伺服系统
伺服系统
加减速时间设定
加减速用加减速时间的长短来设定，加减速时间越短，速度变化大， 系统易引起振荡；反之，系统的响应性变慢。加减速有线性加减速和指 数加减速。在线性加减速中，加速度有突变，应根据负载惯量核算最大 可达到的加速度，从而确定加速到最大速度所需要的时间；在指数加减 速中，加速度变化无突变，速度变化平稳，必须设定加减速总时间和加 减速升降速时间。
以移动部件的位置和速度作为控制量的 自动控制系统。
伺服系统
伺服系统组成
机电一体化技术
伺服系统组成
位置控制 + 位置控制 调节器 — 速度控制
+
—
--
位置 指令
速度控制 调节器
功率 驱动
机械传动机构
实际速度反馈 速度检测 电机 实际位置反馈 位置检测
伺服系统
伺服系统组成
机电一体化技术
基本工作原理
伺服系统
伺服系统参数
机电一体化技术
v、a v a
v、a
v
a
O t O
ta
t1
ta
t2
t
线性加减速
指数加减速
伺服系统
伺服系统参数
机电一体化技术
阻尼
运动中的机械部件易产生振动，其振幅取决于系统的阻尼和固有频率， 系统的阻尼越大，振幅越小，且衰减越快。运动副（特别是导轨）的摩擦阻 尼占主导地位，实际应用中一般将摩擦阻尼简化为粘性摩擦阻尼。系统的粘 性摩擦阻尼越大，系统的稳态误差越大，精度越低。对于质量大、刚度低的 机械系统，为了减小振幅，加速衰减。可增大粘性摩擦阻尼。
位置检测装置将检测到的移动部件的实 际位移量进行位置反馈，与位置指令信号进 行比较，将两者的差值进行位置调节，变换 成速度控制信号，控制驱动装置驱动伺服电 动机以给定的速度向着消除偏差的方向运动，
伺 服 系 统
图4-1 伺服系统的基本结构
1.2 伺服系统的工作原理
伺服系统是以机械运动为驱动设备，电机为控制对象，以控制器为核心， 以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的 电气传动自动控制系统。这类系统控制电机的转矩、转速和转角，将电 能转换为机械能，实现驱动机械的运动要求。具体在数控机床中，伺服 系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放调与整大后，由 电机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通 过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户 所要求的复杂形状的工件。
1.3 伺服系统的类型
一、开伺服系统
数控装置
步进电机
机床工作台
图4-2 开环伺服系统
二、闭环伺服系统
位置比较 速度比较
伺服 电机
速度反馈 位置反馈
图4-3 闭环伺服系统
测量元件
三、半闭环伺服系统
位置比较
速度比较
伺服电机
机床工作台
测速机 旋变
图4-4 半闭环系统
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。
1.1 伺服系统的结构
从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：控制器、功率驱动装置、 反馈装置和电机，如图4-1所示。控制器按照数控系统的给定值和通过反 馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量；功率驱动装置作为系统的 主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电机之上，调节 电机转矩的大小，另一方面按电机的要求把恒压恒频的电网供电转换为 电机所需的交流电或直流电；电机则按供电大小拖动机械运转。
什么是伺服系统
什么是伺服系统伺服系统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）。
伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
伺服系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中，后来逐渐推广到很多领域，特别是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。
采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的：①以小功率指令信号去控制大功率负载。
火炮控制和船舵控制就是典型的例子。
②在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动。
③使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。
