伺服系统的特点、分类及发展方向
现代交流伺服系统技术和市场发展综述
１ ．交流伺服系统基本性能和控制
方法
在交流伺服系统 中，电动机的类型 有永磁同步交流伺服电机 （ ＭＳ 和感 Ｐ Ｍ） 应异步交流伺服 电机（ 。前者具备十 Ｉ Ｍ）
（ 和利时电机）华中数控、 、 广数、 南京埃斯
顿、 Ｊ 电机厂等。其中华中数控、 兰＇ ｔ １ 广数 等主要关注在数控机特性， 目前普遍应用的是基于永磁 电机动态解 耦数学模型的矢量控制方法， 这是现代伺
二 技术发展方 向
现代交流伺服系统，经历了从模拟 到数字化的转变，数字控制环已无处不 在， 比如换相、 电流、 速度和位置控制； 采 用新型功率半导体器件、高性能Ｄ Ｐ Ｓ 加 Ｆ ＧＡ Ｐ 、以及伺服专用模块（ 比如 Ｉ 推出 Ｒ
节， 发展了无位置传感器技术（ｅ ｓ ｒ ｓ Ｓ ｎ ｏｌ ｓ ｅ
者虽然结构坚固、制造简单、价格低廉，
但是在特性上和效率上存在差距， 只在大 功率场合得到重视 本文将重点讨论永 磁同步交流伺服系统。
交流伺服系统的性能指标可 以从调
Ｃ ｎｒ１ ｏｔ ） 。至今， ｏ 在商品化的产品中， 采
维普资讯
—
誊劲控制及饲照 步进电动规
ｆＥ ＾ＴＵ ＲＥ
现代交流伺服系统技术 和市场发展综述
王健
一
关键词 ：伺服 系统 技术发展 市场状况
王健先生， 北京和利 时电机技术有限公司。
概述
方面国产产品、 包括部分台湾产品和世界 先进水平相比差距较大。
到 士Ｏ０ ｍｊ以内：动态响应方面， ．１／ ｎ ｒ 通 常衡量的指标是系统最高响应频率， 即给
尽管这方面的工作早就在进行，但
伺服原理及运动控制介绍2017
伺服系统的实例
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为什么用伺服
总体是说就是对运动控制特性的更高追求，促 使用户选用伺服系统
高精度的要求 响应速度的要求 平稳性的要求 …
48
伺服电机的主要技术参数（一）
功率：（单位：W，KW）100、200、 400、600、1KW…
持续电流Ic：（单位：A） 峰值电流Ip：（单位：A） 反电动势：（单位:V/千转/分钟） 相间电阻：（单位：Ω）
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；
狭义地讲，就是伺服控制系统；
3
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、 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；
W ( s ) K e j
• 当相位延迟180度时，系统变成正反馈； • 对于正反馈系统，当K小于1时系统依然稳定； • 可见，K与1的关系对于系统的稳定性具有决定
性的作用； • 由此，引出了增益裕度和相位裕度的概念。
增益（dB）
20
10
0
-10
-21001
102
103
104
100
相位（度）
2、基本功能组成
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：从直流电机到交流电机
机床数控技术：第6章 数控伺服系统
6.2 伺服电动机
伺服电动机是数控伺服系统的重要组成部分， 是速度和轨迹控制的执行元件。
数控机床中常用的伺服电机： ● 直流伺服电机（调速性能良好） ● 交流伺服电机（主要使用的电机） ● 步进电机（适于轻载、负荷变动不大） ● 直线电机（高速、高精度）
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6.2.1 直流伺服电机及工作特性
6.1 概述
伺服系统的性能直接关系到数控机床执行件的 静态和动态特性、工作精度、负载能力、响应快慢 和稳定程度等。所以，至今伺服系统还被看做是一 个独立部分，与数控装置和机床本体并列为数控机 床的三大组成部分。
按ISO标准，伺服系统是一种自动控制系统，其 中包含功率放大和反馈，从而使得输出变量的值紧 密地响应输入量的值。
数控机床常用的直流电动机有： ●直流进给伺服系统：永磁式直流电机； ●直流主轴伺服系统：励磁式直流电机；
图6.5 直流伺服驱动系统的一般结构
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6.2.1 直流伺服电机及工作特性
直流电动机原理
根据法拉第电磁感应定理 当载流导体位于磁场中，导
体上受到的电磁力F:
F = B ×L× i
