【精品】伺服控制系统课件
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伺服控制系统设计PPT课件
特征方程式未出现s的二次项，由Routh
稳定判据可知，系统不稳定。
.
22
3.3 双闭环伺服系统
将APR改用PID调节器，其传递函数
伺服W A 系P R(统s)的W 开P ID 环(s)传K 递p函(is 数 1 )i(s ds 1 )
W o p ( s ) K p (is 1 i （ ) sd s 1 )s C 2 ( T T / i( s j J 1 ) ) K (s is 3 ( T 1 i（ s ) 1 d ) s 1 )
WAPR(s)WPI(s)Kp(isi s1)
.
18
3.3 双闭环伺服系统
双闭环位置伺服系统结构图
.
19
3.3 双闭环伺服系统
系统的开环传递函数为
W o p(s)K p(iis s 1 )sC 2(T T /i(sj J1 ))K s3 ((T iis s 1 1 ))
系统的开环放大系数
K
复合控制位置伺服系统的结构原理图
.
36
3.5 复合控制的伺服系统
前馈控制器的传递函数选为
G(s) 1 W2 (s)
得到
m (s) 1
* m
(
s
)
.
37
3.5 复合控制的伺服系统
理想的复合控制随动系统的输出量能够完 全复现给定输入量，其稳态和动态的给定误 差都为零。 系统对给定输入实现了“完全不变性” 。 需要引入输入信号的各阶导数作为前馈控 制信号，但同时会引入高频干扰信号，严重 时将破坏系统的稳定性，这时不得不再加上 滤波环节。
如果合理设计则可以综合改善伺服系 统的动态和静态特性。
PID串联校正装置的传递函数为:
WPID(s)Kp(is1)i(sds1)
伺服控制(电液伺服系统 )课件
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（二）系统的闭环刚度特性
闭环惯性环节转折频率的无因次曲线
17
闭环振荡环节固有频率无因次曲线
当h和Kv/h较小时
nc h
18
当h和Kv/h较小时
2 nc 2 h — Kv / h
闭环振荡环节阻尼系数无因次曲线
19
系统频宽主要受h和h的影响 和限制，应适当提高h和 h ， 但过大的 h会降低nc，影响响
应速度。
电液位置控制系统闭环频率特性曲线
4）只有在工作频率接近谐振频率h时才有稳定性问题。当工作频率 接近h时，负载压力且也将接近ps了，也就是说压力趋于饱和，Kc变得很
大，阻尼系数比较高。
14
P116页使系统满足一定稳定要求的参数估算
由于以上几点原因，估算时一般可用
Kv
h
3
电液位置伺服系统难于得到较大的幅值稳定裕量Kg，而相位稳定
裕量 易于保证。
6
位置比较用电压比较代替 缸
电液伺服阀 液压能源
样板 给定
xi 位移 ei 比较eg 电伺服 I
传感器
- 放大器
ef
力矩 马达
液压 放大元件
扰动
液压 xp
执行件
位移 传感器1
A 双传感器阀控位置控制系统
7
由计算机图 形代替样板
程序 ei 比较eg
给定
-
ef
电液伺服阀 液压能源
电伺服 i 放大器
力矩 马达
11
将电液伺服阀看成比例环节
Kv
Ke Kd Ka Ksv iDm
TL
K V ce
iD K m
4
s
t
1
e ce
i +
（二）系统的闭环刚度特性
闭环惯性环节转折频率的无因次曲线
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闭环振荡环节固有频率无因次曲线
当h和Kv/h较小时
nc h
18
当h和Kv/h较小时
2 nc 2 h — Kv / h
闭环振荡环节阻尼系数无因次曲线
19
系统频宽主要受h和h的影响 和限制，应适当提高h和 h ， 但过大的 h会降低nc，影响响
应速度。
电液位置控制系统闭环频率特性曲线
4）只有在工作频率接近谐振频率h时才有稳定性问题。当工作频率 接近h时，负载压力且也将接近ps了，也就是说压力趋于饱和，Kc变得很
大，阻尼系数比较高。
14
P116页使系统满足一定稳定要求的参数估算
由于以上几点原因，估算时一般可用
Kv
h
3
电液位置伺服系统难于得到较大的幅值稳定裕量Kg，而相位稳定
裕量 易于保证。
6
位置比较用电压比较代替 缸
电液伺服阀 液压能源
样板 给定
xi 位移 ei 比较eg 电伺服 I
传感器
- 放大器
ef
力矩 马达
液压 放大元件
扰动
液压 xp
执行件
位移 传感器1
A 双传感器阀控位置控制系统
7
由计算机图 形代替样板
程序 ei 比较eg
给定
-
ef
电液伺服阀 液压能源
电伺服 i 放大器
力矩 马达
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将电液伺服阀看成比例环节
Kv
Ke Kd Ka Ksv iDm
TL
K V ce
iD K m
4
s
t
1
e ce
i +
《伺服控制系统》课件
伺服电机
作为伺服系统的驱动器， 根据控制信号，将电能转 化为机械能。
