服系统 交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺服系 统） 和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。 优点：结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作。动 态响 应好、转速高和容量大。
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈 单元
机械执行部件 电机
2021/7/16
6.1.2 伺服系统的分类
从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间 隙和失动量。具有很高的位置控制精度。
由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和 间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭 环系统的设计、安装和调试都相当困难。
指令 位置控制
速度控制
伺服电机 速度检测
位置检测
（3）半闭环伺服系统 指令 位置控制
速度控制
伺服电机 脉冲编码器
工作台
2021/7/16
6.1.2 伺服系统的分类
开环数控系统 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置 →进给系统），故系统稳定性好。
数控机床的进给伺服系统概述
M j max
• 当步进电机励磁绕组相数大于3时，多相通电多数 能提高输出转矩。
• 所以功率较大的步进电机多数采用多于三相的励磁 绕组，且多相通电。
3、启动转矩Mq
AB C Mq
e
当电机所带负载ML<Mq时，电机可不失步的启动。
2、最高启动频率和最高工作频率
最高启动频率fg： 步进电机由静止突然启动，并不失步地进 入稳速运行，所允许的启动频率的最高值。 最高启动频率fg与步进电机的惯性负载J有 关。
故电动机的转速n为：
n f (r/s) 60 f (r/min) f ——控制脉冲的频率
mzk
mzk
SB-58-1型五定子轴向分相反应式步进电机。
• 定子和转子都分为5段，呈轴向分布；有16个 齿均匀分布在圆周上，
• 齿距=360º/16=22.5º；各相定子彼此径向错开 1/5个齿的齿距；
如按5相5拍通电，则步距角为：
4）电动机定子绕组每改变一次通电方式——称为一拍 5）每输入一个脉冲信号，转子转过的角度——步距角αº • 上述通电方式称为：三相单三拍。（三相三拍） • 单——每次通电时，只有一相绕组通电； • 双——每次通电时，有两相绕组通电； • 三拍——经过三次切换绕组的通电状态为一个循环； • 除此之外的通电方式还有： • 三相双三拍： AB—BC—CA—AB • 三相单双六拍： A—AB—B—BC—C—CA—A
第三节 数控机床的检测装置
1、检测装置的作用
• 检测装置是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分 • 其作用是：检测位移和速度，发送反馈信号，构成
（1） 直线进给系统 已知：进给系统的脉冲当量δmm；步进电机的
步距角αº；滚珠丝杠的导程t mm；
求： 齿轮传动比 i。
• 当步进电机励磁绕组相数大于3时，多相通电多数 能提高输出转矩。
• 所以功率较大的步进电机多数采用多于三相的励磁 绕组，且多相通电。
3、启动转矩Mq
AB C Mq
e
当电机所带负载ML<Mq时，电机可不失步的启动。
2、最高启动频率和最高工作频率
最高启动频率fg： 步进电机由静止突然启动，并不失步地进 入稳速运行，所允许的启动频率的最高值。 最高启动频率fg与步进电机的惯性负载J有 关。
故电动机的转速n为：
n f (r/s) 60 f (r/min) f ——控制脉冲的频率
mzk
mzk
SB-58-1型五定子轴向分相反应式步进电机。
• 定子和转子都分为5段，呈轴向分布；有16个 齿均匀分布在圆周上，
• 齿距=360º/16=22.5º；各相定子彼此径向错开 1/5个齿的齿距；
如按5相5拍通电，则步距角为：
4）电动机定子绕组每改变一次通电方式——称为一拍 5）每输入一个脉冲信号，转子转过的角度——步距角αº • 上述通电方式称为：三相单三拍。（三相三拍） • 单——每次通电时，只有一相绕组通电； • 双——每次通电时，有两相绕组通电； • 三拍——经过三次切换绕组的通电状态为一个循环； • 除此之外的通电方式还有： • 三相双三拍： AB—BC—CA—AB • 三相单双六拍： A—AB—B—BC—C—CA—A
第三节 数控机床的检测装置
1、检测装置的作用
• 检测装置是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分 • 其作用是：检测位移和速度，发送反馈信号，构成
（1） 直线进给系统 已知：进给系统的脉冲当量δmm；步进电机的
步距角αº；滚珠丝杠的导程t mm；
求： 齿轮传动比 i。
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数控伺服电机控制系统的优点
数控伺服电机控制系统逐步取代传统电子马达控制系统而成为缝纫机驱动系统的主流技术。
越来越多服装加工企业大量采用这种省电、免维修、低噪音、尺寸小的新型电机控制系统已是大势所趋。
是什么原因使伺服控制系统如此受到用户的青睐?