B：磁场的磁通密度； L： 导体长度； i：导体中的电流。 F、B、i之间的方向关 系可用左手定则确定。
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6.1 概述
6.1.4 伺服系统的发展 由于直流电动机存在换向火花和电刷磨损等问题
，美国通用电气(GE)公司于1983年研制成功采用 笼型异步交流伺服电动机的交流伺服系统。采用 矢量变换控制变频调速，使交流电动机具有和直 流电动机—样的控制性能，又具有机构简单、可 靠性高、成本低，以及电动机容量不受限制和机 械惯性小等优点。 日本于1986年又推出了全数字交流伺服系统。
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什么是伺服系统
什么是伺服系统伺服系统用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。
又称随动系统。
在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。
伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
伺服系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中，后来逐渐推广到很多领域，特别是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。
采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的：①以小功率指令信号去控制大功率负载。
火炮控制和船舵控制就是典型的例子。
②在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动。
③使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。
衡量伺服系统性能的主要指标有频带宽度和精度。
频带宽度简称带宽，由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统的跟踪的快速性。
带宽越大，快速性越好。
伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。
惯性越大，带宽越窄。
一般伺服系统的带宽小于15赫，大型设备伺服系统的带宽则在1～2赫以下。
自20世纪70年代以来，由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，使带宽达到50赫，并成功应用在远程导弹、人造卫星、精密指挥仪等场所。
伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。
因此，在伺服系统中必须采用高精度的测量元件，如精密电位器、自整角机、旋转变压器、光电编码器、光栅、磁栅和球栅等。
此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，例如将测量元件（如自整角机）的测量轴通过减速器与转轴相连，使转轴的转角得到放大，来提高相对测量精度。
采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。
通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。
伺服系统按所用驱动元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统和气动伺服系统。
伺服技术在数控加工中的应用
伺服技术在数控加工中的应用随着数控机床的发展，越来越多的加工过程正在向高速化、智能化方向发展。
而伺服系统作为数控机床的核心控制系统，其发展对数控机床的精度、速度和可靠性等方面起着至关重要的作用。
本文将介绍伺服技术在数控加工中的应用，探讨其优势和未来发展方向。
一、伺服技术的概述伺服技术是指利用电机系统的反馈控制技术，通过对电机系统位置、速度和加速度等参数进行反馈控制，实现对机器运动精度、稳定性和速度的控制技术。
伺服技术在工业生产中广泛应用于机床、自动化生产线、机器人等领域，使机器运动更加稳定、精确，提高了工作效率和生产质量。