衡量伺服系统性能的主要指标有频带宽度和精度。
频带宽度简称带宽，由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统的跟踪的快速性。
带宽越大，快速性越好。
伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。
惯性越大，带宽越窄。
一般伺服系统的带宽小于15赫，大型设备伺服系统的带宽则在1～2赫以下。
自20世纪70年代以来，由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，使带宽达到50赫，并成功应用在远程导弹、人造卫星、精密指挥仪等场所。
伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。
因此，在伺服系统中必须采用高精度的测量元件，如精密电位器、自整角机、旋转变压器、光电编码器、光栅、磁栅和球栅等。
此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，例如将测量元件（如自整角机）的测量轴通过减速器与转轴相连，使转轴的转角得到放大，来提高相对测量精度。
采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。
通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。
伺服系统按所用驱动元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统和气动伺服系统。
第三章 伺服系统
In general ,the Closed-loop system includes Position Loop、 Speed Loop 、 Electric Current Loop. 一般闭环系统为三环结构：位置环、速度环、电流环
• 数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺 服单元。
Servo system is a main subsystem of the numerical control system . If the CNC device is the numerical control system ‘s“brains”, then the servo system is a
计算方法。学习中，应特别注意各种伺服驱动元件的调速
方法和调速原理，了解各种驱动元件之间的性能比较及其 应用场合
• 3.1 Overview 概述
3.1.1 the function of the system 系统功能
The automatic control system which uses position and velocity as control
G
Position Loop、 Speed Loop and Electric Current Loop are made of Regulation control, testing and feedback modules. 位置、速度和电流环均由：调节控制模 块、检测和反馈部分组成。电力电子驱动装置由驱动信号产生电路和功率放大 器组成。 Position control includes position, speed and current control ;Speed control includes the speed and current control.位置控制包括位置、速度和电流控制；速度控制包 括速度和电流控制。
什么是伺服系统
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。
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
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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。
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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。
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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。
伺服系统是什么？伺服系统概述【详情】
