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伺服系統的特點(diǎn)、分類(lèi)及發(fā)展方向 
李楠田(2015/1/26 10:19:13)  點(diǎn)擊:14404  回復:0  IP:14.209.224.*
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伺服系統的特點(diǎn)、分類(lèi)及發(fā)展方向
關(guān)鍵詞: DSP 整流 逆變 PWM 矢量控制 變頻器 伺服 PLC
變頻驅動(dòng)設備解決方案伺服驅動(dòng)器生產(chǎn)方案提供商
深圳市伊瑞軟件技術(shù)有限公司
伺服電機(servomotor)是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發(fā)動(dòng)機,是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度,位置精度非常準確,可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動(dòng)控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制,并能快速反應,在自動(dòng)控制系統中,用作執行元件,且具有機電時(shí)間常數小、線(xiàn)性度高、始動(dòng)電壓等特性,可把所收到的電信號轉換成電動(dòng)機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機兩大類(lèi),其主要特點(diǎn)是,當信號電壓為零時(shí)無(wú)自轉現象,轉速隨著(zhù)轉矩的增加而勻速下降。
  數控機床伺服系統的作用在于接受來(lái)自數控裝置的指令信號,驅動(dòng)機床移動(dòng)部件跟隨指令脈沖運動(dòng),并保證動(dòng)作的快速和準確,這就要求高質(zhì)量的速度和位置伺服。以上指的主要是進(jìn)給伺服控制,另外還有對主運動(dòng)的伺服控制,不過(guò)控制要求不如前者高。數控機床的精度和速度等技術(shù)指標往往主要取決于伺服系統。

  一、伺服系統的基本要求和特點(diǎn)
  1.對伺服系統的基本要求
  (1)穩定性好:穩定是指系統在給定輸入或外界干擾作用下,能在短暫的調節過(guò)程后到達新的或者回復到原有平衡狀態(tài)。
  (2)精度高:伺服系統的精度是指輸出量能跟隨輸入量的精確程度。作為精密加工的數控機床,要求的定位精度或輪廓加工精度通常都比較高,允許的偏差一般都在0.01~0.00lmm之間。
  (3)快速響應性好:快速響應性是伺服系統動(dòng)態(tài)品質(zhì)的標志之一,即要求跟蹤指令信號的響應要快,一方面要求過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短,一般在200ms以?xún)龋踔列∮趲资撩耄涣硪环矫妫瑸闈M(mǎn)足超調要求,要求過(guò)渡過(guò)程的前沿陡,即上升率要大。
  2、伺服系統的主要特點(diǎn)
  (1)精確的檢測裝置:以組成速度和位置閉環(huán)控制。
  (2)有多種反饋比較原理與方法:根據檢測裝置實(shí)現信息反饋的原理不同,伺服系統反饋比較的方法也不相同。目前常用的有脈沖比較、相位比較和幅值比較3種。
  (3)高性能的伺服電動(dòng)機(簡(jiǎn)稱(chēng)伺服電機):用于高效和復雜型面加工的數控機床,伺服系統將經(jīng)常處于頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中。要求電機的輸出力矩與轉動(dòng)慣量的比值大,以產(chǎn)生足夠大的加速或制動(dòng)力矩。要求伺服電機在低速時(shí)有足夠大的輸出力矩且運轉平穩,以便在與機械運動(dòng)部分連接中盡量減少中間環(huán)節。
  (4)寬調速范圍的速度調節系統,即速度伺服系統:從系統的控制結構看,數控機床的位置閉環(huán)系統可看作是位置調節為外環(huán)、速度調節為內環(huán)的雙閉環(huán)自動(dòng)控制系統,其內部的實(shí)際工作過(guò)程是把位置控制輸入轉換成相應的速度給定信號后,再通過(guò)調速系統驅動(dòng)伺服電機,實(shí)現實(shí)際位移。數控機床的主運動(dòng)要求調速性能也比較高,因此要求伺服系統為高性能的寬調速系統。
