伺服电机及其控制原理.

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开环伺服控制回路
位置控制 控制器 （ＮＣ装置）
步进
驱动器
步进马达
位置 ＝ 脉冲数 速度 ＝ 脉冲频率
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开环伺服控制回路
位置控制 控制器 （ＮＣ装置）
步进驱动器
步进马达
注意点 有失步的可能性 原因
急速负荷变动
急速速度变动
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半闭环伺服控制系统 (Semi-closed loop) 通常把检测元件安装在 电机轴端而组成的伺服 系统称为半闭环系统。
半闭环伺服系统简图
它与全闭环伺服系统的 区别在于其检测元件位 于系统传动链的中间。
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需要注意： 在实际的伺服控制系统中，上述每个环 节在硬件特征上并不成立，可能几个环 节在一个硬件中，如测速直流电机既是 执行元件又是检测元件。
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1.3 伺服系统分类
由于有部分传动链在系统 闭环之外，故其定位精度 比全闭环的稍差。但由于 测量角位移比测量线位移 容易，并可在传动链的任 何转动部位进行角位移的 测量和反馈，故结构比较 简单，调整、维护也比较 方便。
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工作台的位置通过电机上的传感器或是 安装在丝杆轴端的编码器间接获得。
伺服系统可分为三类
开环伺服控制系统 半闭环伺服控制系统 闭环伺服控制系统
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开环伺服控制系统 (open loop)
开环伺服系统结构简图
控制系统没有检测反馈 装置则称为开环伺服系 统。
常用的执行元件是步进 电机，通常以步进电机 作为执行元件的开环系 统是步进式伺服系统， 在这种系统中，如果是 大功率驱动时，用步进 电机作为执行元件。 驱动电路的主要任务是 将指令脉冲转化为驱动 执行元件所需的信号。 开环伺服系统结构简单， 但精度不是很高。
伺服电机及其控制原理
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目
§1 伺服系统 1.1 伺服概述 1.2 伺服系统组成 1.3 伺服系统分类 §2 伺服电机 2.1 伺服电机概述 2.2 伺服电机组成和分类 2.3 交流伺服电机原理 2.4 松下伺服电机的应用和故障分析 §3 伺服控制器 3.1 伺服控制器概述 3.2 伺服控制器原理 3.3 松下伺服控制器介绍 3.4 松下伺服控制器常用设置应用 3.5 松下伺服控制器故障分析和处理
录
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1.1 伺服概述
伺服(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、加速度 和力矩。
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伺服控制系统(servo control system) ——是所有机电一体化设备的核心，它的基 本设计要求是输出量能迅速而准确地响应 输入指令的变化，如机械手控制系统的目 标是使机械手能够按照指定的轨迹进行运 动。象这种输出量以一定准确度随时跟踪 输入量（指定目标）变化的控制系统称为 伺服控制系统，因此，伺服系统也称为随 动系统或自动跟踪系统。它是以机械量如 位移、速度、加速度、力、力矩等作为被 控量的一种自动控制系统。
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输入量
反馈环
输入量
控制Hale Waihona Puke Baidu作
控制操作
测量
输出量
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输出量
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1.2 伺服系统组成
从自动控制理论的角度来分析，伺服控制 系统一般包括控制器、被控对象、执行环 节、检测环节、比较环节等五部分。
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伺服系统组成原理框
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比较环节
比较环节是将输入的指令信号与系统的 反馈信号进行比较，以获得输出与输入 间的偏差信号的环节，通常由专门的电 路或计算机来实现
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数控装置发出脉冲指令，经过脉冲分配和功 率放大后，驱动步进电机和传动件的累积误 差。因此，开环伺服系统的精度低，一般可 达到0.01mm左右，且速度也有一定的限制。
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开环伺服控制系统
位置控制 控制器 （ＮＣ装置）
步进 驱动器
步进马达
方向指令
没有反馈、只能进行一个方向的控制。 使用步进马达。
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开环伺服控制回路
位置控制 控制器 （ＮＣ装置）
步进 驱动器
步进马达
脉冲马达
指令脉冲
１脉冲
＝
１步进角
例 步进角 ０.３６°的情况 １脉冲 → ０.３６°的动作 １０００脉冲 → ３６０°（１圈）
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被控对象
被控对象是指被控制的机构或装置，是 直接完成系统目的的主体。被控对象一 般包括传动系统、执行装置和负载。
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检测环节
检测环节是指能够对输出进行测量并转 换成比较环节所需要的量纲的装置，一 般包括传感器和转换电路。
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控制器
控制器是伺服控制系统里面的调节元件， 通常是计算机或PID（比例-积分-微分） 控制电路，其主要任务是对比较元件输 出的偏差信号进行变换处理，以控制执 行元件按要求动作。
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执行环节
执行环节的作用是按控制信号的要求， 将输入的各种形式的能量转换成机械能， 驱动被控对象工作。