伺服系统之位置控制系统和速度控制系统的主要技术指标
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，
伺服系统的基本要求及特征
伺服系统的基本要求及特征伺服系统的基本要求及特征1. 引言伺服系统作为现代控制系统中的重要组成部分，其基本要求及特征对于系统的性能和稳定性具有重要影响。
本文将从以下几个方面介绍伺服系统的基本要求及特征。
2. 基本要求伺服系统需要满足以下基本要求：•高精度控制：伺服系统需要能够实现高精度的位置或速度控制，以满足精密加工、运动控制等应用需求。
•快速响应：伺服系统需要具备快速响应的特性，能够在短时间内对输入信号作出准确的反应。
•稳定性：伺服系统需要具备良好的稳定性，能够保持输出信号稳定在给定值附近，不受外部干扰的影响。
•可靠性：伺服系统需要具备高可靠性，能够长时间稳定运行并具备故障自动检测和纠正的功能。
3. 特征伺服系统具有以下几个特征：精确度伺服系统的精确度是指系统能够实现的位置或速度控制的准确性。
通常使用误差指标来评估系统的精确度，包括位置偏差、速度误差等。
精确度与系统的传感器、控制算法等因素密切相关。
响应速度伺服系统的响应速度是指系统对输入信号作出反应的快慢程度。
响应速度取决于系统的动态特性，包括惯性、摩擦力等因素。
响应速度越快，系统的动态性能越好。
控制稳定性伺服系统的控制稳定性是指系统输出信号能够稳定在给定值附近的能力。
稳定性与系统的控制算法、控制器参数等因素密切相关。
稳定性越好，系统越不容易产生震荡、偏离目标值等问题。
功率输出伺服系统的功率输出能力是指系统能够输出的最大功率。
功率输出受到电机及传动机构等因素的限制。
高功率输出能力对于承载大负载、高速运动等应用非常重要。
4. 总结伺服系统作为控制系统的重要组成部分，其基本要求及特征对于系统的性能和稳定性具有重要影响。
高精度控制、快速响应、稳定性和可靠性是伺服系统的基本要求。
精确度、响应速度、控制稳定性和功率输出是伺服系统的主要特征。
只有满足这些要求和特征，伺服系统才能够在各种应用场景下发挥优秀的性能。
5. 应用领域伺服系统广泛应用于以下领域：•工业自动化：伺服系统用于控制工业机器人、数控机床等设备，实现高精度的加工、装配等工业自动化任务。
国家开放大学《机电一体化系统综合实训》作业1-4参考答案
国家开放大学《机电一体化系统综合实训》作业1-4参考答案作业1一、名词解释(每小题2分，共10分)1. 测量——是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。
2.灵敏度——指在稳态下，输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。
即为传感器灵敏度。
S=dy/dx=ΔY/ΔX3. 压电效应——某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。
当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。
4. 动态误差——在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。
5. 传感器——是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。
二、填空题（每小题2分，共20分)1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式：（内循环）和（外循环）。
2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括（性能指标），（系统功能），（使用条件）。
3. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用（PLC）。
4. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是（20mm）。
5. 连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的（位置和速度），使它们同步协调到达目标点。
6. 某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为（0.02）。
7. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数（增加而减小）。
8. 累计式定时器工作时有（2）。
9. 复合控制器必定具有（前馈控制器）。
10. 钻孔、点焊通常选用（简单的直线运动控制）类型。
三、选择题（每小题2分，共10分）1. 一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts（）A. 产大B. 减小C. 不变D. 不定2. 加速度传感器的基本力学模型是（）A. 阻尼—质量系统B. 弹簧—质量系统C. 弹簧—阻尼系统D. 弹簧系统3. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数（）A. 有关B. 无关C. 在一定级数内有关D. 在一定级数内无关4. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用（）A. 单片机B. 2051C. PLCD. DSP5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和检测环节等个五部分。
伺服系统的基本要求、特点和分类