  二、伺服系統的分類(lèi)
  伺服系統按其驅動(dòng)元件劃分,有步進(jìn)式伺服系統、直流電動(dòng)機(簡(jiǎn)稱(chēng)直流電機)伺服系統、交流電動(dòng)機(簡(jiǎn)稱(chēng)交流電機)伺服系統。按控制方式劃分,有開(kāi)環(huán)伺服系統、閉環(huán)伺服系統和半閉環(huán)伺服系統等,實(shí)際上數控系統也分成開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)3種類(lèi)型,就是與伺服系統這3種方式相關(guān)。
  1、開(kāi)環(huán)系統
  開(kāi)環(huán)系統,它主要由驅動(dòng)電路,執行元件和機床3大部分組成。常用的執行元件是步進(jìn)電機,通常稱(chēng)以步進(jìn)電機作為執行元件的開(kāi)環(huán)系統為步進(jìn)式伺服系統,在這種系統中,如果是大功率驅動(dòng)時(shí),用步進(jìn)電機作為執行元件。驅動(dòng)電路的主要任務(wù)是將指令脈沖轉化為驅動(dòng)執行元件所需的信號。
  2、閉環(huán)系統
  閉環(huán)系統主要由執行元件、檢測單元、比較環(huán)節、驅動(dòng)電路和機床5部分組成。其構成框圖如圖2所示。在閉環(huán)系統中,檢測元件將機床移動(dòng)部件的實(shí)際位置檢測出來(lái)并轉換成電信號反饋給比較環(huán)節。常見(jiàn)的檢測元件有旋轉變壓器、感應同步器、光柵、磁柵和編碼盤(pán)等。通常把安裝在絲杠上的檢測元件組成的伺服系統稱(chēng)為半閉環(huán)系統;把安裝在工作臺上的檢測元件組成的伺服系統稱(chēng)為閉環(huán)系統。由于絲杠和工作臺之間傳動(dòng)誤差的存在,半閉環(huán)伺服系統的精度要比閉環(huán)伺服系統的精度低一些。
  比較環(huán)節的作用是將指令信號和反饋信號進(jìn)行比較,兩者的差值作為伺服系統的跟隨誤差,經(jīng)驅動(dòng)電路,控制執行元件帶動(dòng)工作臺繼續移動(dòng),直到跟隨誤差為零。根據進(jìn)入比較環(huán)節信號的形式以及反饋檢測方式,閉環(huán)(半閉環(huán))系統可分為脈沖比較伺服系統、相位比較伺服系統和幅值比較伺服系統3種。
  由于比較環(huán)節輸出的信號比較微弱,不足以驅動(dòng)執行元件,故需對其進(jìn)行放大,驅動(dòng)電路正是為此而設置的。
  執行元件的作用是根據控制信號,即來(lái)自比較環(huán)節的跟隨誤差信號,將表示位移量的電信號轉化為機械位移。常用的執行元件有直流寬調速電動(dòng)機、交流電動(dòng)機等。執行元件是伺服系統中必不可少的一部分,驅動(dòng)電路是隨執行元件的不同而不同的。
  可廣泛應用于數碼雕刻,包裝機械,模具生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)應用場(chǎng)合,更適用于高等學(xué)校機電一體化,電子電器,電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生(研究生)生產(chǎn)實(shí)習,課程設計等課程的實(shí)驗研究。
  三、伺服系統的發(fā)展方向
  隨著(zhù)生產(chǎn)力不斷發(fā)展,要求伺服系統向高精度、高速度、大功率方向發(fā)展。
  (1)充分利用迅速發(fā)展的電子和計算機技術(shù),采用數字式伺服系統,利用微機實(shí)現調節控制,增強軟件控制功能,排除模擬電路的非線(xiàn)性誤差和調整誤差以及溫度漂移等因素的影響,這可大大提高伺服系統的性能,并為實(shí)現最優(yōu)控制、自適應控制創(chuàng )造條件。
  (2)開(kāi)發(fā)高精度、快速檢測元件。
  (3)開(kāi)發(fā)高性能的伺服電機(執行元件)。目前交流伺服電機的變速比已達1∶10000,使用日益增多。無(wú)刷電機因無(wú)電刷和換向片零部件,加速性能要比直流伺服電機高兩倍,維護也較方便,常用于高速數控機床。
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