精密仪器设计13第六章1
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调整时间取决于系统的阻尼比ξ和固有频率 ω：ξ减少→调整时间增大；
ξ一定，ω增大→调整时间减少。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
四、伺服系统的基本要求
1、稳定性 2、精度
系统的稳定性、精度、快速 响应性的要求是相互关联的， 在进行伺服系统设计时，要首 先考虑系统的稳定性，然后在 满足精度要求的前提下尽量提 高系统的快速响应性。
3、快速响应性
b.液压式：液压缸、液压马达等。
输出功率大，动作平稳。但需要相应的液压源，占地面积大， 容易漏油而污染环境，控制性能不如伺服电机。
c.气压式：气缸、气马达等。
气源方便，成本低，动作快，但输出功率小，体积大，工作 噪声大，且难于伺服控制。
伺服系统对执行元件的要求
1.惯性小、动力大。 2.体积小、重量轻。 3.便于计算机目控前制大。多数执行元件都已形成系列产
稳定性
伺服系统的稳定性取决于系统结构参数，如：惯性、 刚度、阻尼、增益等，与外界信号的性质或形式无关。 系统稳定性分析可根据系统的传递函数，采用各种自 动控制理论所提供的各种方法来判断。 系统不稳定的表现：外界干扰指令信号作用下，输出 信号不稳定、过渡过程随时间增加而增长，或表现为等 幅振荡，低速下爬行。
三、伺服系统类型
元件：电气伺服系统、液压伺服系统、电气—液压伺 服系统、电气—气动伺服系统等；
输出量：速度或加速度伺服系统，位置伺服系统等； 信号：模拟式伺服系统、数字式伺服系统； 结构：单回路伺服系统、多回路伺服系统；开环伺服
系统、闭环伺服系统。
三、伺服系统类型
按结构： 开环伺服系统
闭环伺服系统
四、伺服系统的基本要求
1、稳定性
2、精度
3、快速响应性 ——反映系统的动态性能。其有
两方面含义：
快速响应性的含义
一是在动态响应过程中，输出量随输入指令信号 变化的迅速程度。其衡量参数为系统上升时间。 二是在动态响应过程中，输出量随输入指令信号 结束的迅速程度。其衡量参数为系统调整时间。
上升时间
第六章 精密伺服系统设计
了解精密仪器的控制系统的基本概念、 组成、分类、基本要求。掌握开环伺服系统 及闭环伺服系统的组成、主要部件、设计步 骤。
内容
6.1 概述 6.2 开环伺服控制系统设计 6.3 闭环伺服控制系统设计
6.1 概 述
一、伺服系统概念 二、伺服系统的基本结构 三、伺服系统的类型 四、伺服系统的基本要求 五、伺服系统设计方法及步骤
半闭环伺服系统
三、伺服系统类型
按控制技术： 开环伺服系统
闭环伺服系统
半闭环伺服系统
三、伺服系统类型
按控制技术： 开环伺服系统
闭环伺服系统
半闭环伺服系统
三、伺服系统类型
按控制点特点： 点位控制系统
连续控制系统
只控制点与点间的位置，对于运动 轨迹没有严格限定，常用的有精密 定位工作台。
三、伺服系统类型
品，有专门厂家生产，设计时只需根据
4.成本低、要可求靠合性理好选用。。对于不同的执行元件，
∵其工作原理、所需的驱动信号不同， 其对应的驱动线路是不同的。
二、伺服系统的基本结构
1、数字控制驱动装置 2、机械执行装置
3、检测装置
二、伺服系统的基本结构
1、数字控制驱动装置
2、机械执行装置——伺服系统的控制对象，是直接实现
四、伺服系统的基本要求
1、稳定性
2、精度 ——输出量与输入指令的精确程度。可
以用输出量与输入量的偏差来衡量 。
3、快速响应性
影响系统精度的因素
1、元件本身的误差：如传感器、伺服放大器、机械 装置等。
2、输入信号的形式：如脉冲信号，方波、三角波、 正（余）弦波。
3、系统的结构形式：如元器件的联接形式、不同的 线路和机械结构。
——系统在阶跃信号作用下，输出响应从零上升到 稳定态值所需的时间。
上升时间主要取决于系统的阻尼比：阻尼比 越小，上升时间越短。
但阻尼比太小将导致最大超调量（系统输出 响应的最大值与稳态值的偏差）和调整时间加大， 而影响系统的稳定性。
调整时间
——系统的输出响应达到并保持其稳态值的一个 允许的误差范围内所需要的时间。
按控制点特点： 点位控制系统
连续控制系统
同时控制两个或两个以上坐标轴的瞬时位置和移动 速度，以实现平面或空间曲线运动。
四、伺服系统的基本要求
1、稳定性 ——作用在系统上的扰动消失后，系
统能够恢复到原来的稳定状态下运行 或者在输入指令信号作用下，系统能 够达到新的稳定运行状态的能力。
