伺服系统三环控制 ppt课件

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伺服电机三环（电流环、速度环、位置环）控制原理及参数调节

伺服电机三环（电流环、速度环、位置环）控制原理及参数调节运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环、速度环、位置环。

1、电流环：电流环的输入是速度环PID调节后的输出，我们称为“电流环给定”吧，然后呢就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做PID调节输出给电机，“电流环的输出”就是电机的每相的相电流，“电流环的反馈”不是编码器的反馈而是在驱动器内部安装在每相的霍尔元件（磁场感应变为电流电压信号）反馈给电流环的。

2、速度环：速度环的输入就是位置环PID调节后的输出以及位置设定的前馈值，我们称为“速度设定”，这个“速度设定”和“速度环反馈”值进行比较后的差值在速度环做PID调节（主要是比例增益和积分处理）后输出就是上面讲到的“电流环的给定”。

速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器”得到的。

3、位置环：位置环的输入就是外部的脉冲（通常情况下，直接写数据到驱动器地址的伺服例外），外部的脉冲经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”，设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数值在经过位置环的PID调节（比例增益调节，无积分微分环节）后输出和位置给定的前馈信号的合值就构成了上面讲的速度环的给定。

位置环的反馈也来自于编码器。

编码器安装于伺服电机尾部，它和电流环没有任何联系，他采样来自于电机的转动而不是电机电流，和电流环的输入、输出、反馈没有任何联系。

而电流环是在驱动器内部形成的，即使没有电机，只要在每相上安装模拟负载（例如电灯泡）电流环就能形成反馈工作。

进一步参考：伺服电机三环控制系统：https:///u013528298/article/details/80421244谈谈PID各自对差值调节对系统的影响：1、单独的P（比例）就是将差值进行成比例的运算，它的显著特点就是有差调节，有差的意义就是调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有残差，残差具体值您可以通过比例关系计算出。

伺服三环控制介绍

运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环、速度环、位置环。

1、电流环：电流环的输入是速度环PID调节后的输出，称为“电流环给定”，“电流环给定”和“电流环反馈”两者的值进行比较后的差值在电流环内做PID调节输出给电机，“电流环的输出”就是电机每相的相电流，“电流环反馈”不是编码器的反馈而是在驱动器内部安装在每相上的霍尔元件（磁场感应变为电流电压信号）的反馈信号。

速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器”得到的。

位置环的反馈也来自于编码器。

编码器安装于伺服电机尾部，它和电流环没有任何联系，他采样来自于电机的转动而不是电机电流，和电流环的输入、输出、反馈没有任何联系。

而电流环是在驱动器内部形成的，即使没有电机，只要在每相上安装模拟负载（例如电灯泡）电流环就能形成反馈工作。

PID 各自对差值调节对系统的影响：1、单独的P（比例）就是将差值进行成比例的运算，它的显著特点就是有差调节，有差的意义就是调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有残差，残差具体值您可以通过比例关系计算出。

增加比例将会有效减小残差并增加系统响应，但容易导致系统激烈震荡甚至不稳定。

2、单独的I（积分）就是使调节器的输出信号的变化速度与差值信号成正比，大家不难理解，如果差值大，则积分环节的变化速度大，这个环节的正比常数的比例倒数我们在伺服系统里通常叫它为积分时间常数，积分时间常数越小意味着系统的变化速度越快，所以同样如果增大积分速度（也就是减小积分时间常数）将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散的震荡过程。

伺服电机及其控制原理PPT课件

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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。
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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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输入量
控制操作
输出量
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输入量
反馈环
控制操作
测量
5
输出量
5
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。
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
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
§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
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1.1 伺服概述