伺服系统的基本要求、特点和分类数控机床伺服系统的作用在于接受来自数控装置的指令信号，驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。
以上指的主要是进给伺服控制，另外还有对主运动的伺服控制，不过控制要求不如前者高。
数控机床的精度和速度等技术指标往往主要取决于伺服系统。
一、伺服系统的基本要求和特点1.对伺服系统的基本要求（1）稳定性好：稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有平衡状态。
（2）精度高：伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。
作为精密加工的数控机床，要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高，允许的偏差一般都在0.01～0.00lmm之间。
（3）快速响应性好：快速响应性是伺服系统动态品质的标志之一，即要求跟踪指令信号的响应要快，一方面要求过渡过程时间短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒；另一方面，为满足超调要求，要求过渡过程的前沿陡，即上升率要大。
2、伺服系统的主要特点（1）精确的检测装置：以组成速度和位置闭环控制。
（2）有多种反馈比较原理与方法：根据检测装置实现信息反馈的原理不同，伺服系统反馈比较的方法也不相同。
目前常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较3种。
（3）高性能的伺服电动机（简称伺服电机）：用于高效和复杂型面加工的数控机床，伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。
要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大，以产生足够大的加速或制动力矩。
要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转平稳，以便在与机械运动部分连接中尽量减少中间环节。
（4）宽调速范围的速度调节系统，即速度伺服系统：从系统的控制结构看，数控机床的位置闭环系统可看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统，其内部的实际工作过程是把位置控制输入转换成相应的速度给定信号后，再通过调速系统驱动伺服电机，实现实际位移。
数控机床的主运动要求调速性能也比较高，因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。
伺服电机参数
伺服电机参数在现代工业控制系统中，伺服电机是一种常用且重要的执行元件。
伺服电机能够根据输入信号控制转速和位置，具有高精度、高响应速度和稳定性等优点，因此被广泛应用于机械自动化领域，如工业机器人、数控机床和自动化生产线等。
伺服电机的参数是评估其性能和特性的重要指标。
了解和掌握伺服电机的参数对于正确选型和系统设计具有重要意义。
下面将介绍一些常见的伺服电机参数。
1. 额定电压（Rated Voltage）额定电压是指伺服电机在正常工作条件下所需要的电压。
伺服电机通常使用直流电压供电，常见的额定电压为24V、48V等。
2. 额定电流（Rated Current）额定电流是指在额定负载下，伺服电机所需要的电流。
额定电流与伺服电机的功率和负载有关，通常以安培（A）为单位。
3. 额定功率（Rated Power）额定功率是指伺服电机在额定转速下所能提供的功率。
额定功率是伺服电机的一个重要参数，它与电机的转速、力矩和效率有关，通常以瓦特（W）为单位。
4. 额定转速（Rated Speed）额定转速是指伺服电机在额定电压和额定负载下所能达到的最大转速。
额定转速直接影响到伺服电机的性能，转速越高表示伺服电机响应速度越快。
5. 额定转矩（Rated Torque）额定转矩是指伺服电机在额定电压和额定负载下所能提供的最大输出转矩。
额定转矩是伺服电机的一个关键参数，它决定了电机在负载变化时的稳定性和控制精度。
6. 静态摩擦力（Static Friction）静态摩擦力是指伺服电机在无负载情况下需要克服的摩擦力。
静态摩擦力会影响到伺服电机的起动性能和控制精度。
7. 动态摩擦力（Dynamic Friction）动态摩擦力是指伺服电机在运行过程中需要克服的摩擦力。
动态摩擦力会对伺服电机的速度响应和控制精度产生影响。
8. 起始频率（Start-up Frequency）起始频率是指伺服电机能够启动并保持运行的最低频率。
起始频率与伺服电机的响应速度和控制精度有关。
机电一体化系统设计伺服系统设计
二、伺服电机及其控制
2 直流电机的功率驱动 直流电机的调速电路目前以脉冲宽度调制电路应
用最为广泛.
桥式(H形)PWM变换器主电路
二、伺服电机及其控制
作用在电机两端的 平均电压为：
UAB(2Tton1)Us
二、伺服电机及其控制 3 直流伺服系统模型
二、伺服电机及其控制
1校正环节：一般速度环调节器为比例环节 G1S =Kp
1 系统等效转动惯量 的计算
系统运动部件动能的总和J d为x
E1 2im 1Mi Vi21 2jn1Jj
2 j
二、伺服系统稳态设计
设等效到执行元件输出轴上的总动能为
Edx
1 2
Jdx
d2
根据动能不变的原则,有 Edx ,E系统等效转动惯量
为
Jdxim 1Mi Vid2jn1Jj dj 2
一、方案设计
4．控制系统方案的选择 控制系统方案的选择包括微型机、步进电动机
控制方式、驱动电路等的选择.常用的微型机有单 片机、单板机、工业控制微型机等,其中单片机由 于在体积、成本、可靠性和控制指令功能等许多 方面的优越性,在伺服系统的控制中得到了广泛的 应用.