二、伺服技术作为数控机床的核心控制系统，在数控机床加工过程中，主要应用于以下方面：1、控制轴运动数控机床的加工过程中，需要实时控制工件在X、Y、Z三个方向上的运动，这就需要利用伺服系统进行轴控制，确保机床工作精度和加工质量。
2、控制进给系统伺服系统还可实现对加工进给速度的精确控制，确保加工过程中的进给速度达到要求，同时避免出现过大或过小的进给量，保障工件加工质量。
3、控制加工精度伺服系统具有极高的控制精度和定位精度，可以通过对反馈信号的实时控制，对加工精度实现高精度控制，提高了数控机床加工精度和质量。
4、提高加工效率伺服系统对加工速度和进给速度的实时控制，可以根据不同的加工需要，实现大幅度的加工效率提升。
同时，由于控制精度高，反应迅速，不仅保证了加工效率，而且大大减少了加工过程中的废品率。
三、未来发展方向随着工业技术不断发展和更新，伺服技术也不断更新和完善。
在未来的发展过程中，伺服技术将继续发挥重要的作用，同时也将出现以下发展趋势：1、更加高效随着数控机床的普及和发展，越来越多的制造企业开始注重加工效率和生产效率的提升。
伺服技术的发展趋势将会更加高效，有望实现更高的加工效率和生产效率。
2、更加智能随着人工智能技术的普及和应用，伺服系统有望实现更加智能化的控制，可以自动根据不同的加工需求，自适应调整运动速度和加工精度，提升生产效率和加工质量。
机器人视觉伺服技术发展概况综述
机器人视觉伺服技术发展概况综述目前，在全世界的制造业中，工业机器人已经在生产中起到了越来越重要的作用。
为了使机器人能够胜任更复杂的工作，机器人不但要有更好的控制系统，还需要更多地感知环境的变化。
其中机器人视觉以其信息量大、信息完整成为最重要的机器人感知功能。
机器人视觉伺服系统是机器视觉和机器人控制的有机结合，是一个非线性、强耦合的复杂系统，其内容涉及图象处理、机器人运动学和动力学、控制理论等研究领域。
随着摄像设备性能价格比和计算机信息处理速度的提高，以及有关理论的日益完善，视觉伺服已具备实际应用的技术条件，相关的技术问题也成为当前研究的热点。
本文对机器人视觉伺服技术进行了综述，介绍了机器人视觉伺服系统的概念及发展历程和分类，重点介绍了基于位置的视觉伺服系统和基于图像的视觉伺服系统。
对机器人视觉所涉及的前沿问题做了概括，并指出了目前研究中所存在的问题及今后发展方向。
机器人视觉伺服系统视觉伺服的定义：人类对于外部的信息获取大部分是通过眼睛获得的，千百年来人类一直梦想着能够制造出智能机器，这种智能机器首先具有人眼的功能，可以对外部世界进行认识和理解。
人脑中有很多组织参与了视觉信息的处理，因而能够轻易的处理许多视觉问题，可是视觉认知作为一个过程，人类却知道的很少，从而造成了对智能机器的梦想一直难以实现。
随着照相机技术的发展和计算机技术的出现，具有视觉功能的智能机器开始被人类制造出来，逐步形成了机器视觉学科和产业。
所谓机器视觉，美国制造工程师协会(sme society of manufacturing engineers)机器视觉分会和美国机器人工业协会(ria robotic industries association) 的自动化视觉分会给出的定义是：“机器视觉是通过光学的装置和非接触的传感器自动地接收和处理一个真实物体的图像，以获得所需信息或用于控制机器人运动的装置。
”机器视觉作为与人眼类似的机器仿生系统，从广义角度凡是通过光学装置获取真实物体的信息以及对相关信息的处理与执行都是机器视觉，这就包括了可见视觉以及非可见视觉，甚至包括人类视觉不能直接观察到的、物体内部信息的获取与处理等。
AC伺服电机完全取代DC伺服电机？伺服系统七大技术发展方向辨析
AC伺服电机完全取代DC伺服电机？伺服系统七大技术发展方向辨析伺服系统的特性一直是影响系统加工性能的重要指标，围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高，近年来发展了多种伺服驱动技术。
可以预见，随着超高速切削、超精密加工、网络制造等先进制造技术的发展，具有网络接口的全数字伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业关注的热点，并成为伺服系统的发展方向。
1.交流化伺服技术将继续迅速地由DC伺服系统转向AC伺服系统。
从目前国际市场的情况看，几乎所有的新产品都是AC伺服系统。
在工业发达国家，AC伺服电机的市场占有率已超过80％。
国内生产AC伺服电机的厂家也越来越多，正逐步超过生产DC伺服电机的厂家。
可以预见，在不远的将来，除了在某些微型电机领域之外，AC伺服电机将完全取代DC伺服电机。