伺服系统概述 PPT课件

12 伺服系统概述
伺服系统的特点和功用
• 伺服系统与一般机床的进给系统有本质上差别，它能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置 • 伺服系统是数控装置和机床的联系环节，是数控系统的重要组成
12 伺服系统概述
二、伺服系统基本类型
按控制原理分有开环、闭环和半闭环三种形式按被控制量性质分有位移、速度、力和力矩等伺服系统形式按驱动方式分有电气、液压和气压等伺服驱动形式按执行元件分有步进电机伺服、直流电机伺服和交流电机伺服形式
12 伺服系统概述
气压系统与液压系统的比较
1.
2.
3. 4.
5.
空气可以从大气中取之不竭且不易堵塞；将用过的气体排入大气，无需回气管路处理方便；泄漏不会严重的影响工作，不污染环境。空气粘性很小，在管路中的沿程压力损失为液压系统的干分之一，易于远距离控制。工作压力低．可降低对气动元件的材料和制造精度要求。对开环控制系统，它相对液压传动具有动作迅速、响应快的优点。维护简便，使用安全，没有防火、防爆问题；适用于石油、化工、农药及矿山机械的特殊要求。对于无油的气动控制系统则特别适用于无线电元器件生产过程，也适用于食品和医药的生产过程。
优点
操作简便；编程容易；能实现定位伺服控制；响应快、易与计算机（CPU）连接；体积小、动力大、无污染。
缺点
瞬时输出功率大；过载差；一旦卡死，会引起烧毁事故；受外界噪音影响大。功率小、体积大、难于小型化；动作不平稳、远距离传输困难；噪音大；难于伺服。设备难于小型化；液压源和液压油要求严格；易产生泄露而污染环境。
12 伺服系统概述
三、伺服系统基本要求
精度高：稳定性好：

数控伺服系统PPT课件( 27页)

•
14、一个人的知识，通过学习可以得到;一个人的成长，就必须通过磨练。若是自己没有尽力，就没有资格批评别人不用心。开口抱怨很容易，但是闭嘴努力的人更加值得尊敬。
•
15、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩。
•
5、人生每天都要笑，生活的下一秒发生什么，我们谁也不知道。所以，放下心里的纠结，放下脑中的烦恼，放下生活的不愉快，活在当下。人生喜怒哀乐，百般形态，不如在心里全部淡然处之，轻轻一笑，让心更自在，生命更恒久。积极者相信只有推动自己才能推动世界，只要推动自己就能推动世界。
•
15、只有在开水里，茶叶才能展开生命浓郁的香气。
•
5、从来不跌倒不算光彩，每次跌倒后能再站起来，才是最大的荣耀。
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6、这个世界到处充满着不公平，我们能做的不仅仅是接受，还要试着做一些反抗。
•
7、一个最困苦、最卑贱、最为命运所屈辱的人，只要还抱有希望，便无所怨惧。
•
8、有些人，因为陪你走的时间长了，你便淡然了，其实是他们给你撑起了生命的天空；有些人，分开了，就忘了吧，残缺是一种大美。
•
11、这个世界其实很公平，你想要比别人强，你就必须去做别人不想做的事，你想要过更好的生活，你就必须去承受更多的困难，承受别人不能承受的压力。
•
12、逆境给人宝贵的磨炼机会。只有经得起环境考验的人，才能算是真正的强者。自古以来的伟人，大多是抱着不屈不挠的精神，从逆境中挣扎奋斗过来的。
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13、不同的人生，有不同的幸福。去发现你所拥有幸运，少抱怨上苍的不公，把握属于自己的幸福。你，我，我们大家都可以经历幸福的人生。
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6、人性本善，纯如清溪流水凝露莹烁。欲望与情绪如风沙袭扰，把原本如天空旷蔚蓝的心蒙蔽。但我知道，每个人的心灵深处，不管乌云密布还是阴淤苍茫，但依然有一道彩虹，亮丽于心中某处。

伺服系统三环控制共48页文档

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❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
伺服系统三Leabharlann 控制11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克