伺服系统是什么？伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。
伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。
它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。
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），其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
伺服系统最初用于国防军工, 如火炮的控制, 船舰、飞机的自动驾驶,导弹发射等,后来逐渐推广到国民经济的许多部门,如自动机床、无线跟踪控制等。
伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。
伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。
它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。
在自动化领域很多情况下，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），其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
伺服在自动化半导体设备中的应用极其广泛,例如在涂胶机,光刻机等设备上均有。
伺服驱动系统（ServoSystem）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。
伺服系统
台达ASDA-B系列伺服驱动器介绍：
端子记号 R 、S 、 T U、V、W
名称 主控回路电源输入端 电机连接线
P、D、C
接地端
回生电阻端
两处 连接上位控制器 编码器连接器 通讯连接器（个人电脑）
CN1
CN2 CN3
ASDA-B驱动器模式设置
模式名称
位置模式
模式代号
P
模式码
00
说明
驱动器接受位置命令 ，位置命令有端子台 输入型号形态为脉冲 。 驱动器接受速度命令 ，速度命令有内部寄 存器提供也可外部端 子输入仿真电压（10~+10) 驱动器接受速度命令 ，速度命令仅有内部 寄存器提供。 驱动器受转矩命令， 转矩命令有内部寄存 器提供或有外部端子 输入仿真电压（10~+10)。
2位置控制： 位置控制一般是通过外部输入的脉冲的频率来 确定转速的大小，通过脉冲的个数来确定转的动 的角度。一般应用与定位控制例如数控机床印刷 机械等。 3速度控制： 通过模拟量的输入或直接对寄存器赋值都可以 进行转动速度的控制。
伺服驱动器结构：
主电路： 主电路的结构是采用交-直-交结构与变频器类 似主电路中滤波电路后的发光二极管为电源指示 需注意当外部电源断开时由于滤波器电容给它放 电所以仍能发光故使用伺服驱动器时等指示灯灭 时在接线。
一、伺服系统
伺服系统又称随动系统，是用来精确地跟随或
复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的
位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标 （或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主 要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变 换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和
位置控制非常灵活方便。
永磁同步交流伺服电机结构： 永磁同步交流伺服电机 由定子、转子和编码器构成。
伺服系统工作原理
伺服系统工作原理
伺服系统是一种控制系统，通过给定的输入信号来控制输出设备的运动。
其工作原理通常包括以下几个步骤：
1. 感知系统：伺服系统通过传感器感知输出设备的位置、速度或其他相关信息。
2. 误差计算：将感知到的输出设备的实际状态与所需状态进行比较，计算出误差，即实际状态与所需状态之间的差异。
3. 控制计算：利用控制算法，根据误差计算出控制信号。
控制算法可以是比例、积分、微分(PID)控制器或其他类型的控制算法，目的是使输出设备逐渐接近所需状态。
4. 动作执行：将控制信号传递给执行器，例如电机或液压缸。
执行器将控制信号转化为物理力或动力输出，从而驱动输出设备的运动。
5. 反馈监控：伺服系统通过再次感知输出设备的状态，得到反馈信号，并与所需状态进行比较。
此时，如果误差仍存在，伺服系统会调整控制信号以进一步修正误差。
通过持续地感知、计算、执行和监控的循环，伺服系统可以实现对输出设备运动的精确控制。