2.全数字化采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机（DSP）的伺服控制单元将全面代替以模拟电子器件为主的伺服控制单元，从而实现完全数字化的伺服系统。
全数字化的实现，将原有的硬件伺服控制变成了软件伺服控制，从而使在伺服系统中应用现代控制理论的先进算法（如：最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等）成为可能。
3.采用新型电力电子半导体器件目前，伺服控制系统的输出器件多采用开关频率很高的新型功率半导体器件，主要有大功率晶体管（GTR）、功率场效应管（MOSFET）和绝缘门极晶体管（IGBT）等。
这些先进器件的应用显著降低了伺服单元输出回路的功耗，提高了系统的响应速度，降低了运行噪声。
尤其是，最新型的伺服控制系统已开始使用一种把控制电路功能和大功率电子开关器件集成在一起的新型模块，称为智能控制功率模块（IntelligentPowerModule，简称IPM）。
这种器件将输人隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块中。
其输入逻辑电平与TTL信号完全兼容，与微处理器的输出可直接接口。
它的应用显著地简化了伺服单元的设计，并实现了伺服系统的小型化和微型化。
《进给伺服系统》课件
进给伺服系统的分类
总结词
进给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、电机类型、反馈方式等。
详细描述
根据不同的分类标准，进给伺服系统可以分为多种类 型。按照控制方式，可以分为开环控制和闭环控制； 按照电机类型，可以分为直流电机伺服系统和交流电 机伺服系统；按照反馈方式，可以分为模拟反馈和数 字反馈。此外，还可以根据应用领域、功率大小等进 行分类。不同类型的进给伺服系统具有不同的特点和 应用范围，选择合适的类型对于实现高精度制造和加 工至关重要。
位置检测器通常由传感器和信号处理电路组成。
传感器将物体的位置转换为电信号，信号处理电路将电信号转换为可处理的数字或模拟信号，以便控制 器进行处理。
控制器的工作原理
控制器是一种用于控制系统的装置， 它根据输入的信号和设定的参数来控 制系统的输出。
在进给伺服系统中，控制器根据输入 的指令和位置检测器的反馈信号来控 制伺服电机的输出，以实现精确的位 置控制。
VS
详细描述
智能伺服系统集成了传感器、控制器、执 行器等多种技术，能够实现自适应控制、 自主学习和自主决策等功能。未来，智能 伺服系统将进一步拓展应用领域，提高系 统的智能化水平和自适应性，满足不断变 化的市场需求。
网络化伺服系统的发展趋势
总结词
网络化伺服系统是实现设备间高效通信和协 同工作的关键技术。
机器人
机器人是进给伺服系统的另一个重要应用领域。
机器人的运动轨迹需要精确控制，进给伺服系统能够实 现高精度的轨迹跟踪和定位。
在机器人中，进给伺服系统主要用于控制机器人的关节 运动和末端执行器的位置。
此外，进给伺服系统还可以提高机器人的稳定性和动态 性能，使其能够更好地适应复杂的工作环境。
伺服电机在医疗设备中的应用研究
伺服电机在医疗设备中的应用研究引言：随着科技的不断发展，医疗设备在诊断和治疗中扮演着越来越重要的角色。
而伺服电机作为现代控制技术中一种重要的执行器，也逐渐在医疗设备中得到广泛应用。
本文将围绕伺服电机在医疗设备中的应用进行研究，探讨其优势、挑战以及未来发展方向。
一、伺服电机在医疗设备中的优势伺服电机作为一种精准控制的执行器，在医疗设备中具有许多优势。
1.1 高精度控制伺服电机采用反馈控制系统，能够实现高精度的位置、速度和力控制。
在医疗设备中，比如手术机器人、医用导航系统等，高精度控制对于准确的定位和操作至关重要。
1.2 高可靠性伺服电机具有高可靠性的特点，能够稳定运行并保持准确的控制。
在医疗设备中，尤其是对于一些需要长时间运行的设备，如心脏起搏器、呼吸机等，高可靠性是确保设备正常工作的关键。
1.3 较低的噪音和振动伺服电机的设计和控制使其具有较低的噪音和振动水平。
在医疗设备中，这对于减少对患者的不适感和提高患者舒适度非常重要。
1.4 较小的体积和重量伺服电机相比传统的机械结构更小巧轻便，占据空间更小。
这使得在医疗设备中集成更多的功能成为可能，同时也方便设备的携带和移动。
二、伺服电机在医疗设备中的应用伺服电机在不同类型的医疗设备中都发挥着重要的作用。
以下是几个常见的应用领域。
