现代伺服系统设计01.

格式：ppt
大小：682.50 KB
文档页数：3

下载文档原格式

《进给伺服系统》课件

简介
了解进给伺服系统的概念、应用领域，以及其在工业领域中的重要性。快速掌握进给伺服系统的基本定义和特点。
构成
伺服电机
了解伺服电机在进给伺服系统中的作用以及不同类型的伺服电机。
编码器
介绍编码器的作用和重要性，探讨不同编码器类型和应用。
电力放大器
深入了解电力放大器的原理和功能，它在进给伺服系统中扮演的角色。
《进给伺服系统》PPT课件
# 进给伺服系统PPT课件大纲 ## 简介 - 什么是进给伺服系统？ - 进给伺服系统的应用领域 - 进给伺服系统的特点和重要性 ## 进给伺服系统的构成 - 伺服电机 - 电力放大器 - 编码器 - 控制器 ## 进给伺服系统的工作原理 - 指令输入和控制信号生成 - 反馈信号获取与处理 - 控制信号输出和执行 ## 进给伺服系统的性能参数 - 定位精度调Fra bibliotek和优化1
伺服参数设置
详细讨论伺服参数设置的重要性，以
模拟调试和实际调试
2
及如何根据需求进行调整。
介绍模拟调试和实际调试的流程，以
及优化过程中可能遇到的挑战。
3
优化方法和注意事项
提供一些优化方法和注意事项，帮助读者更好地调试和优化进给伺服系统。
进一步发展
数字化技术
探讨数字化技术对进给伺服系统的发展和应用的影响。
性能参数
定位精度
介绍进给伺服系统的定位精度参数及其对系统性能的影响。
重复定位精度
探讨系统的重复定位精度参数，以及如何优化系统以实现更高的精度。
响应速度
详细说明进给伺服系统的响应速度参数，以及如何提高系统的响应速度。
负载惯性比
介绍负载惯性比在进给伺服系统中的重要性，以及如何平衡负载和惯性。

伺服电动机

伺服电动机认知1．永磁交流伺服系统概述现代高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统，其中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两部分。

(1)交流伺服电动机的工作原理伺服电机内部的转子是永久磁铁，驱动器控制的u／V／W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

伺服电动机的精度决定于编码器的精度(线数)。

伺服驱动器控制交流永磁伺服电动机(PMSM)时，可分别工作在电流(转矩)、速度、位置控制方式下。

系统的控制结构框图如图7-17所示。

系统基于测量电机的两相电流反馈(Ia、Ib)和电机位置。

将测得的相电流(Ia、Ib)结合位置信息，经坐标变化(从a，b，c坐标系转换到转子d，q坐标系)，得到Ia、Ib分量，分别进入各自的电流调节器。

电流调节器的输出经过反向坐标变化(从d，q坐标系转换到a，b，c坐标系)，得到三相电压指令。

控制芯片通过这三相电压指令，经过反向、延时后，得到6路PWM波输出到功率器件，控制电机运行。

伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。

功率器件普遍采用以智能功率模块(IPM)为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入了软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。

智能功率模块(IPM)的主要拓扑结构是采用了三相桥式电路，原理图如图7-18所示。

利用了脉宽调制技术(Pulse width Modulation，PWM)，通过改变功率晶体管交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率，改变每半周期内晶体管的通断时问比，即通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压幅值的大小以达到调节功率的目的。

