伺服系统原理及发展趋势
姓名：王刚学号：50128523405
摘要：伺服系统是机电产品中的重要环节，其控制性能反映了机电设备的控制质量。高性能的伺服系统可以提供灵活、方便、准确、快速的驱动。本文在理解《伺服驱动与控制技术》这门课程的理论基础上，介绍了伺服系统的发展过程和伺服系统的分类、原理，并具体阐述了伺服系统的发展趋势。
关键词：伺服系统；控制；电机；发展
Abstract：Servo-system is the important link in the mechanical-electrical products ,its control property reflects the control quality of mechanical-electrical device.High-performance servo system can provide a flexible, convenient, accurate and fast driver. Based on understanding the servo drive and control technology based on the theory of this course, the developing of the Servo-system are introduced and the classification, the principle of the servo system, and expounds the development trend of servo system in detail.
Keyword：Servo-system；Control；Motor；developing
引言
伺服系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。最基本的伺服系统包括伺服执行元件（电机、液压缸等）、反馈元件和伺服驱动器。
近年来，由于数控技术的迅速发展，伺服系统的作用于要求越显突出，交流伺服的应用也越来越为广泛。随着国家对制造装备及其技术改造工作的重视，随着全数字式交流永磁伺服系统的性能价格比逐步提高，应该范围也越来越广泛，未来的伺服将会占据机械领域一个重要角色。
1.伺服系统的发展历史
伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程。电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统。
60～70年代是直流伺服电动机诞生和全盛发展的时代，直流伺服系统在工业及相关领域获得了广泛的应用，伺服系统的位置控制也由开环控制发展成为闭环控制。在数控机床应用领域，永磁式直流电动机占据统治地位，其控制电路简单，无励磁损耗，低速性能好。
80年代以来，随着电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、控制技术及计算机技术的快速发展，大大推动了交流伺服驱动技术，使交流伺服系统性能日渐提高，与其相应的伺服传动装置也经历了模拟式、数模混合式和全数字化的发展历程。
90年代开环伺服系统迅速被交流伺服所取代。
我国是从1970年代开始跟踪开发交流伺服技术，主要研究力量集中在高等院校和科研单位，以军工、宇航卫星为主要应用方向，不考虑成本因素。主要研究机构是北京机床所、西安微电机研究所、中科院沈阳自动化所等。
80年代之后开始进入工业领域，直到2000年，国产伺服停留在小批量、高价格、应用面狭窄的状态，技术水平和可靠性难以满足工业需要。
2000年之后，随着中国变成世界工厂、制造业的快速发展为交流伺服提供了越来越大的市场空间，国内几家单位开始推出自己品牌的交流伺服产品。目前国内主要的伺服品牌或厂家有森创(和利时电机)、华中数控、广数、南京埃斯顿、兰州电机厂等。其中华中数控、广数等主要集中在数控机床领域。
2.伺服系统的分类、原理和特点
2.1伺服系统的分类
(1) 按调节理论分类
A、开环--即无位置反馈的系统，其驱动元件主要是功率步进电机或液压脉冲马达。它的结构简单、易于控制，但缺点是精度差，低速不平稳，扭矩小。一般用于轻载负载变化不大或经济型数控机床上。在这种系统中，如果是大功率驱动时，用步进电机作为执行元件。驱动电路的主要任务是将指令脉冲转化为驱动执行元件所需的信号。
B、闭环---误差控制随动随动系统。数控机床进给系统的误差，是CNC输出的位置指令和机床工作台实际位置的差值。闭环系统运动执行元件不能反映运动的位置，因此需要有位置检测装置。由于是反馈控制，反馈测量装置精度很高，所以系统传误差可得到补偿，提高了跟随精度和定位精度。主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成。比较环节的作用是将指令信号和反馈信号进行比较，两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动电路，控制执行元件带动工作台继续移动，直到跟随误差为零。
C、半闭环---半闭环和闭环系统的控制结构是一致的，不同点只是闭环系统环内包括较多的机械传动部件，传动误差均可被补偿。理论上精度可以达到很高。但由于受机械变形、温度变化、振动以及其它因素的影响，系统稳定性难以调整。这种伺服系统所能达以的精度、速度和动太特性优于开环伺服系统，其复杂性和成本低于闭环伺系统，主要用于大多数中小型数控机床。
(2) 按驱动元件的类型分类
A、电液伺服系统--由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。最常见的有电液位置伺服系统、电液速度控制系统和电液力(或力矩)控制系统.。常用的位置检测元件有自整角机、旋转变压器、感应同步器和差动变压器等。为改善系统性能，常采用串联滞后校正来提高低频增益，降低系统的稳态误差。此外，采用加速度或压力负反馈校正则是提高阻尼性能而又不降低效率的有效办法。
B、电气伺服系统--全部采用电子器件和电机部件，操作维护方便，可靠性高。驱动元件主要有步进电机和交流伺服电机。它们没有液压系统中的噪声、污染和维修费用高等问题，但反应速度和低速力矩不如液压系统高，现在电机的驱动线路、电机本身的结构都得到很大的改善，性能大大提高。
C、机电伺服系统---以电动机作为动力驱动元件，电动机是将电能转换为机械能的元件，功率范围宽,使用方便,容易控制，是应用最广的驱动元件。机电伺服系统按所用电机的类型又可分为直流伺服系统和交流伺服系统，它性能和结构与电机类型和控制方式有很大关系。
2.2结构和技术要求
根据不同的伺服系统的分类，他们的结构会有差别，但是一般闭环的结构主要包括控制器,被控对象,执行环节,检测环节,比较环节等五部分;信号输入后先是到达比较环节，进行与预定值比较，将比较的结构输入控制器，控制器根据内置的控制算法来计算的到输出到执行环节，执行环节就将这些信号转成合适的输出来驱动需要驱动的设备，也就是被控对象。在驱动被控对象的时候，我们通过检测一些我们用来对比的信号，并经过检测环节来反馈到比较环节，这样来进行控制。
