伺服系统概述

第一章伺服系统概述伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。

在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地尾随输入量的变化，因此又称之为随动系统或者自动跟踪系统。

机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。

近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及机电创造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步机电、感应电机为伺服机电的新一代交流伺服系统。

目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路创造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性创造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。

1.1 伺服系统的基本概念1.1.1 伺服系统的定义“伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行住手。

伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵便方便的控制。

1.1.2 伺服系统的组成伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。

它由检测部份、误差放大部份、部份及被控对象组成。

1.1.3 伺服系统性能的基本要求1 )精度高。

伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。

2 )稳定性好。

稳定是指系统在给定输入或者外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。

3 )快速响应。

响应速度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机电能提供的最高转速和最低转速之比。

5 )低速大转矩。

在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。

什么是伺服系统伺服系统是一种控制机械系统运动的技术，它通过传感器对输出信号进行反馈控制，实现精确的位置、速度和力控制。

伺服系统广泛应用于工业生产和自动化领域，提高了生产效率和产品质量。

一、伺服系统的工作原理伺服系统主要由伺服驱动器、伺服电机和反馈传感器组成。

伺服驱动器负责接收和处理控制信号，将信号转换为合适的电压或电流输出，驱动伺服电机运动。

而伺服电机作为执行器，根据伺服驱动器提供的控制信号，输出相应的运动。

反馈传感器则监测伺服电机的运动状态，将监测到的位置、速度或力信号返回给伺服驱动器，驱动器通过与设定值的比较，调整输出信号，实现对运动状态的精确控制。

二、伺服系统的特点1. 高精度：伺服系统能够实现微小运动的精确控制，可实时监测和调整输出信号，适用于对运动精度要求较高的场景。

2. 高响应性：伺服系统的反馈传感器能够实时监测电机的运动状态，并将信息传递给伺服驱动器，驱动器通过处理反馈信号，及时调整输出信号，使系统能够快速响应各种指令。

3. 多功能：伺服系统可通过调整控制参数，实现对位置、速度和力的精确控制，适用于不同的工业应用。

4. 稳定性好：伺服系统通过反馈控制，能够实时调整输出信号，使系统保持稳定运行。

5. 适应性强：伺服系统可根据不同的工作负载，调整输出信号，适应不同工况的需求。

三、伺服系统的应用1. 工业机械：伺服系统广泛应用于机床、激光切割机、注塑机等工业机械设备中，实现对加工精度和速度的要求。

2. 机器人技术：伺服系统在机器人技术中发挥重要作用，通过对关节运动的精确控制，实现机器人的灵活运动和高精度定位。

3. 自动化生产线：伺服系统可应用于自动化生产线中，控制工件输送、装配等过程，提高生产效率和产品质量。

4. 医疗设备：伺服系统在医疗设备中广泛使用，如手术机械臂、电动床等，实现对患者的精确控制和操作。

5. 航空航天：伺服系统应用于航空航天领域，控制飞机和航天器的各个部件的运动，确保航行安全和舒适。

什么叫做伺服系统伺服驱动系统（Servo System）简称伺服系统，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床等。

使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量（使用在机电系统中的伺服电机的转动惯量较大，为了能够和丝杠等机械部件直接相连。

伺服电机有一种专门的小惯量电机，为了得到极高的响应速度。

但这类电机的过载能力低，当使用在进给伺服系统中时，必须加减速装置。

转动惯量反映了系统的加速度特性，在选择伺服电机时，系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3倍。

）较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。

当然，其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。

该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元，有时简称为伺服，一般其内部包括电流、速度和/或位置闭环。

我接触伺服电机的时间只有十来天，下面是我收集的基础的知识，希望对出学者有帮助：问：控制方式中的"位置","速度","转矩"有什么分别？答：位置"、"速度"、"转矩"是伺服系统由外到内的三个闭环控制方式。

位置控制方式有伺服完成所有的三个闭环的控制，计算机只需要发送脉冲串给伺服单元即可，计算机一侧不需要完成PID控制算法；使用速度控制方式时，伺服完成速度和扭矩（电流）两个闭环的控制，计算机需要发送模拟量给伺服单元，计算机一侧需要完成PID位置控制算法，然后通过D/A输出；一般来讲，我们的需要位置控制的系统，既可以使用伺服的位置控制方式，也可以使用速度控制方式，只是上位机的处理不同。

另外，有人认为位置控制方式容易受到干扰。

扭矩控制方式是伺服系统只进行扭矩的闭环控制，即电流控制，上位机的算法也简单，只需要发送给伺服单元一个目标扭矩值，是一个模拟量。

多用在单一的扭矩控制场合，比如在印刷机系统中，一个电机用速度或位置控制方式，用来确定印刷位置，另一个电机用作扭矩控制方式，用来形成恒定的张力。

交流永磁同步伺服驱动系统一、伺服系统简介伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。

伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。

在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。

交流永磁同步伺服驱动系统（以下简称伺服系统），是基于国外高端伺服技术开发出适合于国内环境的伺服驱动系统，具有性能优异、可靠性强，广泛应用于数控机床、织袜机械、纺织机械、绣花机、雕刻机械等领域，在这些要求高精度高动态性能以及小体积的场合，应用交流永磁同步电机（PMSM）的伺服系统具有明显的优势。