2.1 医用机器人医用机器人是医疗领域中的一个重要发展方向，伺服电机在医用机器人中扮演着关键的角色。
医用机器人需要精确的位置控制和力控制，以实现精密手术、康复训练、远程手术等多种功能。
伺服电机通过其高精度和高可靠性，为医用机器人提供稳定精准的动力支持。
2.2 医用导航系统医用导航系统是一种通过实时图像和定位技术来辅助医生进行手术操作的设备。
伺服电机可以用于驱动导航系统中的机械臂或传感器的移动，从而实现准确的导航和定位。
它能够提供精确的位置信息，帮助医生在手术操作中更好地定位和判断。
2.3 医用影像设备医用影像设备如CT、MRI等需要精确的运动控制来保证成像的准确性。
数控进给伺服系统与驱动电机的发展及趋势
盛发展 的时代 ，由于直流电动机具有优 良的调速性 能， 很多高性能驱动装置采用了直流 电动机 ， 伺服 系 统 的位置 控制 ， 由开环 系统 发 展为 闭环 系统 。 也 直 流伺 服 的工作 原 理 ，是 建立 在 电磁力 定 律 基 础 上 。与 电磁 转矩 相 关 的 ， 互 相独 立 的两个 变 量 主 是 磁通与 电枢电流 ，它们 分别控制励磁 电流与电枢 电 流， 可方便地进行转矩与转速控制。另一方面从控制 角度看 ， 直流伺服的控制 ， 是一个单输入单输出的单 变量控制系统 ， 经典控制理论完全适用于这种系统。 因此 ， 直流伺服 系统控制简单 ， 调速性能优异 ， 在数 控机床的进给驱动中， 曾占据着主导地位 。 然而 ， 从实际运行考虑 ， 直流伺 服电动机引入了 机械换向装置。 其成本高 ， 障多 ， 故 维护 困难 ， 经常因 碳刷产生的火花而影响生产 ，并对其他设备产 生电 磁 干 扰 。同时机 械换 向器 的换 向能 力 ， 限制 了 电动机 的容量和速度。电动机的电枢在转子上 ， 使得电动机 效 率 低 ， 热 差 。为 了改 善 换 向能力 ， 小 电枢 的漏 散 减 感 ， 子 变得 短 粗 ， 响 了系统 的动 态性 能 。 转 影 ２３ 第 三 个发 展 阶段 ． ２ 世纪 ８ 年代至今 ， ０ ０ 属第三发展阶段 。 这一阶段是 以机电一体化时代为背景的 ，由于 伺服 电动机结构及其永磁材料和控制技术 的突破性 进展 ， 出现 了无刷直流伺服 电动机 （ 方波驱动 ）交流 ， 伺 服 电动机 （ 弦波 驱 动 ） 正 等种 种新 型 的 电动机 。 针对直流 电动机 的缺陷 ， 如果将其做 “ 翻外 ” 里 的处理 ， 即把 电 驱 绕组 装 在 定 子 、 子 为永 磁 部 分 ， 转 由转子轴上的编码器测 出磁极位置 ，就构成了永磁 无刷 电动机 ， 同时随着矢量控制方法 的实用化 ， 使交 流伺服系统具有 良好的伺服特性。其宽调速范围、 高 稳速精度 、快速动态响应及四象限运行等 良好的技
伺服系统简介介绍
受控对象
被控制的设备或系统， 可以是机械系统、电气 系统或其他系统。
伺服系统的分类
按受控对象
可分为位置伺服系统、速度伺服系统和力伺 服系统等。
按控制方式
可分为开环伺服系统和闭环伺服系统。
按执行器类型
可分为电动伺服系统、气动伺服系统和液压 伺服系统等。
02
01
按应用领域
可分为数控机床、机器人、航空航天、自动 化生产线等领域的伺服系统。
04
03
02 伺服系统的工作原理
伺服系统的工作原理
• 伺服系统是一种能够精确控制运动和速度的控制系 统。它广泛应用于各种工业自动化设备中，如数控 机床、机器人、印刷机等。
伺服系统的应用场景
03
工业自动化
01
数控机床
伺服系统用于数控机床的精密加工，提高加工精度和效 率。
02
生产线自动化
伺服系统用于生产线自动化，实现生产过程的精确控制 和优化。
能。
自动驾驶
伺服系统用于自动驾驶汽车的导航 和控制，实现精确的路径规划和避 障。
悬挂系统控制
伺服系统用于悬挂系统的控制，提 高车辆的行驶平顺性和稳定性。
04 伺服系统的优势与挑战
伺服系统的优势与挑战
• 伺服系统是一种被广泛应用于各种工业和商业领域的控制系 统。它通过接收输入信号，并利用内部的电子和机械部件来 控制输出运动，以满足特定的应用需求。伺服系统具有高精 度、高速度、高可靠性等优点，但也面临着一些挑战。
升级的工业应用需求。
03
5G技术的应用
5G技术为工业互联网的发展带来了新的机遇。未来的伺服系统将更加
注重与5G技术的融合，以实现更高效、更稳定的生产和制造。
伺服电机在自动化生产中的应用
伺服电机在自动化生产中的应用在现代工业生产中，自动化技术的应用已经变得越来越普遍和重要。