这种控制方法常用于需要高精度、高速度和高稳定性的应用，如机器人、CNC机床、无人机等。
伺服系统
图9-7 单环位置伺服系统 APR—位置调节器 UPE—驱动装置 SM—直流伺服电动机 BQ—位置传感器
9.3.2单环位置伺服系统
忽略负载转矩，直流伺服系统控制对象 传递函数为
K s /( jCe ) Wobj ( s) 2 s(Ts s 1)(TmTl s Tm s 1)
机电时间常数
常用的调节器有比例－微分（PD）调节 器、比例－积分（ PI ）调节器以及比例 －积分－微分（ PID ）调节器，设计中 可根据实际伺服系统的特征进行选择。
PD调节器校正
在系统的前向通道上串联 PD 调节器校 正装置，可以使相位超前，以抵消惯性 环节和积分环节使相位滞后而产生的不 良后果。 PD调节器的传递函数为
R J Tm CT Ce
9.3.2单环位置伺服系统
图9-8 直流伺服系统控制对象结构图
采用PD调节器，其传递函数为
WAPR (s) WPD (s) K p (1 d s)
9.3.2单环位置伺服系统
伺服系统开环传递函数
K ( d s 1) W op ( s) s(Ts s 1)(TmTl s 2 Tm s 1)
直流伺服电动机的状态方程
d 1 1 Te TL dt J J R dId 1 1 Id E Ud0 dt L L L
机械传动机构的状态方程
d m dt j
9.2.1 直流伺服系统控制对 象的数学模型
驱动装置的近似等效传递函数
Ks Ts s 1
状态方程
9.2.1 直流伺服系统控制对 象的数学模型
图9-5直流伺服系统控制对象结构图
9.2.1 直流伺服系统控制对 象的数学模型
伺服基本原理
伺服基本原理
伺服系统是一种能够根据输入信号对输出进行精确控制的闭环反馈系统。
其基本原理如下：
1.参考信号：伺服系统的输入通常是一个参考信号，它表示所需的输出状态或动作。
2.传感器：系统中的传感器负责测量实际输出状态，并将其转换为电信号。
3.误差检测：通过将参考信号与实际输出信号进行比较，可以计算出误差（即偏差）。
这是通过减法运算来实现的。
4.控制器：控制器接收误差信号，并根据某种算法或策略生成控制信号。
控制器的目标是使误差尽可能地减小。
5.动作装置：控制信号被传递给动作装置，例如伺服马达、伺服阀等。
动作装置根据控制信号执行相应的操作，调整输出状态。
6.反馈信号：系统中的反馈回路将实际输出信号作为反馈信号输入到控制器中。
这样，控制器可以实时地了解实际输出情况，并根据反馈信号对控制信号进行修正。
7.闭环控制：通过不断监测和调整控制信号，系统在闭环控制下使输出状态逐渐接近参考信号。
通过这种反馈机制，伺服系统能够实现高精度、稳定的控制。
无论在工业自动化、机器人控制还是其他领域中，伺服系统都广泛应用于需要精确控制的场景中。
1。
什么是伺服系统？伺服系统的工作原理
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。
伺服系统的分类和特点
伺服系统的分类和特点一、引言伺服系统，作为现代工业自动化的重要组成部分，其性能和特点在很大程度上决定了整个系统的性能和稳定性。
伺服系统能够根据输入的指令信号，自动、快速、准确地控制执行机构的位移、速度和加速度，实现对目标值的精确跟踪。
本文将对伺服系统的分类和特点进行详细的阐述，以便更好地理解和应用伺服系统。
二、伺服系统的分类伺服系统可以根据工作原理和应用领域进行分类。
1.根据工作原理分类根据工作原理，伺服系统可以分为电气伺服系统和液压伺服系统两大类。
其中，电气伺服系统又可以分为直流伺服系统和交流伺服系统。
（1）直流伺服系统：直流伺服电机由定子、转子、电刷和换向器等部分组成。
其工作原理是当电流通过励磁绕组和电枢绕组时，产生磁场，驱动转子旋转。
直流伺服电机具有调速范围广、低速性能好、响应速度快等优点，但同时也存在维护成本高、易磨损等缺点。
（2）交流伺服系统：交流伺服电机由定子、转子和编码器等部分组成。
其工作原理是通过控制电机的输入电压或电流，改变电机的旋转速度和方向。
交流伺服电机具有效率高、可靠性高、维护成本低等优点，但同时也存在调速范围较窄、低速性能较差等缺点。
2.根据应用领域分类根据应用领域，伺服系统可以分为工业伺服系统和航空伺服系统两大类。
（1）工业伺服系统：工业伺服系统主要用于工业自动化生产线、数控机床、包装机械等领域。
其特点是要求精度高、稳定性好、可靠性高、响应速度快等。
常见的工业伺服系统有电机驱动控制系统、气压传动控制系统和液压传动控制系统等。
（2）航空伺服系统：航空伺服系统主要用于航空器自动驾驶系统、雷达天线控制系统等领域。
其特点是要求精度高、可靠性极高、响应速度快、抗干扰能力强等。
常见的航空伺服系统有舵机控制系统、燃油控制系统等。
