伺服原理及运动控制介绍2017

伺服原及运动控制介绍伺服原理及运动控制介绍

北京慧摩森电子系统技术有限公司秦皇岛海纳科技开发有限公司

第单元：伺服基本原理第一单元：伺服基本原理

概述

⏹

⏹线性系统

⏹伺服控制系统

⏹三环设计

⏹相关概念

、概述

一、概述

1、什么是运动控制系统

什是制系

以运动为控制目标的自动控制系统

⏹以运动为控制目标的自动控制系统；

⏹为此，它要解决两个问题：动力的传输，机器与设

备的控制；

备的控制

⏹应用领域

⏹民用：自动封装、机械制造、航空航天、交通运输、石油

化工、家用电器；

军用武器控制如导弹火炮

⏹军用：武器控制，如导弹火炮；

⏹狭义地讲，就是伺服控制系统；

2、为什么会产生运动控制系统

现实需求如减轻劳动强度提高生产效率

⏹现实需求：如减轻劳动强度、提高生产效率、

探索自然奥秘；

⏹相关技术的进步：如电力电子、计算机、微

处理器；

3、控制方式

⏹开环控制：控制过程只有顺向作用而没有反

向联系，如步进马达控制；

控制装被控

输入信号

输出量

装置对象

–闭环控制：既有顺向作用又有反向联系。闭环控制：既有顺向作用又有反向联系可以实现复杂而准确的控制。是自然界中一切生物控制自身运动的基本规律也是切生物控制自身运动的基本规律，也是工程自动控制的基本方式。

闭环控制必定是一个负反馈控制

4、分类

独立运行的系统特点是不通用如数

⏹独立运行的系统，特点是不通用，如数

控、机器人及特种机械的控制；

⏹基于PC的通用系统，其构成是PC＋运动

控制卡＋驱动器；

⏹智能系统，其本质是以DSP为核心的全数

字驱动器。在PC上位机软件的辅助下，

字在C件

可实系重构控制参整定

可以实现系统的重构、控制参数的整定、控制策略的更改，使系统能够适应控制

需求的变化。

二、关于线性系统

什么是线性系统

、关于线性系统

1、什么是线性系统

叠加性：

()

y f x

=

1212

()()()

f x x f x f x

+=+

齐次性()

y f x

Kx Kf x

=

=

()()

f x f

y

y

kx b

=+

-=

y kx

b k

x

6

三、伺服控制系统

1、何谓伺服？

伺服也称随动用来控制被控对象的转角使

⏹伺服也称随动，用来控制被控对象的转角使

其能自动、连续、精确地复现输入指令的变

化规律；

化规律

常制

⏹通常是具有负反馈的闭环控制系统

⏹对伺服控制系统的要求是稳、准、快

发展历史

3、发展历史

⏹控制方式：由模拟控制到数字控制；

⏹功率驱动：50年代后期的晶闸管、70年代后期的

门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极型晶体管

（BJT）、电力场效应管（Power-Mosfet）、80

年代后期出现的绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）、目前开始广泛应用的IPM；

执行元件直流电机到交流电机

⏹执行元件：从直流电机到交流电机

⏹直流电机：体积大、容量小、制造成本高、需要机械

换装置维护困难；

换向装置、维护困难

⏹交流电机：结构简单可靠、维护少、无机械换向火花。

4、发展方向

发展方向

交流化；

⏹

⏹全数字化；

⏹采用新型电力电子半导体器件；

高

⏹高度集成化；

⏹智能化；

⏹网络化。

四、伺服系统设计

1、一般理解

⏹位置；甲地乙地

速度

⏹速度；

电流动

⏹力—电流；力

位置的变化是速度

速度的变化是加速度（力）

2、位置伺服控制系统

位置伺服控制系统

3、系统使用模式A

co s(

A t

ωθ

-

⏹电流模式

⏹电流放大器，无须换相

()

⏹力矩模式B C

⏹电流模式+换相

⏹速度模式

⏹调速系统

Id

Iq

根据转子位置，产生与转

⏹位置模式子磁场方向正交的合成磁

场的过程称为换相

5、系统性能

⏹外在表现（市场营销人员）

⏹精度、分辨率、控制带宽

⏹容量（出力）、动态范围

⏹辅助功能（易用性）

⏹可靠性、安全性

⏹内在性能（研发人员）

⏹采样率、ADC位数、处理器位数

⏹调节方式以及智能化程度

五、相关概念

1、系统的稳定性

系定

简言之受到扰动后不论扰动引起的偏差

⏹简言之，受到扰动后，不论扰动引起的偏差

有多大，当扰动消失后，系统都能以足够的准确度恢复到初始平衡状态；

⏹开环系统必然是稳定系统；

稳定的闭环系统必然是一个负反馈系统

⏹稳定的闭环系统必然是一个负反馈系统；