反馈装置
用于测量并反馈输出的位 置、速度和加速度信息。
控制器
接收反馈信息，并根据预 设的控制算法，输出控制 信号，调整伺服电机的运 行状态。
伺服电机的原理
1 电磁感应原理
利用电磁感应现象，将电能转化为机械能。
2 传感器反馈原理
通过传感器测量转子位置，实时反馈给控制器，实现闭环控制。
伺服控制系统在生产线、机器 人等工业自动化领域获得广泛 应用。
CNC加工
伺服控制系统在数控机床等 CNC加工设备中发挥重要作用。
运动控制
伺服控制系统广泛应用于运动 平台、舞台灯光等需要精确运 动控制的领域。
伺服控制系统的优势和劣势
优势
高精度控制、快速响应、稳定性好、适应性强、灵活可靠。
劣势
成本较高、对环境要求高、对参数调整要求高、故障排除较为复杂。
伺服控制系统的性能指标
1 位置误差
伺服控制系统位置控制 的偏差。
2 速度曲线
伺服控制系统输出速度 与时间的关系曲线。
3 加速度响应
伺服控制系统加速度变 化的能力。
3 电子调速原理
通过控制信号调整电机的转速，实现精确的位置和速度控制。
伺服控制系统的分类
位置控制系统
以精确的位置控制为目标， 广泛应用于工业自动化、机 器人等领域。
速度控制系统
以精确的速度控制为目标， 常用于纺织、包装等需要恒 定速度的应用。
力矩控制系统
以精确的力矩控制为目标， 适用于需要精确控制力矩的 应用，如模具加工。伺服控制系统与普通控来自系统的区别1 精度要求
伺服控制系统具有更高 的精度要求，能够实现 更精确的位置、速度和 力矩控制。
第4章伺服驱动系统PPT课件
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4.1伺服系统概述
(2)闭环伺服系统闭环伺服系统是误差控制随动系统(见图43)。数控机床进给系统的误差，是数控装置输出的位置指令 和机床工作台(或刀架)实际位置的差值。闭环伺服系统需要 有位置检测装置，检测执行元件运动的位置。该装置测出执 行元件实际位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给数控 装置，与指令进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。
由于闭环伺服系统是反馈控制，反馈测量装置精度很高，所 以系统传动链误差、环内各元件误差以及运动中造成的误差 都可以得到补偿，从而大大提高厂跟随精度和定位精度。目 前，闭环系统的分辨率多为1um，定位精度可达士0. 01一士0. O5 mm;高精度系统分辨率可达0. 1 um。系统精度只取决于测 量装置的制造精度和安装精度。
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4.1伺服系统概述
4.按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类 (1)直流伺服系统直流伺服系统常用的伺服电动机有小惯量直
流伺服电动机和永磁直流伺服电动机(也称为大惯量宽调速直 流伺服电动机)。小惯量直流伺服电动机最大限度地减少了电 动机的转动惯量，所以能获得最好的快速性，在早期的数控 机床上应用较多，现在也有应用。小惯量直流伺服电动机一 般都设计成有高的额定转速和低的转动惯量，应用时要经过 中间机械传动(如齿轮副)才能与}}r杠相连接。 永磁直流伺服电动机能在较大过载转矩下长时间工作，并且 电动机的转子惯量较大，能直接与}}r杠相连而不需要中间传 动装置。此外，它还有一个特点是可在低速下运转，如能在1 r/min甚至0.1r/min下平稳地运转。因此，这种直流伺服系统 在数控机床上获得厂广泛的应用，20世纪70年代至80年代中 期，在数控机床上的应用占绝对统治地位。至今，仍有许多 数控机床上使用这种电动机直流伺服系统。永磁直流伺服电 动机的缺点是有电刷，限制r转速的提高(一般额定转速为1 000-1 500r/min )，而且结构复杂，价格较贵。
4.1伺服系统概述
(2)闭环伺服系统闭环伺服系统是误差控制随动系统(见图43)。数控机床进给系统的误差，是数控装置输出的位置指令 和机床工作台(或刀架)实际位置的差值。闭环伺服系统需要 有位置检测装置，检测执行元件运动的位置。该装置测出执 行元件实际位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给数控 装置，与指令进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。
由于闭环伺服系统是反馈控制，反馈测量装置精度很高，所 以系统传动链误差、环内各元件误差以及运动中造成的误差 都可以得到补偿，从而大大提高厂跟随精度和定位精度。目 前，闭环系统的分辨率多为1um，定位精度可达士0. 01一士0. O5 mm;高精度系统分辨率可达0. 1 um。系统精度只取决于测 量装置的制造精度和安装精度。
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4.1伺服系统概述