二、伺服系统稳态设计
系统方案确定后,应进行方案实施的具体化设 计,即各环节设计,通常称为稳态设计.其内容主要 包括执行元件规格的确定、系统结构的设计、系 统惯量参数的计算以及信号检测、转换、放大等 环节的设计与计算.稳态设计要满足系统输出能力 指标的要求.
可按下面公式计算
360
0பைடு நூலகம்
Zm
式中 为步距角； Z为转子上的齿数；m为
步进电动机运行的拍数.
同一台步进电动机,因通电方式不同,运行时步 距角也是不同的
伺服系统包含哪些(基本组成_工作原理_应用)
伺服系统包含哪些(基本组成_工作原理_应用)
伺服系统的结构组成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。
下图给出了伺服系统组成原理框图。
图伺服系统组成原理框图
1.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
2.控制器
控制器通常是计算机或PID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。
3.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化成机械能，驱动被控对象工作。
机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。
4.被控对象
5.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。
伺服系统工作原理伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标的任意变化而变化的自动控制系统，即伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。
它由计算机数字控制系统、伺服驱动器、伺服电动机、速度和位置传感器等组成。
计算机数字控制系统用来存储零件加工程序，根据编码器反馈回来的信息进行各种插补运算和软件实时控制，向各坐标轴的伺服驱动系统发出各种控制命令。
伺服驱动器和伺服电动机接收到计算机数字控制系统的控制命令后，对功率进行放大、变换与调控等处理，能够快速平滑调。
第七章数控机床伺服系统
第一节 概述
2、数控机床对进给伺服系统的要求
(5) 调速范围要宽，低速时能输出大转矩 调速范围要宽，低速时能输出大转矩。机床的调速范围RN是指机床要求 电动机能够提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比，即：
R
N
=
n max n min
其中nmax和nmin一般是指额定负载时 额定负载时的电动机最高转速和最低转速，对于 额定负载时 小负载的机械也可以是实际负载时最高和最低转速。一般的数控机床进 给伺服系统的调速范围RN为1：24 000就足够了，代表当前先进水平的速 度控制单元的技术已可达到1：100 000的调速范围。同时要求速度均匀、 稳定、无爬行，且速降要小。在平均速度很低的情况下（1mm/min以下） 要求有一定瞬时速度。零速度时要求伺服电动机处于锁紧状态，以维持 定位精度。
第 二 节 典 型 进 给 伺 服 系 统
–
柔性差： 柔性差：系统全由硬件构成，使得它的各调节器参数在机电联 调整定后就固定下来了，不易改变，这对负载惯量变化不大的 位置伺服系统（如车床刀架进给控制），可获得满意的控制性 。 对 负载惯量 大的系统， 。 的数 ， 在整
（负载惯量变化） – 量 化成 ， 响 电
第一节 概述
1、数控机床伺服系统的概念及组成 （1）在位置控制中，根据插补运算得到的为之指令 （即一串脉冲指令或二进制数据），与位置检测装置 反馈来的机床坐标轴的实际位置进行比较，形成位置 偏差，经变换得到速度给定电压。 （2）在速度控制中，伺服驱动装置根据速度给定电 压和速度检测装置反馈的实际转速对伺服电动机进行 控制，以驱动机床部件，从而把速度量变为位置量。
提高系统 精度 环 措施 的精度；
一. 开环进给伺服系统