谁性能更好?
电子马达控制器是通过控制一个摩擦式离合器与“全速”运行的电机主动轮接触（接触式离合器）来控制电机的起停和调速，离合器的控制响应较慢，并且控制的性能还取决于离合器的质量及新旧程度。
对于采用非接触式离合器的电子马达，电控器仍需要通过控制两个非接触的离合器之间的耦合力（如磁力）来将电机主轴的动能传到另一侧（缝纫机主轴侧）。
尽管两种离合器原理不同，但它们都有一个共性，就是“全速”转动的电机的主动轮与缝纫机侧的传动是通过一个“软连接”实现的，在缝纫机起停时和负载力矩变化时，速度的稳定都会有一个过程，且速度会有一定的波动，特别是在缝纫机低速运行时（如剪线过程中）。
这是电子马达速度变化和电机起停控制反应缓慢的主要原因。
伺服电机控制器由于可以对电机实现精确的力矩控制，其速度控制和位置控制可以直接通过数字控制来实现。
这样缝纫机的力矩控制（如布辛：I．厚度变化）、速度控制（如高低速缝纫）、和位置控制（如停针）可以直接通过电机轴传动到缝纫机主轴上，其性能，反应速度和稳定性都明显优于电子马达控制器。
尤其是采用了高性能稀土永磁材料的伺服电机，其出力大，惯性小，起停动态性能特别好，有助于提高生产率和缝纫质量。
伺服电控器是节能的关键
电子马达控制系统的电控部件大部分子部件是相同的，如系统控制面板、三自动电磁铁、同步传感器和踏板传感器等。
两个电控部件的不同仅在于控制器内部。
电子马达控制器不控制感应电机的起停和速度，而仅仅控制离合器来实现起停和调速。
因此，这类系统只需要用一个简单的单片机（微处理器Microprocessor）来控制一个电流或电压控制回路实现闭环离合器控制，从而实现对电机的起停和调速。
控制器用的元器件少，制造简单，成本低。
但是由于电子马达的电控器不控制电机，而电机是消耗电能的主要部件，电机在不受控制的情况下运行，它的效率很低；电机无论缝纫机工作在什么工况，无论高速或低速、缝厚料或薄料（缝厚料时缝纫机需要更大的力矩，而缝薄料时需要较少的力矩），电机都需要全速运行。
另外，缝纫机在实际工作中有大约l／4 ～1／3的时间是在停止状态（如缝纫工给料时间等），但电子马达的电机此时仍以“全速”在运行。
这样，电子马达无辜浪费了许多电能。
伺服电机控制器与电子马达控制完全不同，它采用数字信号处理器（DSP）或高性能的微控制器（Microcontroller）和一个电力电子变换器来实现信号到能量的转换，从而实现对电机的起停、速度和力矩控制。
整个控制器用了较多的元器件，对制造工艺要求较高，成本也较高。
但是，伺服电机电控器采用了最新的“节能”控制算法，在数字型号处理器的控制下，将输入电机的电流全部用来产生有用的力矩，使电机一直工作在最高效的状态；伺服电机控制，系统可以根据不同的力矩需求，使电机送出正好缝纫机所需要的力矩。
当缝纫机在
停止状态时，伺服电机电控器也会使电机停下来，此时伺服系统几乎不消耗电能。