4.按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类 (1)直流伺服系统直流伺服系统常用的伺服电动机有小惯量直
流伺服电动机和永磁直流伺服电动机(也称为大惯量宽调速直 流伺服电动机)。小惯量直流伺服电动机最大限度地减少了电 动机的转动惯量，所以能获得最好的快速性，在早期的数控 机床上应用较多，现在也有应用。小惯量直流伺服电动机一 般都设计成有高的额定转速和低的转动惯量，应用时要经过 中间机械传动(如齿轮副)才能与}}r杠相连接。 永磁直流伺服电动机能在较大过载转矩下长时间工作，并且 电动机的转子惯量较大，能直接与}}r杠相连而不需要中间传 动装置。此外，它还有一个特点是可在低速下运转，如能在1 r/min甚至0.1r/min下平稳地运转。因此，这种直流伺服系统 在数控机床上获得厂广泛的应用，20世纪70年代至80年代中 期，在数控机床上的应用占绝对统治地位。至今，仍有许多 数控机床上使用这种电动机直流伺服系统。永磁直流伺服电 动机的缺点是有电刷，限制r转速的提高(一般额定转速为1 000-1 500r/min )，而且结构复杂，价格较贵。
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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10
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
10
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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4
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
4
输入量
控制操作
输出量
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CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
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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13
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
13
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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CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
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1.1 伺服概述
第五章 伺服驱动系统PPT课件
控制输入脉冲数量、频率及电动机各相绕组的接通次序，可得 到各种需要的运行特性。 （一） 步进电动机的分类
（二） 步进电动机的工作原理
1. 反应式步进电动机 可变磁阻式/VR步进电动机
（1）反应式步进电动机的结构
（2）反应式步进电动机的工作原理 磁力线具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，从而产生反应力
交流(AC)伺服系统向全数字化方向发展：电流环、 速度环和位置环的 反馈控制全部数字化，全部伺服的控 制模型和动态补偿均由高速微处理器及其软件进行实时处 理；采用前馈与反馈结合的复合控制。
4、按控制对象和使用目的的不同：进给、主轴和辅助伺服系统。
进给伺服系统：用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一 种精密的位置跟踪、定位系统：速度控制和位置控制
e= es + ec =kUmcos(ωt + θ) =kUmcos(ωt + x ·2π/ W)
通过鉴别定尺输出的感应电势的相位，即可测量定尺和滑尺之 间的相对位置。
感应同步器的鉴相方式用在相位比较伺服系统中
2、鉴幅方式 根据定尺感应输出的感应电势的振幅变化来检测 位移量的一种工作方式。
滑尺上的正弦、余弦励磁绕组提供同频率、同相位、幅值不同 的交流电压，即
检测装置的精度指标：系统精度（在一定长度或转角内测量积 累误差的最大值）和系统分辨率（测量元件所能正确检测的最小位 移量）
位置检测装置分类
数字式
增量式
绝对式
回转型 增量式光点脉冲编 绝对式光点脉
码器、圆光栅
冲编码器
直线型 计量光栅、激光干 编码尺、多通道
涉仪
透射光栅
模拟式
增量式
绝对式
旋转变压器、圆形感 多极旋转变压器、三 应同步器、圆形磁尺 速圆形感应同步器
（二） 步进电动机的工作原理