2、精度
3、快速响应性
一、伺服系统概念
伺服系统（随动系统）：是一种能够跟踪输入 的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、 速度或力输出的自动控制系统。
例：数控工作台伺服系统
组成部分：数字控制驱动、机械执行、检测装置等。
二、伺服系统的基本结构
1、数字控制驱动装置 ——将输入的控制信号进行处理，
转化为执行元件输出的速度、位移、力等，包括的功能元
件有：
2、机械执行装置
（1）驱动电路——将指令信号转 换为执行元件的驱动信号。
（2）执行元件——一种能量转换
装置，在驱动信号的驱动下，输
3、检测装置
出机械执行机构所需的机械能， 使之完成特定的任务。
执行元件
伺服系统中，常用的执行元件主要有如下几类： a.电气式：步进电动机，直、交流伺服电动机，
将电能→机械能。它是现代精密仪器中最常用的类型。
1、设计要求分析，系统方案设计 2、首先系对统伺性服能系统分的析设计要求进行分析，明确其应用场 合技3术和、条目执件的拟、行定基元本几件性种能技及指术传标方感及案其，器它经的性过选能评择指价标、，对比然后，根选据定现一有种 比4较、合机理的械方系案统。 设计 感5器、方及案控其设检制计测系装应统置包选括设择：计；控机制械方传式动选及择执；行执机行构元选件择选等择。；传 6、方案系设统计性是能系统复设查计的第一步，各构成环节的选择只
其它要求：如调速范围，负 载能力，可靠性，寿命，体 积，质量以及成本等方面的 需求。
五、伺服系统设计方法及步骤
伺服系统要求各异，类型繁多，从而决定 了其结构的复杂性。不同的设计方法，决定了其 设计过程的复杂性。往往伺服系统的设计要经过 多次反复修改和调试才能获得较满意的结果，很 难一次成功。
五、伺服系统设计方法及步骤
系统功能的主体，其行为的质量影响系统的性能。包括：传动 机构、导向机构和（或）执行机构。
3、检测装置
二、伺服系统的基本结构
1、数字控制驱动装置 2、机械执行装置
3、检测装置
二、伺服系统的基本结构
1、数字控制驱动装置 2、机械执行装置
3、检测装置——包括传感器及其信号转换电路。提取执
行装置的运动状态信号，转换为控制装置的接收信号，与指令 信号相比较，控制机械执行装置的运动。
ξ一定，ω增大→调整时间减少。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
四、伺服系统的基本要求
1、稳定性 2、精度
系统的稳定性、精度、快速 响应性的要求是相互关联的， 在进行伺服系统设计时，要首 先考虑系统的稳定性，然后在 满足精度要求的前提下尽量提 高系统的快速响应性。
3、快速响应性
b.液压式：液压缸、液压马达等。
输出功率大，动作平稳。但需要相应的液压源，占地面积大， 容易漏油而污染环境，控制性能不如伺服电机。
c.气压式：气缸、气马达等。
气源方便，成本低，动作快，但输出功率小，体积大，工作 噪声大，且难于伺服控制。
伺服系统对执行元件的要求
1.惯性小、动力大。 2.体积小、重量轻。 3.便于计算机目控前制大。多数执行元件都已形成系列产
稳定性
伺服系统的稳定性取决于系统结构参数，如：惯性、 刚度、阻尼、增益等，与外界信号的性质或形式无关。 系统稳定性分析可根据系统的传递函数，采用各种自 动控制理论所提供的各种方法来判断。 系统不稳定的表现：外界干扰指令信号作用下，输出 信号不稳定、过渡过程随时间增加而增长，或表现为等 幅振荡，低速下爬行。
三、伺服系统类型
元件：电气伺服系统、液压伺服系统、电气—液压伺 服系统、电气—气动伺服系统等；
输出量：速度或加速度伺服系统，位置伺服系统等； 信号：模拟式伺服系统、数字式伺服系统； 结构：单回路伺服系统、多回路伺服系统；开环伺服
系统、闭环伺服系统。
三、伺服系统类型
按结构： 开环伺服系统
闭环伺服系统
四、伺服系统的基本要求
1、稳定性
2、精度
3、快速响应性 ——反映系统的动态性能。其有
两方面含义：
快速响应性的含义
一是在动态响应过程中，输出量随输入指令信号 变化的迅速程度。其衡量参数为系统上升时间。 二是在动态响应过程中，输出量随输入指令信号 结束的迅速程度。其衡量参数为系统调整时间。
上升时间
第六章 精密伺服系统设计
了解精密仪器的控制系统的基本概念、 组成、分类、基本要求。掌握开环伺服系统 及闭环伺服系统的组成、主要部件、设计步 骤。