作为自动化系统的核心部件之一，伺服电机在自动化生产中发挥着非常关键的作用。
本文将探讨伺服电机在自动化生产中的应用，并探讨其优势和未来发展方向。
一、伺服电机的工作原理伺服电机是一种能够控制输出轴角度、角速度和位置的精密电机。
其工作原理是通过接收控制系统发送的电流信号，控制电机的旋转角度和速度，以达到精确控制的目的。
伺服电机通常使用编码器等反馈装置来实时监测电机的转动情况，从而实现高精度的运动控制。
二、1. 机床加工领域：伺服电机广泛应用于数控机床、车床、铣床等设备中，可以实现高速、高精度的运动控制，提高加工效率和产品质量。
2. 机器人领域：伺服电机是工业机器人的重要驱动部件，可以实现机械臂的精确定位和灵活运动，应用于装配线、焊接线等自动化生产系统中。
3. 医药、食品等清洁环境领域：伺服电机无刷结构、低噪音、高效率的特点，被广泛应用于对环境要求严格的医药、食品等行业，保证产品的卫生和质量。
4. 纺织、印刷、包装等行业：伺服电机可以实现精确的张力控制、卷取控制等功能，适用于纺织、印刷、包装等行业的生产设备中，提高生产效率和产品质量。
5. 汽车、航空航天领域：伺服电机在汽车、航空航天等领域应用广泛，用于控制发动机、导航系统、飞行控制系统等，实现高速、高精度的动力输出。
三、伺服电机的优势1. 高精度：伺服电机可以实现微小位移和高速响应，控制精度高，适用于对运动控制要求严格的场合。
2. 高效率：伺服电机采用无刷结构和闭环控制技术，具有高效、节能的特点，可以减少能源消耗，提高设备的生产效率。
3. 灵活性：伺服电机可以通过调整控制系统的参数，实现不同速度、不同位置的运动控制，适用范围广泛。
四、伺服电机的未来发展方向随着自动化技术的不断发展和工业生产需求的不断提高，伺服电机将继续向着高性能、高精度、高可靠性、低噪音、低能耗等方向发展。
液压伺服系统概述
第11章液压伺服系统概述液压伺服控制技术是液压技术中的一个分支，又是控制领域中的一个重要组成部分。
一、液压伺服系统的发展历史在第一次世界大战前，液压伺服系统作为海军舰船的操舵装置已开始应用。
在第二次世界大战期间及以后，由于军事需要，特别是武器和飞行器控制系统的需要，以及液压伺服系统本身具有响应快、精度高、功率一重量比大等优点，液压伺服系统的理论研究和实际应用取得了很大的进展，40年代开始了滑阀特性和液压伺服理论的研究，1940年底，首先在飞机上出现了电液伺服系统。
但该系统中的滑阀由伺服电机驱动，只作为电液转换器。
由于伺服电机惯量大,使电液转换器成为系统中耗时最大的环节，限制了电液伺服系统的响应速度。
到50年代初，出现了快速响应的永磁力矩马达，形成了电液伺服阀的雏形。
到50年代末，又出现了以喷嘴挡板阀作为第一级的电液伺服阀，进一步提高了伺服阀的快速性。
60年代，各种结构的电液伺服阀相继出现，特别是干式力矩马达的出现，使得电液伺服阀的性能日趋完善。
由于电液伺服阀和电子技术的发展，使电液伺服系统得到了迅速的发展。
随着加工能力的提高和液压伺服阀工艺性的改善，使液压伺服阀性能提高、价格降低。
使液压伺服系统由军事向一般工业领域推广。
目前，液压伺服控制系统，特别是电液伺服系统已成了武器自动化和工业自动化的一个重要方面。
二、液压伺服系统的工作原理液压伺服控制系统是以液压伺服阀和液压执行元件为主要元件组成的控制系统，是一种高精度的自动控制系统。
如图所示，系统由滑阀1和液压缸2组成，阀体与缸体固定，液压泵以恒定的压力P向系统供油。
当阀心处于中间时，阀口关闭，缸不动，系统静止。
当阀心右移x，则a、b处有开口x v=x,压力油进入缸右腔，左腔回油，缸体右移。
由于缸体与阀体刚性固连，阀体也随缸体一起右移，结果使阀的开口x v减小。
当缸体位移y等于阀心位移x时，缸不动。
如果阀心不断右移，缸拖动负载不停右移。
如果阀心反向运动，液压缸也反向运动。
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。
数控机床的伺服驱动系统
数控机床的伺服驱动系统
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，而在数控机床中，伺服系
2
统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统，它由执行组件（如步进电机、交直流电动机
等）和相应的控制电路组成，包括主驱动和进给驱动。伺服系统接收来自CNC装置的进给
脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。这些轴有的带动工作台，有