1. 反应式步进电动机 可变磁阻式/VR步进电动机
（1）反应式步进电动机的结构
（2）反应式步进电动机的工作原理 磁力线具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，从而产生反应力
交流(AC)伺服系统向全数字化方向发展：电流环、 速度环和位置环的 反馈控制全部数字化，全部伺服的控 制模型和动态补偿均由高速微处理器及其软件进行实时处 理；采用前馈与反馈结合的复合控制。
4、按控制对象和使用目的的不同：进给、主轴和辅助伺服系统。
进给伺服系统：用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一 种精密的位置跟踪、定位系统：速度控制和位置控制
e= es + ec =kUmcos(ωt + θ) =kUmcos(ωt + x ·2π/ W)
通过鉴别定尺输出的感应电势的相位，即可测量定尺和滑尺之 间的相对位置。
感应同步器的鉴相方式用在相位比较伺服系统中
2、鉴幅方式 根据定尺感应输出的感应电势的振幅变化来检测 位移量的一种工作方式。
滑尺上的正弦、余弦励磁绕组提供同频率、同相位、幅值不同 的交流电压，即
检测装置的精度指标：系统精度（在一定长度或转角内测量积 累误差的最大值）和系统分辨率（测量元件所能正确检测的最小位 移量）
位置检测装置分类
数字式
增量式
绝对式
回转型 增量式光点脉冲编 绝对式光点脉
码器、圆光栅
冲编码器
直线型 计量光栅、激光干 编码尺、多通道
涉仪
透射光栅
模拟式
增量式
绝对式
旋转变压器、圆形感 多极旋转变压器、三 应同步器、圆形磁尺 速圆形感应同步器
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。
•
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。
•
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。
•
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。
运动控制——伺服系统ppt课件
速。这种维持与相位差为90º，利用改变控制电压幅值大小来
改变转速的方法，称为幅值控可编制辑课方件 法。
24
三、步进电动机及其控制
1、工作原理：
当第一个脉冲通入A相时，磁通企图沿着磁阻最小的 路径闭合，在此磁场力的作用下，转子的1、3齿要和A级 对齐。当下一个脉冲通入B相时，磁通同样要按磁阻最小 的路径闭合，即2、4齿要和B级对齐，则转子就顺逆时针 方向转动一定的角度。
系统等效转动惯量系统等效转动惯量的计算的计算系统运动部件动能的总和为系统运动部件动能的总和为二伺服系统稳态设计二伺服系统稳态设计dx3737设等效到执行元件输出轴上的总动能为设等效到执行元件输出轴上的总动能为根据动能不变的原则有根据动能不变的原则有系统等效转动系统等效转动惯量为惯量为为执行元件输出轴的转速为执行元件输出轴的转速radrads二伺服系统稳态设计二伺服系统稳态设计dxdx3838等效负载转矩的计算等效负载转矩的计算设上述系统在时间内克服负载所作的功的总和设上述系统在时间内克服负载所作的功的总和执行元件输出轴在时间内的转角为执行元件输出轴在时间内的转角为则执行元件所作的功为则执行元件所作的功为由于由于所以执行元件输出轴所承受的负载所以执行元件输出轴所承受的负载转矩为转矩为二伺服系统稳态设计二伺服系统稳态设计3939执行元件功率的匹配执行元件功率的匹配1
可编辑课件
3
二、伺服系统类型
从系统组成元件的性质来看，有电气伺服系统、 液压伺服系统和电气—液压伺服系统、电气—气 动伺服系统等；
从系统输出量的物理性质来看，有速度或加速 度伺服系统和位置伺服系统等；
从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来 看，有模拟式伺服系统和数字式伺服系统；
从系统结构特点来看，有单回路伺服系统、多 回路伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。
伺服控制及其应用ppt课件
LOS系统
系统组成
有效载荷
可见光、红外、激光
框架平台
2框架、4框架、5框架
伺服系统
电机伺服
图像系统
目标识别、目标跟踪
LOS系统
视轴控制目的
视轴稳定
相对于惯性系 隔离运动 抵抗扰动 多框架
视轴跟踪
目标跟踪 捕获与跟踪 火控铰链
LOS系统
视轴控制原理
视轴稳定
速度稳定回路 单位反馈控制 精度40urad
交流电机
异步电机 同步电机 步进电机 无刷电机
特殊电机
直线电机、旋转变压器
系统组成
直流电机
力矩电机
力矩控制 低速平稳 应用－雷达天线
伺服电机
齿轮减速 输出力矩大 应用－舵机
系统组成
PWM电机控制
双极性控制
50％占空比 低速平稳 分辨率低
单极性控制
换向信号 分辨率高
空间矢量PWM
反馈控制
反馈通道
前馈控制
前馈补偿、改善动态性
内模控制