三、伺服系统的特点1.精度高：伺服系统的输出量能够精确地跟踪输入指令信号，从而实现高精度的位置控制和速度控制。
2.快速响应：伺服系统具有快速的动态响应特性，能够迅速跟踪输入信号的变化，保证系统的稳定性和动态性能。
伺服系统的基本概念
伺服系统的基本概念（产品培训资料之一）1伺服系统的基本概念1.1伺服系统“伺服”即“跟随”，“随动”的意思。
所谓伺服系统，就是被调量跟随指令值变化的闭环调节系统。
如果被调量是速度就称为速度伺服系统，如果被调量是位置则称为位置伺服系统。
因为绝大多数伺服系统是以速度作为被调量，例如CNC机床中使用的伺服系统，所以一般“伺服系统”是指速度伺服系统，其他伺服系统要在伺服系统的前面冠以被调量名称。
伺服系统与调速系统都是以速度作为被调量的闭环调节系统，区别在于调速系统的速度指令值是恒值（称为恒值调节系统），不要求对速度指令值的快速响应，但要求系统对负载扰动有快速调节作用，即有较强的抗负载扰动能力；伺服系统的速度指令是变化的，要求系统对速度指令快速响应，且有极强的抗负载扰动能力。
对位置伺服系统的要求是快速跟踪位置指令值的变化。
位置伺服系统用于定位控制（位置指令值为恒值）时，要求定位精度高，定位误差（位置稳态误差）小；当用于位置跟踪控制（位置指令值随机变化）时，还要求跟踪指令位置时的位置误差（位置跟踪误差）也小。
位置随动系统用于位置跟踪控制时又称位置随动系统，简称随动系统。
1.2伺服机构，闭环调节系统伺服系统是通过伺服机构使电动机与被调节对象连接的。
在CNC车床上，使刀架作直线运动进行切削的刀架滑座为被调节对象；在CNC铣床上，使工件作直线运动进行切削的工作台滑座为被调节对象；在舰炮控制中，使舰炮作方位回转和俯仰回转的滑座为被调节对象，等等。
当被调节对象为直线运动时，伺服机构需将电动机的旋转运动转换为被调节对象的直线运动；当被调节对象为旋转运动时，伺服机构则将电动机的转速转换为符合被调节对象要求的转速。
将旋转运动转换为直线运动的伺服机构有螺母—丝杠副，滚珠丝杠副，齿轮—齿条副，蜗母—牙条副，等等；将电动机的转速转换为适合负载要求的转速的伺服机构有齿型带传动，齿轮减速器，行星齿轮减速器，谐波齿轮减速器，等等。
闭环调节系统的工作原理是不断比较被调节量与指令值计算出误差值，并使被调量向减小误差方向变化。
伺服系统-第一章伺服系统设计概述
最大跟踪角加速度εmax
系统跟踪误差不超过em时，系统输出轴所能达到 的最大角加速度。
最大角速度Ωk、最大角加速度εk
不考虑跟踪精度的情况下，系统输出轴所能达到 的极限速度和极限角加速度。
正弦跟踪误差esin 速度品质系数Kv、加速度品质系数Ka 调速范围D
对系统工作制的要求 长期连续运行、间歇循环运行、短时间运行
对系统可靠性以及使用寿命的要求 连续运行无故障时间
对系统的使用环境条件的要求 环境温度、湿度、三防（防潮、防腐蚀、防辐 射）、抗振动、抗冲击
对系统结构形式的要求 体积、重量、结构外形、安装特点等
对系统经济性的要求 制造成本、标准化程度、元部件通用性、能源利 用率、维护使用、系统电源条件（电源种类、规 格、容量）
1.2 伺服系统的应用
机械制造 冶金 航天 微电子 军事 运输 通信工程 日常生活
机械制造
– 机床运动部分的位置控制、速度控制、运动轨迹控制 – 仿形机床、机器人手臂关节
冶金
– 电弧炼钢炉、粉末冶金炉的电极位置控制 – 轧钢机轧辊压下运动的位置控制
电极
轧前的 钢板
按控制方式分类
– 开环控制 – 闭环控制 – 复合控制
开环伺服系统
r
G1 ( s )
闭环伺服系统
r
e
G1 ( s )
－
复合控制伺服系统
r
G2 ( s ) c
G2 ( s ) c
B (s)
e G1 ( s ) ＋
－
G2 ( s ) c
1.7 伺服系统的技术要求
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H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y运动控制课程作业院系：姓名：学号：联系电话：任课教师：日期：作业1：阅读世界知名伺服驱动厂商的电机驱动器用户手册，分析其产品所设立的各种功能及其应用环境，完成不少于2000字的分析报告。
（推荐的部分厂商：ABB, Siemens, Lenze, KEB, Panasonic，Fuji，Yaskawa…….）伺服控制系统由：运动控制器、伺服控制器、PWM放大器、伺服电机、负载、反馈处理器等几部分构成。
其中伺服控制器、PWM放大器、反馈处理器三部分功能由电机驱动器来完成。
伺服控制器可以采用FPGA作为主控芯片，反馈处理器可以选择DSP来实现数据处理，PWM电路则实现了电机控制。
伺服电机一般选用感应交流伺服电机、永磁交流伺服电机、直流伺服电机等，一般内含位置反馈装置如光电编码器、旋转变压器等。