关于图7-17中的矢量控制原理，此处不予讨论。

《闭环伺服系统设计》课件

自动化生产线伺服系统需要具备高精度、快速响应和同步控制能力，以确保生产线的稳定运行。
航空航天伺服系统
航空航天伺服系统是用于控制航空器和航天器运动的关键技术之一，具有高精度、高可靠性和耐
极端环境的特点。
航空航天伺服系统需要适应高速、高海拔和强辐射等极端环境，确保飞行器和航天器的安全和稳
定。
制作过程中应注重工艺控制，保证电路板的加工精度和可靠性。
电机驱动电路设计
01
电机驱动电路是伺服系统的动力来源，其设计直接影响到伺服系统的性能。
02
电机驱动电路设计应充分考虑电机的电气特性，如电压、电流、电阻等，以确保电机正常工作。
设计中应注重控制精度和响应速度，以满足伺服系统的需求。
系统调试与优化
系统调试步骤
介绍系统调试的基本步骤、调试方法以及在闭环伺服系统中的应用。
系统优化技巧
阐述系统优化的基本原则、优化方法以及在闭环伺服系统中的应用。
性能测试与评估
介绍性能测试的方法、评估标准以及在闭环伺服系统中的应用。
2023
PART 05
闭环伺服系统应用案例
REPORTING
数控机床伺服系统
驱动方式
根据电机类型选择合适的驱动电路或驱动器，如H桥、三相逆变器等。
电Hale Waihona Puke 参数根据系统性能指标确定电机的转速、转矩、功率等参数。
电机控制
通过调整输入电压或电流实现对电机的速度和位置控制。
传感器与反馈控制
传感器类型
选择能够准确测量系统状态（如位置、速度、加速度等）的传感器。
反馈控制
通过传感器反馈的系统状态信息，与理想状态进行比较，形成误差信号，用于调整系统输出。

闭环伺服系统设计

设计用户登录界面和权限管理功能，确保系统的安全性和可靠性。
主控界面设计
设计简洁明了的主控界面，方便用户进行系统监控和控制。
自定义报表和图形显示
根据用户需求，设计各类报表和图形显示，提供直观的数据分析和可视化功能。
05 闭环伺服系统调试与优化
系统调试流程
硬件检查
检查伺服系统的硬件连接是否正确，确保电机、编码器、驱
数据分析
对记录的数据进行统计分析，找出最优的控制参数组合。
参数应用
将最优的控制参数应用到伺服系统中，并进行验证和确认。
06 闭环伺服系统发展趋势与展望
新技术与新材料的应用
01
数字孪生技术
利用数字孪生技术建立系统的虚拟模型，实现物理系统与数字模型的实
时交互，提高系统的预测和优化能力。
02
新型传感器技术
模糊控制算法
基于模糊逻辑和专家经验，处理不确定性和非线性问题，提高系统鲁棒性。
神经网络控制算法
模拟人脑神经元网络，通过学习自适应调整系统参数，实现复杂系统的智能控制。
通信协议设计
串行通信协议
如RS-232、RS-485等，实现设备间的数据传输和命令控制。
网络通信协议
如TCP/IP、UDP等，实现远程数据交换和控制，提高系统扩展性。
驱动器选型与设计
01
02
03Байду номын сангаас
驱动器类型选择
根据电机类型和控制需求，选择合适的驱动器类型，如直流电机驱动器、交流电机驱动器等。
驱动器参数匹配
根据电机参数和控制要求，选择合适的驱动器参数，如电压、电流、功率等。
驱动器控制算法
根据电机控制策略，设计驱动器的控制算法，如 PID控制、模糊控制等。

伺服系统的概念与分类

伺服系统的分类
（3）按照控制方式分类——开环伺服系统
组成原理图如图所示：
伺服系统的分类
（3）按照控制方式分类——半闭环伺服系统
半闭环伺服系统不对控制对象的实际位置进行检测，而是用安装在伺服电机轴端上的速度、角位移测量元件测量伺服电机的转动，间接地测量控制对象的位移，角位移测量元件测出的位移量反馈回来，与输入指令比较，利用差值来校正伺服电机的转动位置。
机电伺服系统
以电动机作为动力驱动元件的伺服系统。
02 伺服系统的分类
伺服系统的分类
分类方法
按照驱动方式分类按照功能特征分类按照控制方式分类
伺服系统的分类
（1）按照驱动方式分类
伺服系统的分类
（1）按照驱动方式分类
电气伺服
直流伺服系统
交流伺服系统
小惯量直流伺服电动机永磁直流伺服电动机交流异步伺服电动机永磁同步伺服电动机
伺服系统的分类
（3）按照控制方式分类——半闭环伺服系统
组成原理图如图所示：
伺服系统的分类
（3）按照控制方式分类——闭环伺服系统
闭环伺服系统带有检测装置，可以直接对工作台的位移量进行检测。在闭环伺服系统中，速度、位移测量元件不断地检测控制对象的运动状态。
伺服系统的分类
（3）按照控制方式分类——闭环伺服系统
伺服系统的分类
（2）按照功能特征分类
伺服系统的分类
（3）按照控制方式分类
伺服系统的分类
（3）按照控制方式分类——开环伺服系统
开环伺服系统没有速度及位置测量元件，伺服驱动元件为步进电机或电液脉冲马达。由于这种控制方式对传动机构或控制对象的运动情况不进行检测与反馈，输出量与输入量之间只有前向作用，没有反向联系，故称为开环伺服系统。