模型抵消、提高鲁棒性
系统组成
控制系统组成
被控对象
执行机构、负载
传感器
反馈信号
控制器
模拟控制器、数字控制器
系统组成
被控对象
电机
电能机械能
电磁阀
液压系统
其他
电磁线圈、加热、压电陶瓷
军工
？
系统组成
电机分类
直流电机
力矩电机－直接驱动 伺服电机－齿轮减速
LOS系统
旋转变压器
极对数
单级、多级
工作原理
V=A*SIN(Wt) 励磁电源：1KHz、28V
角位置解调
滤波法、鉴相法 旋变解调模块
伺服运动控制系统PPT课件
伺服驱动器的选型方法 伺服驱动器的额定值与特性（略） 外围装置的规格与外形图（略）
7
第四章 交流伺服驱动器的选择
本章以安川Σ-II 系列SGM□H/SGDM 型伺服驱动器的用户为对 象，对以下内容进行说明 ：
伺服驱动器的选型方法 伺服驱动器的额定值与特性 外围装置的规格与外形图
8
第四章 交流伺服驱动器的选择
5
第四章 交流伺服驱动器的选择
设计伺服系统就是根据负载，选择伺服驱动器型号的过程，交流 伺服系统目前在我国使用的比较普遍，以安川公司生产的伺服驱动器 为例说明伺服系统的集成过程。
伺服系统：由伺服驱动 器和上级装置以及外围 装置组合而成的一组完 整的伺服控制系统
6
第四章 交流伺服驱动器的选择
本章以安川Σ-II 系列SGM□H/SGDM 型伺服驱动器的用户为对 象，对以下内容进行说明 ：
28
第四章 交流伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
1、伺服电机的选型 ①型号说明 ②伺服电机选型流程图
SGMAH,SGMPH,SGMGH,SGMSH,SGMDH 型伺服电机的选型请 按下述流程图进行。
29
第四章 交流伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
1、伺服电机的选型 ①型号说明 ②伺服电机选型流程图
19
第四章 交流伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
1、伺服电机的选型 ①型号说明 ②伺服电机选型流程图
SGMAH,SGMPH,SGMGH,SGMSH,SGMDH 型伺服电机的选型请 按下述流程图进行。
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第四章 交流伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
1、伺服电机的选型 ①型号说明 ②伺服电机选型流程图
7
第四章 交流伺服驱动器的选择
本章以安川Σ-II 系列SGM□H/SGDM 型伺服驱动器的用户为对 象，对以下内容进行说明 ：
伺服驱动器的选型方法 伺服驱动器的额定值与特性 外围装置的规格与外形图
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第四章 交流伺服驱动器的选择
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第四章 交流伺服驱动器的选择
设计伺服系统就是根据负载，选择伺服驱动器型号的过程，交流 伺服系统目前在我国使用的比较普遍，以安川公司生产的伺服驱动器 为例说明伺服系统的集成过程。
伺服系统：由伺服驱动 器和上级装置以及外围 装置组合而成的一组完 整的伺服控制系统
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第四章 交流伺服驱动器的选择
本章以安川Σ-II 系列SGM□H/SGDM 型伺服驱动器的用户为对 象，对以下内容进行说明 ：
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第四章 交流伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
1、伺服电机的选型 ①型号说明 ②伺服电机选型流程图
SGMAH,SGMPH,SGMGH,SGMSH,SGMDH 型伺服电机的选型请 按下述流程图进行。
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第四章 交流伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
1、伺服电机的选型 ①型号说明 ②伺服电机选型流程图
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第四章 交流伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
1、伺服电机的选型 ①型号说明 ②伺服电机选型流程图
SGMAH,SGMPH,SGMGH,SGMSH,SGMDH 型伺服电机的选型请 按下述流程图进行。
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第四章 交流伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