内容
6.1 概述 6.2 开环伺服控制系统设计 6.3 闭环伺服控制系统设计
6.1 概 述
一、伺服系统概念 二、伺服系统的基本结构 三、伺服系统的类型 四、伺服系统的基本要求 五、伺服系统设计方法及步骤
半闭环伺服系统
三、伺服系统类型
按控制技术： 开环伺服系统
闭环伺服系统
半闭环伺服系统
三、伺服系统类型
按控制技术： 开环伺服系统
闭环伺服系统
半闭环伺服系统
三、伺服系统类型
按控制点特点： 点位控制系统
连续控制系统
只控制点与点间的位置，对于运动 轨迹没有严格限定，常用的有精密 定位工作台。
三、伺服系统类型
品，有专门厂家生产，设计时只需根据
4.成本低、要可求靠合性理好选用。。对于不同的执行元件，
∵其工作原理、所需的驱动信号不同， 其对应的驱动线路是不同的。
二、伺服系统的基本结构
1、数字控制驱动装置 2、机械执行装置
3、检测装置
二、伺服系统的基本结构
1、数字控制驱动装置
2、机械执行装置——伺服系统的控制对象，是直接实现
四、伺服系统的基本要求
1、稳定性
2、精度 ——输出量与输入指令的精确程度。可
以用输出量与输入量的偏差来衡量 。
3、快速响应性
影响系统精度的因素
1、元件本身的误差：如传感器、伺服放大器、机械 装置等。
2、输入信号的形式：如脉冲信号，方波、三角波、 正（余）弦波。
3、系统的结构形式：如元器件的联接形式、不同的 线路和机械结构。
——系统在阶跃信号作用下，输出响应从零上升到 稳定态值所需的时间。
上升时间主要取决于系统的阻尼比：阻尼比 越小，上升时间越短。
但阻尼比太小将导致最大超调量（系统输出 响应的最大值与稳态值的偏差）和调整时间加大， 而影响系统的稳定性。
调整时间
——系统的输出响应达到并保持其稳态值的一个 允许的误差范围内所需要的时间。
按控制点特点： 点位控制系统
连续控制系统
同时控制两个或两个以上坐标轴的瞬时位置和移动 速度，以实现平面或空间曲线运动。
四、伺服系统的基本要求
1、稳定性 ——作用在系统上的扰动消失后，系
统能够恢复到原来的稳定状态下运行 或者在输入指令信号作用下，系统能 够达到新的稳定运行状态的能力。
2、精度
3、快速响应性
一、伺服系统概念
伺服系统（随动系统）：是一种能够跟踪输入 的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、 速度或力输出的自动控制系统。
例：数控工作台伺服系统
组成部分：数字控制驱动、机械执行、检测装置等。
二、伺服系统的基本结构
1、数字控制驱动装置 ——将输入的控制信号进行处理，
转化为执行元件输出的速度、位移、力等，包括的功能元
件有：
2、机械执行装置
（1）驱动电路——将指令信号转 换为执行元件的驱动信号。
（2）执行元件——一种能量转换
装置，在驱动信号的驱动下，输
3、检测装置
出机械执行机构所需的机械能， 使之完成特定的任务。
执行元件
伺服系统中，常用的执行元件主要有如下几类： a.电气式：步进电动机，直、交流伺服电动机，
将电能→机械能。它是现代精密仪器中最常用的类型。
1、设计要求分析，系统方案设计 2、首先系对统伺性服能系统分的析设计要求进行分析，明确其应用场 合技3术和、条目执件的拟、行定基元本几件性种能技及指术传标方感及案其，器它经的性过选能评择指价标、，对比然后，根选据定现一有种 比4较、合机理的械方系案统。 设计 感5器、方及案控其设检制计测系装应统置包选括设择：计；控机制械方传式动选及择执；行执机行构元选件择选等择。；传 6、方案系设统计性是能系统复设查计的第一步，各构成环节的选择只
其它要求：如调速范围，负 载能力，可靠性，寿命，体 积，质量以及成本等方面的 需求。
五、伺服系统设计方法及步骤
伺服系统要求各异，类型繁多，从而决定 了其结构的复杂性。不同的设计方法，决定了其 设计过程的复杂性。往往伺服系统的设计要经过 多次反复修改和调试才能获得较满意的结果，很 难一次成功。
五、伺服系统设计方法及步骤
系统功能的主体，其行为的质量影响系统的性能。包括：传动 机构、导向机构和（或）执行机构。
3、检测装置
二、伺服系统的基本结构
1、数字控制驱动装置 2、机械执行装置
3、检测装置
二、伺服系统的基本结构
1、数字控制驱动装置 2、机械执行装置
3、检测装置——包括传感器及其信号转换电路。提取执
行装置的运动状态信号，转换为控制装置的接收信号，与指令 信号相比较，控制机械执行装置的运动。