伺服系统三环控制 PPT

AC100 R S T
系统伺服控制部分框图
CPU 板
DRAM
BOOT ROM 引导程序
CPU
G/A CPU 控制
1/2伺服轴卡 SV-RAM
SV-CPU
G/A DPS 控制
FSSBC控制
3/4伺服轴 SV-RAM
SV-CPU
FROM 系统软件伺服软件用户宏
SRAM 系统参数加工程序宏变量
伺服系统三环控制
1. 伺服系统的概要
1.1 伺服系统的概要 1.2 交流伺服电机的结构 1.2 位置反馈元件
1.1 伺服系统的概要
+
指
令
-
CNC
位置误差计数器
D/A 转换器
位置控制模块
位置反馈
位置环
速度控制单元
+
速度
-
反
馈
速度调节器
+
电流
调节器
电流环
速度控制单元
驱动器
速度环
测量与检测
PCA
C1
*PCA
C2
PCB
*PCB
C4
PCZ
C8
1.1 伺服系统的概要
半闭环
全闭环
混合控制
1.2 伺服电机的构成
1 2 3 4 5 6 78 9
10
11
12
1- 电机轴 2-前端盖 3-三相绕组线圈 4-压板 5-定子 6-磁钢 7-后压板 8-动力线插头 9-后端盖 10-反馈插头 11-脉冲编码器 12-电机后盖
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交
1.3 伺服反馈元件
1.3 伺服反馈元件

伺服三环结构框图及其控制模式

1、伺服三环框‎图2、C为控制器‎，A+B是驱动器‎，伺服电机为‎执行原件，编码器为检‎测反馈元件‎；3、A框到B框‎的蓝色信号‎线里，就是调节控‎制频率、电压的信号‎，速度环、电流环的调‎解器都是频‎率f电压U‎调节器；4、C框为控制‎器，相当PLC‎的作用，通过计数器‎知道伺服当‎前位置，并根据当期‎位置输出：启动、减速、匀速、减速、停车等指令‎；5、A+B就是驱动‎器，相当变频器‎，通过调节频‎率f电压U‎，控制伺服的‎速度、电流和启动‎停止！6、伺服电源线‎上的电流互‎感器表示电‎流检测原件‎，将检测结果‎回馈给电流‎环的输入端‎与给定电流‎比较，构成电流闭‎环；7、编码器检测‎的脉冲频率‎数的微分，就是检测脉‎冲的频率，这个频率就‎是电机的转‎速的大小，反馈到速度‎环的输入端‎与给定速度‎比较，构成速度环‎；8、编码器检测‎的脉冲数，表示电机的‎位移量，与给定指令‎脉冲数比较‎，确定判断伺‎服当前位置‎，相当于PL‎C 里一个由‎计数器构成‎的逻辑判断‎功能，他不是一个‎自动控制P‎I D闭环；1、运动控制的‎三环；2、变频器，即驱动器，有电流环和‎速度环；3、控制器，即PLC，由计数器构‎成的位置环‎，该环不是P‎I D闭环！4、所谓速度环‎、电流环就是‎伺服电机调‎速电路的速‎度环、电流环，速度环控制‎期间，电机为硬特‎性；电流环控制‎期间电机呈‎软铁性！5、所有伺服，伺服电机的‎控制就是一‎个“电机调速电‎路”，可以是交流‎电机的变频‎调速电路，也可以是直‎流电机的调‎速电路；6、那么电机的‎启动、加速、匀速、减速、停车指令，由位置环产‎生，或者说由P‎L C构成的‎控制器产生‎；1、这个图中，是说伺服指‎令脉冲数（位置）、指令脉冲频‎率（速度）给定的方式‎；2、举例说电子‎凸轮给定方‎式、位置给定方‎式等；3、所有伺服，不管他是什‎么型号，什么厂家、国家，伺服的速度‎环、电流环都在‎伺服电机的‎调速电路上‎！4、如果是交流‎电机，肯定是在变‎频调速电路‎上！如果是直流‎电机肯定在‎直流调压调速电路上‎！1、上边这个三‎环框图中，A+B就是变频‎调速度驱动‎器，有速度环、电流环构成‎；2、对比上边的‎三环图，可以看出变‎频器就是伺‎服电机的速‎度环、电流环，他们的结构‎框图实质是‎一样的！3、或者说A+B就是变频‎器的闭环框‎图：引用 my393‎66 的回复内容‎：……根据指令位‎置（速度？），结合位置环‎增益，给出速度，再根据速度‎环增益，给出需要的‎电流，最终位置、速度都反应‎在电流的大‎小上。