1、伺服电机的选型 ①型号说明 ②伺服电机选型流程图
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。
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。
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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。
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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。
第五章 伺服驱动系统PPT课件
CP 13 出错报警输出
18，17，15 A，B，C相输出
16 电源
PA0 PA1
8155
PA2 PA5 PA6 PA7
PA3 PA4 TMOUT
+5V YB015
A0
Vcc A
A1
B
E0
C
E1
D
E2
E
R
+
GGNNDD
CP
YB013
A0 Vcc
A1
A
E0
B
E1
C
E2
+
R
-
GND CP
+5V
光电 隔离
41
1
0
2A03H 06H
正
4
1
1
0
2A13H 30H 正
5 1 0 0 2A04H 04H 转 5 1 0 0 2A14H 20H 转
6 1 0 1 2A05H 05H
6 1 0 1 2A15H 28H
2、功率放大器
作用：将环形分配器或I/O口输出的弱电信号放大，给步 进电机每相绕组提供脉冲励磁电流
调速系统：线路简单、效率高、调速范围宽、快速响应好、
抗干扰强；
2）直流PWM调速的基本原理：通过控制电枢电压的占空比，从
而改变其平均电压，完成转速控制。
S
平均电压U d
UmS T
忽略电枢内阻上压降，则电枢回路静态
Um
方程式为：
Ud
E
UmS T
Cen
T
n Um S n S
TCe
7、速度控制单元
分类： 按驱动方式：单压驱动、双压（高低压）驱动 按功率开关元件：功率晶体管驱动、晶闸管驱动 按控制方式：高低压定时控制、恒流斩波控制、脉宽 控制单电压与高低压驱动电路
控制：数控伺服系统 55(共56张PPT)
6.1.1 伺服系统的组成(zǔ chénɡ)
速度调解
电流调解
转换驱动
M
工作台
电流反馈
G
速度反馈
位置反馈
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(zhuāngzhì)由驱动信号产生电路和功率 放大器组成。
严格来说：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。
全闭环数控系统
全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运 动部件(bù jiàn)的实际位置进行检测。
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈 单元
机械执行部件 电机
2022/3/2
第十三页，共五十六页。
1) 转矩-速度特性曲线（工作曲线） 2) 负载-工作周期曲线
过载倍数Tmd，负载工作周期比 d。 3) 数据表：N、T、时间常数、转动惯量等等。
2022/3/2
第二十三页，共五十六页。
3．永磁直流伺服电机的工作(gōngzuò)特性
d%
M/（N-cm）
转矩极限
80
12000
10000 8000 6000 4000
◆ 结构复杂，制造困难，成本高。
交流伺服电机的优点： ◆ 动态响应好；
◆ 输出功率大、电压和转速提高VSS 交流伺服电机形式(xíngshì)：
◆ 同步型交流伺服电机和
◆ 异步型交流感应伺服电机。
2022/3/2
第二十六页，共五十六页。
1．永磁交流同步(tóngbù)伺服电机的结构和工作原理
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Tm Td CRma Ua
(6-6)
第6章 伺服控制系统
（2）当ω＝0时，
Tm Td CRma Ua
(6-7)
式中，Td称为启动瞬时转矩，其值也与电枢电压成
正比。
如 果 把 角 速 度 ω 看 作 是 电 磁 转 矩 Tm的 函 数 ， 即 ω=f(Tm)，则可得到直流伺服电动机的机械特性表达式
0
由图6-5可见，直流伺服电动机的机械特性是一组斜 率相同的直线簇。每条机械特性和一种电枢电压相对应， 与ω轴的交点是该电枢电压下的理想空载角速度，与Tm 轴的交点则是该电枢电压下的启动转矩。
由图6-6可见，直流伺服电动机的调节特性也是一组 斜率相同的直线簇。每条调节特性和一种电磁转矩相对 应，与Ua轴的交点是启动时的电枢电压。