传动间隙补偿 在整个行程范围内测量传动机构传动间隙，取其平均值存放 在数控系统中的间隙补偿单元，当进给系统反向运动时，数控 系统自动将补偿值加到进给指令中，从而达到补偿目的。 – 螺矩误差补偿 滚珠丝杆在数控机床应用广泛，虽然滚珠丝杆精度较高，但 的 精 ， 将其精度控 在一 的范围内的， 的螺 存在 一 的误差的， 用 机的运 ， 补偿滚珠丝 的螺矩 误差， 高进给 精度。 测量 进给丝 螺 误差 ( )，然 用 误差补偿 补偿 补偿。 补偿 –
机电一体化技术试题答案2
《机电一体化技术》试卷(二)一、名词解释(每小题2分，共10分)1、线性度2、伺服控制系统3、三相六拍通电方式4、传感器5、系统精度二、填空题（每小题2分，共20分)1、计算机在控制中的应用方式主要有_____________________________。
2. 滚珠丝杆螺母副结构有两类：_____________________________。
3、应用于工业控制的计算机主要有______________________________等类型。
4. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括________________________________。
5、可编程控制器主要由_____________________________等其它辅助模块组成。
6. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用_______________________________________________________。
7、现在常用的总线工控制机有________ 、PC总线工业控制机和CAN总线工业控制机等。
8、隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种_____________________________。
9. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是_______________________。
10. 采样/保持器在保持阶段相当于一个“_____________________________”。
三、选择题（每小题2分，共10分）1.一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：A 机械本体B 动力与驱动部分C 执行机构 D. 控制及信息处理部分2、机电一体化系统（产品）开发的类型A 开发性设计B 适应性设计C 变参数设计D 其它3、机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法A 取代法B 整体设计法C组合法D其它。
4、机电一体化的高性能化一般包含A高速化B高精度C高效率D高可靠性。
伺服系统的基本要求
伺服系统的基本要求
伺服系统是一种精确跟随输入信号并能快速响应的自动控制系统，其基本要求包括：
1. 精度高：伺服系统应具备高定位精度和跟踪精度，能在较短时间内快速响应指令信号，确保输出轴的实际位置、速度和加速度与期望值一致。
2. 快速响应：伺服系统需具备快速动态响应能力，能够在短时间内达到稳定状态，尤其是在负载变化时也能保持稳定的输出。
3. 稳定性好：伺服系统必须在各种工况下都能保持稳定工作，即使在扰动或不确定性条件下也能恢复平衡状态，避免振荡和超调。
4. 动态性能优良：具有宽广的调速范围和足够的过载能力，同时保证低速平稳性和高速时的快速性。
5. 可靠性强：伺服系统应具备较强的抗干扰能力和自我诊断修复功能，确保长期稳定可靠运行。
6. 易于控制与调节：伺服系统应支持灵活方便的控制方式，易于根据应用场景进行参数调整和优化。
数控机床的进给伺服系统概述
• 当步进电机励磁绕组相数大于3时，多相通电多数 能提高输出转矩。
• 所以功率较大的步进电机多数采用多于三相的励磁 绕组，且多相通电。
3、启动转矩Mq
AB C Mq
e
当电机所带负载ML<Mq时，电机可不失步的启动。
2、最高启动频率和最高工作频率
最高启动频率fg： 步进电机由静止突然启动，并不失步地进 入稳速运行，所允许的启动频率的最高值。 最高启动频率fg与步进电机的惯性负载J有 关。
故电动机的转速n为：
n f (r/s) 60 f (r/min) f ——控制脉冲的频率
mzk
mzk
SB-58-1型五定子轴向分相反应式步进电机。
• 定子和转子都分为5段，呈轴向分布；有16个 齿均匀分布在圆周上，