（4）步进电动机的主要特点
步进电动机受脉冲信号的 控制，每输入一个脉冲， 就变换一次绕组的通电状 态，电动机就相应转动一 步。因此角位移与输入脉 冲个数成严格的比例关系。
一旦停止送入控制脉冲， 只要维持控制绕组电流不 变，电动机可以保持在其 固定的位置上，不需要机 械制动装置。
输出转角精度高，虽有相 邻齿距误差；但无积累误 差。
4.3.2.2 直流伺服电动机
直流伺服电动机是数控机床伺服系统中应用最早的，也是使用最广泛的 执行组件。直流伺服电动机有永磁式和电磁式两种结构类型。随着磁性 材料的发展，用稀土材料制作的永磁式直流伺服电动机的性能超过了电 磁式直流伺服电动机，目前广泛应用于机床进给驱动。直流伺服电动机 的工作原理与普通直流电动机完全相同，但工作状态和性能差别很大。 机床进给伺服系统中使用的多为大功率直流伺服电动机，如低惯量电动 机和宽调速电动机等。
θb =
从上面的分析可以看 出，步进电动机转动 的角度取决于定子绕 组的相数、转子齿数 及供电的逻辑状态。 若以θb表示步距角， 则有
（4-12）
360
mzK 式中 m—步进电动机相数；z—转子齿数；K—由 步进电动机控制方式确定的拍数和相数的比例系 数，如三相三拍时，K＝１；而三相六拍制时，K ＝２。 为了提高加工精度，一般要求步距角很小，数控 机床中常用的步进电动机步距角为0.36ｏ～3ｏ
伺服电机分类与工作原理及优缺点
伺服电机分类与工作原理及优缺点“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思。
“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子静止不动;当控制信号发出时，转子立即转动;当控制信号消失时，转子能即时停转。
伺服电机是自动控制装置中被用作执行元件的微特电机，其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。
伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
伺服电机的分类伺服电机分为交流伺服和直流伺服两大类。
交流伺服电机的基本构造与交流感应电动机(异步电机)相似。
在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf，接恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电机运行的目的。
交流伺服电机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格(要求分别小于10%～15%和小于15%～25%)等特点。
直流伺服电机的优缺点优点：速度控制精确，转矩速度特性很硬，控制原理简单，使用方便，价格便宜。
缺点：电刷换向，速度限制，附加阻力，产生磨损微粒(无尘易爆环境不宜)。
直流伺服电机基本构造与一般直流电动机相似。
电机转速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，式中E为电枢反电动势，K为常数，j为每极磁通，Ua、Ia为电枢电压和电枢电流，Ra为电枢电阻，改变Ua或改变φ，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法，在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通φ恒定。
直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。
交流伺服电机的优缺点优点：速度控制特性良好，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡，90%以上的高效率，发热少，高速控制，高精确度位置控制(取决于编码器精度)，额定运行区域内，可实现恒力矩，惯量低，低噪音，无电刷磨损，免维护(适用于无尘、易爆环境)。
伺服系统的分类和特点
伺服系统的分类和特点一、引言伺服系统，作为现代工业自动化的重要组成部分，其性能和特点在很大程度上决定了整个系统的性能和稳定性。
伺服系统能够根据输入的指令信号，自动、快速、准确地控制执行机构的位移、速度和加速度，实现对目标值的精确跟踪。
本文将对伺服系统的分类和特点进行详细的阐述，以便更好地理解和应用伺服系统。
二、伺服系统的分类伺服系统可以根据工作原理和应用领域进行分类。