最完整的伺服培训教程

组成。通过控制电机的电枢电流或励磁电流，实现对电机转速和位置的
高精度控制。
02
优点
直流伺服系统具有调速范围宽、低速性能好、控制精度高等优点。同时
，直流电机具有良好的启动、制动和调速性能，适用于对动态响应要求
高的场合。
03
缺点
直流伺服系统需要使用电刷和换向器，维护较为麻烦，且容易产生火花
干扰。此外，直流电机的体积和重量相对较大，限制了其在某些场合的
2024/1/25
22
安装注意事项和步骤说明
A
环境要求
确保安装环境干燥、通风且温度适宜，避免潮湿、高温和腐蚀性气体对伺服系统的影响。
安装准备
检查伺服电机、驱动器和编码器等部件是否完好无损，准备好安装所需的工具和材料。
B
C
安装步骤
按照厂家提供的安装手册，逐步完成伺服电机与机械设备的连接、驱动器和编码器的接线以及控制系统的配置等工作。
熟悉伺服驱动器的功能、参数设置及调试方法。
伺服系统控制策略
学习伺服系统的控制策略，如位置控制、速度控制、力矩控制等。
伺服系统基本原理
伺服系统优化与调试
掌握伺服系统的组成、工作原理及性能指标等基础知识。
掌握伺服系统性能优化、故障排查及日常维护等技能。
2024/1/25
31
行业应用前景展望
01
替换法
在怀疑某个部件出现故障时，用正常的部件进行替换，观察故障是否消除，以确定故障点。
2024/1/25
仪器检测法
使用专业的检测仪器对伺服系统的各个部分进行检测，如电压、电流、转速等参数，以精确定位故障。
逐步排查法
按照伺服系统的组成部分，从电源、驱动器、电机、传感器等逐一排查，逐步缩小故障范围。

伺服系统简介介绍

受控对象
被控制的设备或系统，可以是机械系统、电气系统或其他系统。
伺服系统的分类
按受控对象
可分为位置伺服系统、速度伺服系统和力伺服系统等。
按控制方式
可分为开环伺服系统和闭环伺服系统。
按执行器类型
可分为电动伺服系统、气动伺服系统和液压伺服系统等。
02
01
按应用领域
可分为数控机床、机器人、航空航天、自动化生产线等领域的伺服系统。
04
03
02 伺服系统的工作原理
伺服系统的工作原理
• 伺服系统是一种能够精确控制运动和速度的控制系统。它广泛应用于各种工业自动化设备中，如数控机床、机器人、印刷机等。
伺服系统的应用场景
03
工业自动化
01
数控机床
伺服系统用于数控机床的精密加工，提高加工精度和效率。
02
生产线自动化
伺服系统用于生产线自动化，实现生产过程的精确控制和优化。
能。
自动驾驶
伺服系统用于自动驾驶汽车的导航和控制，实现精确的路径规划和避障。
悬挂系统控制
伺服系统用于悬挂系统的控制，提高车辆的行驶平顺性和稳定性。
04 伺服系统的优势与挑战
伺服系统的优势与挑战
• 伺服系统是一种被广泛应用于各种工业和商业领域的控制系统。它通过接收输入信号，并利用内部的电子和机械部件来控制输出运动，以满足特定的应用需求。伺服系统具有高精度、高速度、高可靠性等优点，但也面临着一些挑战。
升级的工业应用需求。
03
5G技术的应用
5G技术为工业互联网的发展带来了新的机遇。未来的伺服系统将更加
注重与5G技术的融合，以实现更高效、更稳定的生产和制造。