• 齿距=360º/16=22.5º；各相定子彼此径向错开 1/5个齿的齿距；
如按5相5拍通电，则步距角为：
4）电动机定子绕组每改变一次通电方式——称为一拍 5）每输入一个脉冲信号，转子转过的角度——步距角αº • 上述通电方式称为：三相单三拍。（三相三拍） • 单——每次通电时，只有一相绕组通电； • 双——每次通电时，有两相绕组通电； • 三拍——经过三次切换绕组的通电状态为一个循环； • 除此之外的通电方式还有： • 三相双三拍： AB—BC—CA—AB • 三相单双六拍： A—AB—B—BC—C—CA—A
第三节 数控机床的检测装置
1、检测装置的作用
• 检测装置是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分 • 其作用是：检测位移和速度，发送反馈信号，构成
（1） 直线进给系统 已知：进给系统的脉冲当量δmm；步进电机的
步距角αº；滚珠丝杠的导程t mm；
求： 齿轮传动比 i。
伺服系统的参数调整和性能指标试验
伺服系统的参数伺服系统的参数调整调整调整和和性能性能指标指标指标试验试验1 伺服系统的参数调整理论基础伺服系统包括三个反馈回路（位置回路、速度回路以及电流回路）。
最内环回路的反应速度最快，中间环节的反应速度必须高于最外环。
假使未遵守此原则，将会造成震动或反应不良。
伺服驱动器的设计可确保电流回路具备良好的反应效能。
用户只需调整位置回路与速度回路增益。
伺服系统方块图包括位置、速度以及电流回路，如图1所示。
图1 伺服系统方块图一般而言，位置回路的反应不能高于速度回路的反应。
因此，若要增加位置回路的增益，必须先增加速度回路增益。
如果只增加位置回路的增益，震动将会造成速度指令及定位时间增加，而非减少。
如果位置回路反应比速度回路反应还快，由于速度回路反应较慢，位置回路输出的速度指令无法跟上位置回路。
因此就无法达到平滑的线性加速或减速，而且，位置回路会继续累计偏差，增加速度指令。
这样，电机速度会超过，位置回路会尝试减少速度指令输出量。
但是，速度回路反应会变得很差，电机将赶不上速度指令。
速度指令会如图2振动。
要是发生这种情形，就必须减少位置回路增益或增加速度回路增益，以防速度指令振动。
图2 速度指令位置回路增益不可超过机械系统的自然频率，否则会产生较大的振荡。
例如，机械系统若是连接机器人，由于机器的机械构造采用减低波动的齿轮，而机械系统的自然频率为10~20Hz ，因此其刚性很低。
此时可将位置回路增益设定为10至20(1/s)。
如果机械构造系统是晶片安装机、IC 黏合机或高精度工具机械，系统的自然频率为70Hz 以上。
因此，可将位置回路增益设定为70(1/s)或更高。
需要很快的反应时，不只是要确保采用的伺服系统（控制器、伺服驱动器、电机以及编码器）的反应，而且也必须确保机械系统具备高刚性。
1.1交流伺服系统相关参数的设定速度回路增益主要用以决定速度回路的反应速度。
在机械系统不震动的前提下，参数设定的值愈大，反应速度就会增加。
伺服装置性能指标
max/n
min（n
max和n
min是电机所能达到◆恒功率范围（恒功率调速比）
指驱动装置保持额定功率输出状态下,所允许的速度变化范围的最大值与最小值之比。
测试方法：
驱动装置在保持电动机额定输出功率的条件下，调节电动机转速，测量电动机的最高转速和最低转速，并按式D=n
max/n
min计算调速范围；◆额定输出容量
图2阶跃输入的时间响应
测试方法：
使伺服电机在空载零转速状态下运行，输入某一转速指令的阶跃信号，根据图2所示的方法和式
（7）计算出上升时间、超调量和调节时间。改变伺服电机的转速方向，重复上述测试；
◆正反转速差
空载条件下，输入额定转速的正、反转速指令，测量正、反转速Ncw、Nccw，根据式
（8）计算正反转速：
即P=U*I……
（1）测试方法：
给定额定转速和额定负载转矩，在伺服运行1小时后若无报警，测量出伺服单元输出电压U和输出电流I，根据式
（1）计算，测试结束；◆转速变化率
伺服系统在某一给定转速下，负载由空载增加到连续工作区中规定的该转速下最大负载时，其转速变化的相对值称为转速变化率S，它是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。用百分数表示：
1.
