主要内容概述伺服系统元件误差伺服系统原理动态误差伺服系

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。

伺服的工作原理
伺服的工作原理是通过传感器检测并测量系统的状态，然后将这些测量值与预设的目标值进行比较。

如果测量值与目标值存在偏差，控制器会发出控制信号，使电机根据反馈信号做出相应的调整，使系统恢复到目标值附近。

伺服系统通常由三个基本组件组成：控制器、执行器和反馈装置。

控制器是系统的核心，负责接收来自传感器的反馈信息，并将其与目标值进行比较，然后计算出控制信号。

执行器是控制信号的接收者，通常是电机或液压装置，它们将接收到的控制信号转化为机械运动。

反馈装置用于监测执行器的运动状态，并将其转化为反馈信号，反馈给控制器进行实时调整。

在伺服系统中，控制器的设计是至关重要的。

控制器通常采用比例积分微分（PID）控制器，通过对误差的比例、积分和微
分进行加权，来计算控制信号。

其工作原理是根据当前的误差状态和误差变化率来调整控制信号，使系统能够稳定地接近目标值。

伺服系统的关键在于反馈机制，它实现了系统的闭环控制。

反馈装置通过监测执行器的运动状态，将实际测量值反馈给控制器。

控制器根据反馈信号进行实时调整，以便使系统尽可能地接近目标值。

通过持续的反馈和调整，伺服系统能够响应外部干扰，并保持系统在变化之间稳定运行。

总而言之，伺服的工作原理是通过传感器检测系统的状态，并与预设的目标值进行比较，然后通过控制器计算控制信号，使
执行器根据反馈信号进行调整，以使系统接近目标值。

通过持续的反馈和调整，伺服系统能够实现闭环控制，稳定地运行并应对外部干扰。

伺服工作原理
伺服工作原理是指通过运用反馈控制原理，使系统能够实时地根据所需输出值进行调整和校正，以达到精确控制输出的目的。

伺服系统主要包括信号调整器、执行器和反馈装置三个主要组成部分。

其中，信号调整器负责将输入信号进行放大、加工和调整，生成合适的控制信号。

执行器接收来自信号调整器的控制信号，并将其转化为相应的动作或力，以实现所需的运动或输出。

反馈装置监测执行器的输出，并将实际输出值反馈给信号调整器，用于校正和调整控制信号，以使输出更加准确。

在伺服系统中，最常见的反馈装置是编码器。

编码器通过测量旋转角度或线性位移的变化来获取系统的实际输出值，并将其转化为脉冲信号输出。

这些脉冲信号回传给信号调整器，用于比较和校正与期望输出值之间的差距，并生成修正后的控制信号。

当系统工作时，信号调整器将输入信号与反馈信号进行比较，并生成误差信号。

误差信号经过放大和滤波处理后，送入执行器，使其作出相应的调整。

执行器将调整后的输出力或运动传递到负载上，实现所需的运动或输出。

通过反复的比较和调整过程，伺服系统能够实现精确控制输出，并能够在外界干扰或负载变化的情况下自动校正。

伺服系统广泛应用于工业自动化、机器人技术、机械加工、医疗设备等领域，为各种精密控制提供强大支持。

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。

伺服电机综述luqingsong@摘要：文章对伺服电机及其工作原理进行了简要介绍，并介绍了伺服控制系统同时分析了国内外伺服电机的研究现状。

关键词：伺服电机伺服系统研究现状1伺服电机简介伺服电机（servo motor）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。

伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

[1]2伺服电机工作原理伺服电机在控制系统的控制下，实现相应的动作，其相应的命令就是输入的电压信号，一般由单片机提供，有几伏电压到几千伏电压驱动的伺服电机，伺服电机通过接受到的电压信号，识别信号的占空比，从而实现伺服电机的转速的输出控制，伺服电机把输入的电压信号转换为伺服电机的转矩，其占空比比较大，时间常数相应比较小，能够快速的响应，其归根结底则是根据输入的信号电平转化为伺服电机电机轴的角位移或者角速度输出，达到信号旋转驱动后面负载的元器件的功能，其作为一个动力驱动源，应用很广泛。

伺服电机一般度较小，现今使用的多为交流伺服电机，交流伺服电机有着优良的特性，体积小，执行相应时间小，其功率值的调动范围很大，相对于交流伺服电机而言直流伺服电机体积比较大，其执行的精度虽高，但在成本和实用下，性能比远远低于交流伺服电机。

现如今，工业企业等大小的实验，均采用的是交流伺服电机，交流伺服电机分为同步交流伺服电机和异步交流伺服电机。

交流伺服电机采用的是单片机输入的ＰＷＭ脉宽数，执行相应的反应动作，交流伺服电机通过接收到的ＰＷＭ脉宽数，执行电机的主轴输出轴的转速的控制。

第三节伺服进给系统数控机床的进给系统又称“伺服进给系统”。

所谓“伺服”，即，可以严格按照控制信号完成相应的动作。

在数控机床的结构中，简化最多的就是进给系统。

所有数控机床的（做直线运动的）伺服进给系统，基本形式都是一样的。

一、传统机床进给系统的特点1．进给运动速度低、消耗功率少进给运动的速度一般较低，因而常采用大降速比的传动机构，如丝杠螺母、蜗杆蜗轮等。

这些机构的传动效率虽低，但因进给功率小，相对功率损失很小。

2．进给运动数目多不同的机床对进给运动的种类和数量要求也不同。

例如：立式钻床只要求一个进给运动；卧式车床为两个（纵、横向）；而卧式铣镗床则有五个进给运动。

进给运动越多，相应的各种机构（如变速与换向、运动转换以及操纵等机构）也就越多，结构就更为复杂。

3．恒转矩传动进给运动的载荷特点与主运动不同。

当进给量较大时，常采用较小的背吃刀量；当进给量较小时，则选用较大的背吃刀量。

所以，在采用各种不同进给量的情况下，其切削分力大致相同，即都有可能达到最大进给力。

因此，进给传动系统最后输出轴的最大转矩可近似地认为相等。

这就是进给传动恒转矩工作的特点。

4．进给传动系统的传动精度进给传动链从首端到末端，有很多齿轮等进行传递，每个传动件的误差都将乘以其后的传动比并最终影响末端件输出，输出端的总误差是中间各传动件误差的累积（均方根）。

因为进给传动链总趋势是降速，所以远离末端件的传动件误差影响较小，而越靠近末端件的传动件误差，对总的传动精度的影响越大。

因此把越靠近末端件的传动比取得越小（相当于“前慢后快”原则），对减小其前面各传动件的误差影响越大。

这就是“传动比递降原则”。

应该注意：传统机床仅在“内联系传动链”中需要考虑传动精度。

二、提高传动精度的措施：①缩短传动链减少传动件数目，以减少误差的来源。

（即累积误差减少）②合理分配各传动副的传动比尽可能采用传动比递降原则；尽量采用大降速比的末端传动副，如：输出为回转运动用蜗杆蜗轮副，输出为直线运动用丝杠螺母副。