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。

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。

民用伺服系统

dA/dt t
M
dA2 / d 2t
at
t1
t
例3 减摇鳍转鳍力矩分析与综合
船舶减摇鳍在船舷外的空间位置示意图。
R Y
M 01

v
P O 鳍在与平行迎面来流之间的攻角为。由于鳍上方的水流受挤而流线变密，导致流速增加，鳍下方流速减小。鳍上方的静压小于下方的静压，两者的压差如图中排线箭头形成的包络线。总的合力作用点为P，合力为R。R可以分解为升力Y和阻力X，升力Y对船重心形成扶正力矩。合力对轴线O形成一力矩M01。此时如果鳍首向上转动，则M01将阻碍鳍转动。
kg·m·s2 g·cm·s2
kg kg·m g·cm kg·m W· h
1 kg·m·s2 = 9.8 kg·m2 1g·cm·s2=9.8×10-5kg·m2
1 kg = 9.8 N 1 kg· = 9.8 N·m 1 g·cm = 9.8×10-5 N·m 1 kg·m = 9.8 J 1 W·h = 3600 J
输出轴上承受的摩擦力矩是由系统整个机械传动各部分的摩擦作用综合的结果。以旋转运动为例:
Mc Mc Mc
1 1

静摩擦力矩最大，随着输出角速度Ω的增加(0<｜Ω｜<Ω1)，摩擦力矩减小，当Ω继续增加(｜Ω｜>｜Ω1｜)时，摩擦力矩又略有增加或保持不变。摩擦负载对系统的工作品质影响很大。对随动系统而言，摩擦负载影响系统的控制精度。当要求低速跟踪时，由于摩擦负载在低速区有dMc/dΩ<0，系统将出现的低速爬行现象。
• 伺服系统稳态设计特点
稳态设计运用基础知识面更宽，需要有一定的实践经验。
• 工程定量计算的计量单位
我国计量管理规定一律采用国际单位制(SI)。国内有些产品铭

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

A的特征根del(sI-A)=0，有正根，系统不稳定可通过配置系统极点，使系统稳定。
3、反馈对系统参数灵敏度的影响
工作中，控制系统的元件总是随时间环境变化的。希望这种变化越小越好。灵敏度的定义：G(s)参数可变，Φ (s)对G(s)的变化的灵敏度为
/ ( s) G( s) 1 S G / G( s) G ( s) 1 G( s) H ( s)

a 综合性、专业性，知识面宽，内容多而杂
数学、电子技术、电机学、机械基础、控制理论、力学、计算机、液压与气动都要涉及具有穿线的作用

b 注重实践
控制系统设计、实现、调试、试验

c 和自控原理的比较

d 什么是伺服系统（Servo System）
随动系统 — 调节系统是控制系统中的一类系统它用来控制被控对象的转角或位移，使其自动、连续、精确地复现输入指令的变化。（一般具有负反馈闭环）例：雷达系统、机器人机械臂、猎雷声纳平台
第一章绪论
1、特点与回顾 2、伺服控制技术的发展 3、伺服系统的组成 4、伺服系统技术指标 5、伺服系统设计内容与步骤

1、特点与回顾
a 综合性、专业性，知识面宽，内容多而杂 b 注重实践 c 和自控原理的比较 d 什么是伺服系统（Servo System） e 控制系统形式
f 反馈的特点与作用 g 两类基本反馈控制系统的比较

e 控制系统形式
控制器被控对象
开环和闭环
控制器放大被控对象
例：舵机控制系统
θr 主指令信号；θy 舵角信号 e =θr -θy 偏差信号 e = 0 时，达到一致。舵角连续跟踪θr 必须自动克服水流的干扰。
θy 控制器放大电动机齿轮
θr 舵轮
指令
θy