典型伺服控制系统组成图一般伺服都有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。
速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。
位置控制是通过发脉冲来控制的。
1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm；如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。
可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。
应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。
2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。
由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。
应用领域如数控机床、印刷机械等等。
3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID 控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。
位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。
我在网上查找到了ABB ACS100系列变频器，根据使用手册进行分析。
ABB ACS100系列变频器ACS 100变频器用于 0.12 - 2.2 KW 鼠笼式电机的速度和转矩控制。
它具有体积小，重量轻，安装和使用方便等特点。
其中无散热器型，结构更加轻巧，OEM 商可自由设计散热方式，适用于0.12—2.2KW的普通鼠笼电机的速度控制。
ACS100调速性能稳定，过载能力强，低速力矩大，使用效果明显。
它能够减少对电机和机械系统的冲击；可以根据生产过程的需要平滑调节电机转速；附加输入滤波器可以减少对电网的污染，三种预设定的操作方式可以灵活选择。
ACS 100变频器简化的传动机构，数字化的技术和坚实的结构设计提高了传动系统的可靠性。
在相当宽的频率范围内，不需要额外机械传动装置。
内设的软启、软停功能使得机械和电气磨损最小。
ACS 100变频器以其方便的安装方式，优异可靠的工作性能，灵活的配置和完善的保护功能受到用户的青睐。
ACS100变频器具有多种保护功能：♦过流保护♦过压保护♦欠压保护♦过热保护♦输出接地保护♦输出短路保护♦输入缺相保护(3~)♦欠压缓冲保护(500ms)♦I/O 端子短路保护♦过流跳闸限幅110%♦短时过流限幅150%♦电机过载保护其中，电机过载保护是指：如果负载电流I out长时间超过ACS 100额定电流I nom，ACS 100过热保护会自动跳闸，保护电机。
跳闸时间取决于过载的严重程度(I out/I nom)，输出频率和额定频率等。
该时间主要是针对“冷起动”而言。
ACS 100变频器参数功能ACS 100变频器通过设定不同的参数值实现不同的功能。
在ACS 100-PAN控制盘上按ENTER键，显示当前参数值。
按住ENTER键，直到显示SET字符，此时可以修改变频器的内部参数。
另外，ACS 100-PAN控制盘还提供了恢复缺省值，从控制盘向传动装置拷贝参数(下载)，从传动装置向控制盘拷贝参数(上传)，故障诊断显示，故障复位等功能。
实际值和状态参数——给定频率的设定；存储最后故障；显示ACS 100散热器的温度。
电机参数和限制值——电机铭牌上标称的电机额定电压、额定频率、额定转速、额定电流；ACS 100变频器提供给电机的最大电流、最大输出频率、最小输出频率；电机方向锁定以及电机噪音设定。
传动控制——停车方式控制（包括惯性停车和积分停车）；曲线选择（包括线性、快S型、缓S型和慢S型）；从0Hz加速到最大频率所用的时间(0-fmax)设定；从最大频率减速到0Hz所用的时间(fmax-0)设定；弱磁点以下的U/f 比线形设定（线性和平方型)——其中，线性适用于恒转矩应用，平方型适用于泵类和风机负载；IR补偿电压设定——在0-fnom间提供给电机的补偿电压；变频调制停止后的DC注入时间设定；制动调节器控制，分为过压调节无效和过压调节有效两种控制。
输入/输出——模拟输入量程的设定；模拟输入给定值的量程的设定；数字量输入的配置方式——分为ABB标准型、3-线型和交变型，通过这一参数的设定，可得到如下表所示的功能。
当选择了交变型后，如果DI1和DI2同时失电，变频器停止。