《数控伺服系统》课件

分类与组成
总结词
介绍数控伺服系统的分类和组成。
详细描述
数控伺服系统可以根据不同的分类标准进行分类，如按照控制方式可分为开环控制和闭环控制；按照驱动方式可分为步进电机和直流电机等。此外，数控伺服系统主要由控制器、伺服驱动器、执行器、反馈装置等部分组成。其中，控制器是系统的核心，负责接收加工指令并输出控制信号；伺服驱动器将控制信号转换为机械运动；执行器是实现精确控制的终端机构；反馈装置则负责将执行器的实际运动参数反馈给控制器，形成闭环控制。
机器人技术
数控伺服系统在机器人技术中扮演着核心角色，为机器人的运动控制提供了高精度、高响应的性能。
在服务型机器人领域，数控伺服系统使得机器人能够实现精细操作、准确移动，提高了机器人的智能化水平。
在工业机器人领域，数控伺服系统使得机器人能够快速、准确地完成各种复杂任务，提高了生产效率。
航空航天
故障检测与诊断
通过各种传感器和监测技术实时检测系统的状态，及时发现并处理故障。
维护与保养
考虑各种环境因素对系统的影响，通过优化设计提高系统在各种环境下的未来展望
新材料的应用
1 2
3
轻质材料
用于减轻伺服系统的重量，提高其动态性能和响应速度。
高强度材料
增强伺服系统的结构强度和稳定性，提高其耐用性和可靠性。
物联网技术
实现伺服系统的远程监控和数据共享，便于实时监测和维护。
虚拟现实技术
用于模拟和测试伺服系统的性能，降低实验成本和风险。
THANKS
数控伺服系统在航空航天领域中具有重要应用，用于控制飞行器、卫星等的高精度运动。
在航空航天领域中，对设备的精度和可靠性要求极高，数控伺服系统能够满足这些严格要求。

伺服控制系统PPT课件

第6章伺服控制系统
第6章伺服控制系统
6.1 概述 6.2 执行元件 6.3 电力电子变流技术 6.4 PWM 思考题
第6章伺服控制系统
6.1
6.1.1 机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，
但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。图6-1给出了伺服系统组成原理框图。
如果把角速度 ω 看作是电枢电压 Ua 的函数，即
ω=f(Ua)，则可得到直流伺服电动机的调节特性表达式

Ua
Ce
kTm
(6-9)
式中,k是常数，k
Ra
CeCm
2
。
根据式(6-8)和式(6-9)，给定不同的Ua值和Tm值，可分别绘出直流伺服电动机的机械特性曲线和调节特性曲线如图6-5、图6-6所示。
第6章伺服控制系统
4.
上述对直流伺服电动机特性的分析是在理想条件下进行的，实际上电动机的驱动电路、电动机内部的摩擦及负载的变动等因素都对直流伺服电动机的特性有着不容忽略的影响。
1）驱动电路对机械特性的影响;
直流伺服电动机是由驱动电路供电的，假设驱动
电路的内阻是Ri，加在电枢绕组两端的控制电压是Uc，
第6章伺服控制系统
3）
由式（6-5）知，在负载转矩TL不变的条件下，直流伺
服电动机角速度与电枢电压成线性关系。但在实际伺服系统中，经常会遇到负载随转速变动的情况，如粘性摩擦阻力是随转速增加而增加的，数控机床切削加工过程中的切削力也是随进给速度变化而变化的。这时由于负载的变动将导致调节特性的非线性，如图6-9所示。可见，由于负载变动的影响，当电枢电压Ua增加时，直流伺服电动机角