验证哪些技术/用途：
依据中国机械行业标准，通过检测伺服驱动系统性能指标，从而对伺服驱动系统的性能进行评价。
◆额定输出容量
伺服装置在额定负载、额定转速下工作，伺服单元在长期连续运行（约1h）而不发生过热报警的状态下连续输出的最大功率称为额定输出容量，依据测量伺服单元的输出电压U和输出电流I，设额定输出容量P，则：
S(%)=（n0-n1）/n0（式中，n0为空载下的稳态转速，n1为负载下的稳态转速）；◆调速范围（调速比）
伺服系统组成、概述与控制原理（难得好文）
伺服系统组成、概述与控制原理（难得好⽂）伺服系统既可以是开环控制⽅式，也可以是闭环控制⽅式。
⼀、伺服系统简述伺服系统（servomechanism）指经由闭环控制⽅式达到对⼀个机械系统的位置、速度和加速度的控制。
⼀个伺服系统的构成包括被控对象、执⾏器和控制器（负载、伺服电动机和功率放⼤器、控制器和反馈装置）。
1. 执⾏器的功能在于提供被控对象的动⼒，其构成主要包括伺服电动机和功率放⼤器，伺服电动机包括反馈装置如光电编码器、旋转编码器或光栅等（位置传感器）。
2. 控制器的功能在于提供整个伺服系统的闭环控制如转矩控制、速度控制、位置控制等，伺服驱动器通常包括控制器和功率放⼤器。
3. 反馈装置除了位置传感器，可能还需要电压、电流和速度传感器。
下图为⼀般⼯业⽤伺服系统的组成框图，其中红⾊为伺服驱动器组成部分，黄⾊为伺服电机组成部分。
“伺服”——词源于希腊语“奴⾪”的意思。
⼈们想把“伺服机构”当成⼀个得⼼应⼿的驯服⼯具，服从控制信号的要求⽽动作：在讯号来到之前，转⼦静⽌不动；讯号来到之后，转⼦⽴即转动；当讯号消失，转⼦能即时⾃⾏停转。
由于它的“伺服”性能，因此⽽得名——伺服系统。
⼆、常⽤参数1、伺服电机铭牌参数1. 法兰尺⼨2. 电机极对数3. 电机额定输出功率4. 电源电压规格：单相/三相5. 电机惯量：分为⼤、中、⼩惯量，指的是转⼦本⾝的惯量，从响应⾓度来讲，电机的转⼦惯量应⼩为好；从负载⾓度来看，电机的转⾃惯量越⼤越好6. 电机出轴类型：键槽、扁平轴、光轴、减速机适配…7. 电机动⼒线定义：U: RED V：BLACK W: WHITE8. 额定转速9. 编码器线数：2500/1250/1000/17B/20B法兰是轴与轴之间相互连接的零件，⽤于管端之间的连接。
2、伺服驱动器铭牌参数1. 额定输出功率2. 电源电压规格3. 编码器线数3、伺服系统的性能指标1. 检测误差：包括给定位置传感器和反馈位置传感器的误差，传感器本⾝固有，⽆法克服；2. 系统误差：系统类型决定了系统误差。
伺服系统
伺服的三种控制方式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 .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。
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，增加整个系统的定位精度。
4、谈谈3环，伺服电机一般为三个环控制，所谓三环就是3个闭环负反馈PID调节系统。
最内的PID环就是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最快。
第2环是速度环，通过检测的电机编码器的信号来进行负反馈PID调节，它的环内PID 输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包含了速度环和电流环，换句话说任何模式都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制。
2021年国家开放大学电大机电一体化系统设计基础自测答案
2021年国家开放大学电大机电一体化系统设计基础自测答案题目为随机抽题请用CTRL+F来搜索试题1．以下产品属于机电一体化产品的是（）。
正确答案是：全自动洗衣机2．以下产品不属于机电一体化产品的是（）。
正确答案是：电子计算机1．自动控制技术是机电一体化相关技术之一，直接影响系统的控制水平、精度、响应速度和稳定性。
（）正确答案是：“对”。
2．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。
正确答案是：“错”。
3．系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。
正确答案是：“对”。
4．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。
正确答案是：“对”。
5．机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，应具有高精度、良好的稳定性、快速响应性的特性。
正确答案是：“对”。
1．完善的机电一体化系统的主要组成部分有哪些？。