f 反馈的特点与作用
特点： 1、连续的检测偏差量； 2、回路增益可以较高，使误差很小，输出接近希望值； 3、对环境有适应性，抗干扰性强； 4、闭环系统复杂，成本高。
信号引起的输出 G1G 2E (s) E ( s) G1 噪声引起的输出 G 2 N (s) N ( s)
增大信噪比的途径:增加G1，或增加E(s)/N(s)
闭环时，
G1G2R R 信噪比= 1+G1G2H G1 G2N N 1+G1G2H
在某些情况下，闭环提供了改善信噪比的可能性当G1增大到G’1 时，调整R到R’,使开环、闭环输出C(s)相等 C(s)│N=O = G’1G2 R’/(1+ G’1G2H)=G1G2R C(s)│R=O = G2 N/(1+ G’1G2H) 希望它小信噪比 = C(s)│N=O/ C(s)│R=O = G1(1+ G’1G2H)R/N 增加了(1+ G’1G2H)项，使提高信噪比有了可能。
dt 2
F
当车静止时，u = 0，系统处于不稳定平衡；加入控制力u后，取很小角运动，有
sin
设状态变量: 得到状态方程：
0 a 21 0 a41
cos 1 , x3 y, x4 y x1 , x2
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 b 0 x 2 u A Bu 0 1 0 b4
伺服控制系统（随动系统） —— 调节控制系统
跟踪输入变化，克服负载与噪声干扰——使对象保持某一状态两类系统共同点：一般都是反馈控制系统两类系统不同点：四个方面 1、输入信号时变、跟踪、未知、复杂 —— 常值阶跃、已知、简单 2、误差特点跟踪误差来源于输入信号的随机变化 —— 广义干扰引起 3、过渡过程质量、精度过渡过程质量高、精度、快速性好——精度高，过程一般 4、负载特点负载惯性与摩擦——广义干扰你中有我，我中有你
5、反馈对系统带宽、阻抗、过渡过程及频率特性都有影响

g 两类基本反馈控制系统的比较
控制系统种类很多，分法也各不相同。按控制形式分：定常控制系统 —— 时变控制系统线性控制系统 —— 非线性控制系统连续控制系统 —— 离散控制系统模拟控制系统 —— 数字控制系统按控制目标分：伺服控制系统（随动系统） —— 调节控制系统
作用：（增益、稳定、灵敏度、抗干扰）
(s)
C(s) R( s )

G( s ) 1G( s ) H ( s )
1、反馈对增益的影响
(s)
CH ( s )
H(s)=0时，即为开环，增益为G(s) G( s) H(s)≠0时，即为闭环，增益为 1G ( s ) H ( s ) │1+G(jω)H(jω)│>1时，增益减小 │1+G(jω)H(jω)│<1时，增益增大 G(jω)H(jω)在不同频段都可能出现上面的情况
2、反馈对稳定性的影响
当1+G(jω)H(jω)=0或特征根分布在右半平面时， Φ （ jω）→∞，系统不稳定。通过控制，可使不稳定系统达到稳定，选择F(s)
(s)
G( s ) 1G ( s ) H ( s )G ( s ) F ( s )
例：倒立摆系统
已知：杆的质量为m，车的质量为M，车为一个自由度，左右运动；
杆有两个自由度，左右运动，绕铰链转动。f为垂向力，F为水平力。
f m y

L A F
u
M
0 mg
B
杆旋转运动：杆垂直直线运动：杆水平直线运动：车水平直线运动：
d 2 I ( f mg ) L sin FL cos dt 2
m
d 2 ( L cos ) m mg f dt 2 d 2 (Y L sin ) d 2Y m uF dt 2
G
S 可以用增大G(s) H(s)的办法，使 G 任意小。
开环时，使按1：1相应G(s)的变化的。
4、反馈对外部噪声或扰动的影响
它的作用可以削弱外部噪声或扰动N(s)的影响
H=0时，也即开环时，有E(s)=R(s)，则 C(s)=G1G2R(s)+G2N(s)= G1G2E(s)+G2N(s) 定义：输出信噪比