其中，PMSM具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效率都很高。

交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。

伺服系统调速范围一般的在1:5000～1:10000；定位精度一般都要达到±1个脉冲；稳速精度，尤其是低速下的稳速精度，比如给定1rpm时，一般的在±0.1rpm以内，高性能的可以达到±0.01rpm以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90°或者幅值不小于50％。

应用在特定要求高的一些场合，目前国内主流产品的频率在200～500Hz。

运行稳定性方面，主要是指系统在电压波动、负载波动、电机参数变化、上位控制器输出特性变化、电磁干扰、以及其他特殊运行条件下，维持稳定运行并保证一定的性能指标的能力。

二、伺服系统的组成伺服系统的组成1.上位机上位机通过控制端口发送指令（模拟指令或脉冲指令）给驱动器。

驱动器跟随外部指令来执行，同时驱动器反馈信号给上位机。

伺服系统的组成和原理伺服系统是一种控制系统，用于控制机械系统或过程的运动和位置。

它通常由四个主要组成部分组成：传感器、执行器、控制器和电源。

1.传感器：传感器用于检测机械系统的位置和运动。

常见的传感器包括编码器、位置传感器和加速度传感器。

编码器用于测量转动运动的角度和速度，位置传感器用于测量直线运动的位置和速度，而加速度传感器则用于测量加速度。

2.执行器：执行器是伺服系统中的执行元件，用于实际控制机械系统的运动。

最常见的执行器是伺服电机，它由电动机和驱动器组成。

电动机将电能转化为机械能，而驱动器控制电动机的速度和位置。

3.控制器：控制器是伺服系统的“大脑”，用于处理传感器提供的反馈信号，并根据预设的控制算法生成相应的控制信号。

控制器通常使用微处理器或数字信号处理器来执行这些计算。

控制器还可以根据需要进行参数调整和系统校准。

4.电源：伺服系统需要稳定和可靠的电源来提供所需的电能。

电池、直流电源或交流电源都可以作为伺服系统的电源。

1.传感器通过测量机械系统的位置和运动并将其转换为电信号。

2.传感器的信号输入到控制器，在控制器中进行计算和处理。

控制器根据预设的控制算法，比较实际位置和期望位置之间的差异。

如果差异较大，控制器发出控制信号以调整机械系统的运动。

3.控制信号通过驱动器送至执行器。

驱动器根据控制信号控制伺服电机的速度和位置。

驱动器通常与电机直接连接，将电机转子的转动运动转换为线性或旋转的机械运动。

4.机械系统根据电机的控制运动。

反馈传感器不断监测机械系统的位置和运动，并将其反馈给控制器。

5.控制器使用反馈信号重新计算控制信号，并不断对机械系统进行调整，以使实际位置尽可能接近期望位置。

什么是伺服系统？伺服系统的工作原理
伺服其实就是一种自动控制系统，其输出被控量始终伴随给定值的变化而变化。

对于已经了解了伺服电缆和伺服电机的我们来说，要了解伺服电机电缆还需要了解最为关键的伺服及伺服系统这两个重要概念。

伺服作为一种自动控制系统，其输出控制量包括了是物体位置、方位以及状态等。

一般情况下，它的任务无非是根据要求，放大、变换或者调控功率，从而能够更加灵活地实现对驱动装置所输出量的控制。

伺服是希腊语中的其实是“奴隶”之意，这就表示，伺服机构在创立之初，本来就是用于满足人们需求的一种工具，一切都是为了使人们的工作能够更加得心应手。

所以伺服机构总是按控制信号所作出的要求来进行相关动作。

一旦没有了控制的讯号，它就会选择静止不动，直到控制讯号再次传达过来。

后来，人们根据伺服机构的特性，又得出了“伺服系统”的概念。

伺服系统也就是随动系统，是一种反馈控制系统，用于精确地跟随着或者是复现出某个过程。

伺服系统中的被控制量，也就是系统的输出量，一般专指机械位移或者加速度和位移速度，是针对这些的反馈系统。

而它的作用在于使输出的转角或机械位移能够有效而准确地跟踪输入的转角或机械位移。

伺服系统在结构组成上，跟其他形式的一些反馈控制系统相比，并没有什么根本上的区别。

另外，伺服系统的作用也十分明确，主要是用来以小功率信号来控制大功率的负载、在无机械连接时由输入轴来控制远处的输出轴，以及使得输出的机械位移能够精确地对电信号进行跟踪，例如指示仪表就是这样。