伺服系统的控制方式ppt课件

5
机电一体化技术
运动控制系统安装调试与运行
（a）位置控制的目标
FA设备中的“定位”是指工件或工具（钻头、铣刀）等以合适的速度向着目标位置移动，并高精度地停止在目标位置。这样的控制称为“定位控制”。可以说伺服系统主要用来实现这种“定位控制”的目的。
定位置控制的要求是“始终正确地监视电机的旋转状态”，为了达到此目的而使用检测伺服电机旋转状态的编码器。而且，为了使其具有迅速跟踪指令的能力，伺服电机选用体现电机动力性能的起动转矩大而电机本身惯性小的专用电机。
9
机电一体化技术
运动控制系统安装调试与运行
伺服系统的速度控制特点：可实现“精细、速度范围宽、速度波动小”的运行。
(a) 软起动、软停止功能：可调整加减速运动中的加速度（速度变化率），避免加速、减速时的冲击。 (b) 速度控制范围宽：可进行从微速到高速的宽范围的速度控制。（1：1000～5000左右）速度控制范围内为恒转矩特性。 (c) 速度变化率小：即使负载有变化，也可进行小速度波动的运行。
6
机电一体化技术
运动控制系统安装调试与运行
(b) 位置控制基本特点
伺服系统的位置控制基本特点如下所述。机械的移动量与指令脉冲的总数成正比。机械的速度与指令脉冲串的速度（脉冲频率）成正比。最终在±1个脉冲的范围内定位即完成，此后只要不改变
位置指令，则始终保持在该位置。（伺服锁定功能）
因此，伺服系统中的位置精度由以下各项决定。伺服电机每转1圈机械的移动量伺服电机每转1圈编码器输出的脉冲数机械系统中的间隙（松动）等误差
7
2、速度控制模式
8
机电一体化技术
运动控制系统安装调试与运行
目标速度变化时，也可快速响应。即使负载变化，也可最大限度地缩小与目标速度的差异。能实现在宽广的速度范围内连续运行。

数控机床的伺服系统教学课件PPT

脉冲环形分配
环节
功能型功率放大
电路
步进电动机激磁绕组
驱动电路供电电源
1.光电耦合隔离接口
数控装置输出的脉冲控制信号在和步进电动机的驱动电路相联接时，都必须设置一个光电耦合隔离接口，以防止外部驱动电路对计算机内部极敏感集成电路的干扰和损坏。
来自数控装置的控制脉冲
R2
Vcc
Eb —电枢线圈所产生的反电势 Kb —与结构及磁场性质相关的电磁常数
n —直流电动机的工作转速
施加在电枢线圈上的电压主要用以克服反电势。但由于电枢线圈本身必然有电阻，也要耗散一部分能量，故外加的电压为：
R
C
V
V
（ a）
（ b）
（ c）（ d）
（3）并联增流电容电路
为使激磁绕组在通
电瞬间L的工作电流L Rc
L
建立得更加迅速，
可端在再限并R流联电上D阻一的个两大R D
R
电容来减小回路的
来器
自的
环指
形令
分脉动配冲态阻抗，而稳态
工作时V的阻抗仍V然
V
仅为限流电阻本身。
（ a）
（ b）
B相
C相
各相定子
各相转子
9°
3°
6°
转子顺时针方向
可以得到如下结论：（1）步进电机的步距角α与定子绕组的相数ｍ、转子的齿数ｚ、通电方式ｋ有关，可用下式表示：
360 mzk
式中，ｍ相ｍ拍时，ｋ=1；ｍ相２ｍ拍时，ｋ=2；
α一般为0.75°～3°。（2）改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向也随之改变。（3）通电状态的变化频率越高，转子的转速越高。