正确答案是：完善的机电一体化系统主要由机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件、信息处理及控制系统组成，各要素和环节之间通过接口相联系。
2．传统机械、电子产品与机电一体化产品的主要区别是什么？正确答案是：机电一体化与机械电气化的主要区别有：1．电气化机械在设计过程中不考虑或少考虑控制电器与机械的内在联系，基本上是根据机械的要求，选用相应的驱动电机或电气传动装置；2．机械和电气装置之间界限分明，它们之间的联结以机械联结为主，整个装置是刚性的；3．装置所需的控制是基于电磁学原理的各种电器来实现，属强电范畴，其主要支撑技术是电工技术。
机械工程技术由纯机械发展到机械电气化，仍属传统机械，主要功能依然是代替和放大人的体力。
1．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（）。
正确答案是：增大系统刚度2. 导程L0=8mm的丝杠的总质量为6kg，标称直径为40mm，则其转动惯量为（）kg·mm2。
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6. 系统对阶跃信号输入的响应特性：当系统处于静止协调状态（零初始状态）下，突加阶跃信号时，系统最大允许超调量σ%、过渡过程时间ts和振荡次数N；
7. 等速跟踪状态下，负载扰动（阶跃或脉动扰动）所造成的瞬时误差和过渡过程时间；
8. 对系统工作制（长期运行、间歇循环运行或短时运行）、MTBF、可靠性以及使用寿命的要求。
7．对系统工作制（长期运行、间歇循环运行或短时运行）、平均无故障工作时间MTBF、可靠性以及使用寿命等要求。
以上技术要求一般是用户提出的，在工程设计中往往用相位裕度、幅值裕度、开环截止频率等间接技术指标来保证。
（二）速度控制系统的主要技术要求
1. 被控对象的最高运行速度：如最高转速nmax、最高角速度ωmax或最高线速度υmax；
2. 最低平滑速度：通常用最低转速nmin、最低角速度ωmin或最低线速度υmin来表示，也可用调速范围RN来表示（公式（6-1））；
3. 速度调节的连续性和平滑性要求：在调速范围内是有级变速还是无级变速，是可逆还是不可逆；
伺服系统之位置控制系统和速度控制系统的主要技术指标
位置控制系统是伺服系统的重要组成部分，是保证位置精度的重要环节。速度控制系统也是伺服系统的重要组成部分，它由速度控制单元、伺服电动机、速度检测装置等构成。速度控制系统的核心是速度控制单元，用来控制电动机转速。一般的位置控制包括位置环和速度环，具有位置控制环节的系统才是真正的伺服系统。
（6-2）
5．对阶跃信号输入下系统的响应特性：当系统处于稳态时，把阶跃信号作用下的最大超调量σ%和响应时间ts作为技术指标；
6．负载扰动下的系统响应特性：负载扰动对系统动态过程的影响是调速系统的重要技术指标之一。转速降和静差率只能反映系统的稳态特性，衡量抗扰动能力一般取最大转速降（升）Δnmax和响应时间tst来度量；
2. 速度误差ev和正弦跟踪误差esin：当位置控制系统处于等速跟踪状态时，系统输出轴与输入轴之间瞬时的位置误差（角度或角位移）称为速度误差ev；当系统正弦摆动跟踪时，输出轴与输入轴之间瞬时误差的振幅值称为正弦跟踪误差esin。
3. 速度品质因数Kv和加速度品质因数Ka：速度品质因数Kv指输入斜坡信号时，系统稳态输出角速度ω0或线速度υ0与速度误差ev的比值；加速度品质因数Ka指输入等加速度信号时，系统输出稳态角加速度ε或线加速度a与对应的系统误差ea之比。
4. 最大跟踪角速度ωmax（或线速度υmax）最低平滑角速度ωmin（或线速度υmin）、最大角加速度εmax（或线加速度amax）
5. 振幅指标M和频带宽度ωb ：位置控制系统闭环幅频特性A（ω）的最大值A（ωp）与A（0）的比值称为振荡指标M；当闭环幅频特性
A（ωb）=0.707时所对应的角频率ωb称为系统的带宽。
4. 静差率s或转速降Δn（或Δω、Δv）：转速降Δn指控制信号一定的情况下，系统理想空载转速n0与满载时转速ne之差；静差率s则是控制信号一定的情况下，转速降与理想空载转速的百分比。
转速范围和静差率两项指标并不是彼此孤立的，只有对两者同时提出要求才能有意义。一个系统的调速范围是指在最低速时还能满足静差率要求的转速可调范围。离开了静差率要求，任何调速系统都可以做到很高的调速范围；反之，脱离了调速范围，要满足给定的静差率也很容易。调速范围与静差率有如下关系
位置控制系统和速度控制系统既有共同之处，也有不同之处。其共同之处是通过系统的执行元件直接或通过机械传动装置间接带动被控制对象，完成给定控制规律要求的作。其不同之处可以用位移与速度之间的关系来理解。
（一） 位置控制系统的主要技术指标
1. 系统静态误差：指系统输入为常值时，输入与输出之间的误差，称为系统静态误差。位置控制系统一般要求是无静差系统。但由于测量元件的分辨率有限等实际因素均会造成系统静态误差。