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， 则可画出如图6-7所示的电枢等效回路。在这个电枢等 效回路中，
Ea=Uc-Ia (Ra+Ri)
(6-10)
第6章 伺服控制系统 于是在考虑了驱动电路的影响后，直流伺服电动
第6章 伺服控制系统
第6章 伺服控制系统
第6章 伺服控制系统
第6章 伺服控制系统
电磁式
执
液压式
行
元
件
气压式
电动机 电磁铁 及其它
油缸
液压马 达 气缸 气压马 达
交 流 (A C )伺 服 电 动 机 直 流 (D C )伺 服 电 动 机
步进电 机 其它电 机 双金属 片
形状记 忆合金
其它
与材料 有关
图6-2 执行元件的种类
压电元 件
第6章 伺服控制系统
(1)电磁式执行元件能将电能转化成电磁力，并用电 磁力驱动执行机构运动，如交流电机、直流电机、力矩 电机、步进电机等。
(2)液压式执行元件先将电能变化成液体压力，并用 电磁阀控制压力油的流向，从而使液压执行元件驱动执 行机构运动。
(3)气压式执行元件与液压式执行元件的原理相同， 只是介质由液体改为气体。
伺服控制系统
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。
第6章 伺服控制系统
第6章 伺服控制系统
第6章 伺服控制系统
第6章 伺服控制系统
6.2.2 1. 直流伺服电动机按励磁方式可分为电磁式和永磁
式两种。 2. 直流伺服电动机主要由磁极、电枢、电刷及换向
片组成,如图6-3所示。
第6章 伺服控制系统
N
电刷 n A
换
向B
片
S
磁极 电枢 导体
磁极
图6-3 直流伺服电动机基本结构
第6章 伺服控制系统
3. 直流伺服电动机采用电枢电压控制时的电枢等效 电路如图6-4所示。
第6章 伺服控制系统
I
a
Ra
L a
Ua
M Ea
Tm
图6-4 电枢等效电路
第6章 伺服控制系统
当电动机处于稳态运行时，回路中的电流Ia保持不 变，
Ea=Ua-IaRa (6-1) 式中，Ea是电枢反电动势； Ua是电枢电压；Ia是电 枢电流；Ra是电枢电阻。 转子在磁场中以角速度ω切割磁力线时，电枢反电 动势Ea与角速度ω
T d
T d
Tm
图6-8 驱动电路内阻对机械特性的影响
第6章 伺服控制系统
如果直流伺服电动机的机械特性较平缓，则当负载 转矩变化时，相应的转速变化较小，这时称直流伺服电 动机的机械特性较硬。反之，如果机械特性较陡，当负 载转矩变化时，相应的转速变化就较大，则称其机械特 性较软。显然，机械特性越硬，电动机的负载能力越强； 机械特性越软，负载能力越低。毫无疑问，对直流伺服 电动机应用来说，其机械特性越硬越好。由图6-8可知， 由于功放电路内阻的存在而使电动机的机械特性变软了， 这种影响是不利的，因而在设计直流伺服电动机功放电 路时，应设法减小其内阻。
0 CReaCmRi2 Tm
(6-11)
将式(6-11)与式(6-8)比较可以发现，由于驱动电路
内阻Ri的存在而使机械特性曲线变陡了，图6-8给出了 驱动电路内阻影响下的机械特性。
第6章 伺服控制系统
La Uc
Ri
Ia Ra
Ea
M
图6-7 含驱动电路的电枢等效回路
第6章 伺服控制系统
O
Ra Ra＋Ri
从图中还可看出，调节特性的斜率为正，说明在一 定的负载下，电动机转速随电枢电压的增加而增加；而 机械特性的斜率为负，说明在电枢电压不变时，电动机 转速随负载转矩增加而降低。
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。
如图6-5、图6-6所示。
第6章 伺服控制系统O来自U a1U a2 U a3
Td3 Td2 Td1 Tm
图6-5 直流伺服电动机的机械特性
第6章 伺服控制系统
T m1 ＝ 0
T m2
T m3
U a1 ＝ 0 U a2 U a3
U a
图6-6 直流伺服电动机的调节特性
第6章 伺服控制系统
(6-4)
式中，Cm是转矩常数，仅与电动机结构有关。
第6章 伺服控制系统
将式（6-4）代入式（6-3）并整理，可得到直流伺 服电动机运行特性的一般表达式
CUea CeCRm a2Tm (6-5)
由此可以得出空载（ Tm＝0，转子惯量忽略不计） 和电机启动（ω＝0）时的电机特性:
（1）当Tm＝0时，有
Ra CeCm
Tm
式中,ω0是常数， 0
Ua
C e
(6-8)
第6章 伺服控制系统
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
k
Tm
式中,k是常数，k
Ra
CeCm 2
(6-9) 。
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
Ea=CeΦω (6-2) 式中，Ce是电动势常数，仅与电动机结构有关；Φ 是定子磁场中每极的气隙磁通量。
第6章 伺服控制系统
由式（6-1）、式（6-2）
Ua-IaRa=CeΦω
（6-3）
此外，电枢电流切割磁场磁力线所产生的电磁转矩Tm可 由下式表达:
Tm=CmΦIa
则 Tm=CmΦIn
In
Tm
C m