监控器——监控模拟输入；频率限制——用于热保护的频率限制；参数锁定设定——三种锁定方式：控制盘的STAR/STOP和REVERSE键锁定，参数是只读的，不允许修改、不锁定和修改过的参数值不储存到永久存储器中；禁止起动控制设定——在下列过程中发出的起动命令无效：故障复位时，控制模式从远程切换到本地时；自动复位功能，可以用于自动复位欠压故障；报警显示设定，控制某些报警的显示。
ACS 100变频器的故障诊断功能ACS 100变频器可以由LED 指示报警和故障。
一旦ACS 100变频器检测到故障发生，故障继电器动作，电机惯性停车，变频器等待复位。
红色LED 闪烁说明故障需要断电复位。
其它故障(红色LED亮)可通过控制盘、DI信号、串行通讯或断电复位。
故障清除后，电机可以起动。
ACS 100变频器可以通过设置参数实现特定故障的自动复位。
控制盘上也可以代码形式显示故障ALxx 或报警信息FLxx ，其中xx 为报警或故障代码。
ACS 100变频器以代码形式显示的报警信息包括：♦配置开关S1的位置，某些参数仅能在S1=0的配置下进行修改♦上传/ 下载参数错误♦正在运行，禁止操作♦在当前的控制方式下(本地/远程)，操作不允许♦REVERSE 按键无效♦START 按键无效，DI配置是3-线型并且DI2是断开的♦操作不允许♦过流保护♦过压保护♦欠压保护♦当参数208(Dir Lock)有效时，在远程控制模式下(REM)，试图反转ACS 100以代码形式显示的故障信息包括：♦过流：可能是机械原因，加速/ 减速时间太短♦DC过压：输入电压过高，减速时间太短♦ACS 100温度过高：环境温度过高，严重过载♦电流故障：短路或输出接地故障♦输出过载♦DC欠压♦AI故障♦电机温度过高♦在本地控制状态下，操作盘没有与变频器连接♦参数不匹配，确认AI的最小限制值(fmin)不大于AI的最大限制值(fmax)♦DC回路脉动太大，检查电源输入♦硬件故障♦模拟输入超出范围，检查 AI♦串行通讯故障，控制盘与ACS100连接故障。
另外，ACS 100变频器具有CE标志，表明它符合欧洲低压标准和EMC（电磁兼容性）规范的要求。
EMC规范定义了在欧共体范围内电气设备的抗干扰标准和辐射标准。
作业2：以H桥直流电机驱动为例，分析PWM驱动下电机的四象限运行过程，说明PWM驱动下电动、再生制动或者电动、能耗制动的交替过程，解释泵升电压的概念以及在电机驱动器中如何处理泵升电压。
（可参见陈伯时，尔桂花，秦继荣等人的教材，不少于2000字）1、H桥直流驱动电路分析双极式可逆PWM变换器主电路有多种形式，常用的是H桥式电路，如下图所示：此时，电动机M两段电压U AB的极性随着开关器件驱动电压极性的变化而变化。
通过调节U g1和U g4两个输入控制信号的占空比可以调节U AB 。
而其中U AB =ρ×Us(其中ρ为输入控制信号的占空比)。
通过调节占空比可以实现对U AB 的调节，从而对直流电机的转速进行控制。
同理开始时VT1和VT4为低电平，VT2和VT3为高电平，则电机反转。
通过高低电平的变化PWM电路实现了电机的旋转方向控制。
当加在U g1和U g4的控制信号的占空比大于50%时，电机处于电动机状态。
当加在U g1和U g4的控制信号的占空比小于50%时，电机处于发电机状态。
当加在U g1和U g4的控制信号的占空比等于50%时电机处于轻载状态。
四个电力晶体管分成两组，VT1和VT4为一组，VT2和VT3为另一组。
同一组中两个电力晶体管的基极驱动电压波形相同，即U g1=U g4，VT1和VT4同时导通和关断；U g2=U g3，VT2和VT3同时导通和关断。
U g1,U g4和U g2,U g3相位相反。
假设开始时占空比为正，即U g1,U g4为正的时间比U g2,U g3为正的时间长，电机正转至某一稳定转速，这时电机的转动方向和它承受的电流从A流向B为正，电机工作在第一象限；如果这时我们改变占空比并使其为负，在改变的一瞬间，由于电机中电感的存在正向的平均电流不能突变，这一过程里VT2和VT3不能立即导通，而是经过二极管VD2和VD3续流使正向的平均电流降为零，然后VT2和VT3导通平均电流改变方向即从B流向A为负，由于机械惯性的存在电机在这个过程里仍然正向转动，而平均电流方向为负，所以电机工作在第二象限；当电机工作在第二象限时电机的转速逐渐降至为零，然后电机继续在反向电压和电流的作用下，电机反向转动至某一稳定转速，这时电机的转动方向和平均电流都为负，所以电机工作在第三象限；如果这时我们再改变占空比使其为正，在改变的一瞬间，由于电机中电感的存在反向的平均电流不能突变，这一过程里VT1和VT4不立即导通，而是经过二极管VD1和VD4续流使负向的平均电流降为零，然后VT1和VT4导通平均电流改变方向即从A流向B为正，由于机械惯性的存在电机在这个过程里仍然反向转动，而平均电流方向为正，所以电机工作在第四象限，电机转速逐渐降低至零然后正向转动电机的状态又回到第一象限。