1.根据工作原理分类根据工作原理，伺服系统可以分为电气伺服系统和液压伺服系统两大类。
其中，电气伺服系统又可以分为直流伺服系统和交流伺服系统。
（1）直流伺服系统：直流伺服电机由定子、转子、电刷和换向器等部分组成。
其工作原理是当电流通过励磁绕组和电枢绕组时，产生磁场，驱动转子旋转。
直流伺服电机具有调速范围广、低速性能好、响应速度快等优点，但同时也存在维护成本高、易磨损等缺点。
（2）交流伺服系统：交流伺服电机由定子、转子和编码器等部分组成。
其工作原理是通过控制电机的输入电压或电流，改变电机的旋转速度和方向。
交流伺服电机具有效率高、可靠性高、维护成本低等优点，但同时也存在调速范围较窄、低速性能较差等缺点。
2.根据应用领域分类根据应用领域，伺服系统可以分为工业伺服系统和航空伺服系统两大类。
（1）工业伺服系统：工业伺服系统主要用于工业自动化生产线、数控机床、包装机械等领域。
其特点是要求精度高、稳定性好、可靠性高、响应速度快等。
常见的工业伺服系统有电机驱动控制系统、气压传动控制系统和液压传动控制系统等。
（2）航空伺服系统：航空伺服系统主要用于航空器自动驾驶系统、雷达天线控制系统等领域。
其特点是要求精度高、可靠性极高、响应速度快、抗干扰能力强等。
常见的航空伺服系统有舵机控制系统、燃油控制系统等。
三、伺服系统的特点1.精度高：伺服系统的输出量能够精确地跟踪输入指令信号，从而实现高精度的位置控制和速度控制。
2.快速响应：伺服系统具有快速的动态响应特性，能够迅速跟踪输入信号的变化，保证系统的稳定性和动态性能。
伺服系统论文
伺服系统论文引言伺服系统作为工业自动化的重要组成部分，在现代生产中扮演着至关重要的角色。
伺服系统通过控制电机的运动来实现对机械装置的精确驱动和定位。
本文将从伺服系统的基本原理、应用领域以及未来发展方向等方面进行阐述。
一、伺服系统基本原理伺服系统由电机、编码器、控制器等组成。
电机作为动力源，通过控制器接收信号并通过编码器反馈实时位置信息，以实现对电机的精确控制和位置反馈。
伺服系统的基本原理是通过反馈控制的闭环系统，将设定值和反馈值进行比较，利用控制算法计算出控制信号，调节电机的运动，使得实际位置尽量接近设定位置。
控制信号通过控制器输出到驱动电路，控制电机的转速和位置，实现精确驱动和定位。
二、伺服系统的应用领域伺服系统广泛应用于工业自动化领域，以下是几个典型的应用领域：1. 机床伺服系统在机床上的应用非常广泛。
通过控制电机的转速和位置，伺服系统可以实现高精度的切削和加工，提高机床的加工质量和效率。
2. 机器人机器人是伺服系统的重要应用之一。
通过控制机器人的关节和末端执行器，伺服系统能够实现精确的运动和灵活的操作，广泛应用于工业自动化、医疗、服务机器人等领域。
3. 飞行器在无人飞行器和航空航天领域，伺服系统也扮演着重要角色。
通过控制电机的转速和位置，伺服系统能够实现飞行器的精确姿态控制和飞行轨迹规划，提高飞行器的稳定性和安全性。
三、伺服系统的未来发展方向随着科技的不断进步和行业的发展，伺服系统也面临着新的挑战和发展方向。
1. 高性能控制算法伺服系统的性能主要依赖于控制算法的优化。
未来的发展方向是研究和设计更加高效、高精度的控制算法，提高伺服系统的响应速度和定位精度，以适应更加复杂和高要求的应用场景。
2. 多轴联动控制随着机械装置的复杂化和工艺的发展，多轴联动控制将成为伺服系统的趋势。
通过多轴联动控制，实现多个电机的协同工作，提高工作效率和生产能力。
3. 无线通信与网络化未来的伺服系统将更加注重无线通信和网络化的应用。
谈工业控制电气伺服驱动技术及其发展
的低速性 能 ， 并可实 现弱磁 高速控制 ， 了系统 的调 拓宽
速范 围 ， 应 了高性 能伺 服 驱动 的要 求 。随着 永磁 材 适 料 性能 的大 幅度提 高 和价 格 的 降低 ， 在 工业 生产 自 其 动化领域 中的应用 将 越来 越广 泛 ， 目前 已成为 交流 伺
服 系统 的主 流 。感应式 异步 电动机 交流伺服 系统 由于
二个 阶段 是 直 流伺 服 电动 机 的诞 生 和 全 盛 发 展 的时 代， 由于直 流 电动机 具有优 良的调速性 能 ， 多高性 能 很 驱 动装置采 用 了直流 电动机 ， 服 系统 的位 置 控制 也 伺 由开环 系统 发展成 为闭环 系统 。在数控 机床 的应用 领
伺服 系统 在技术 上 已趋 于完 全成 熟 ， 备 了十分优 良 具
动控制系统 。伺 服 的主要 任 务是 按 控制 命令 的要求 ， 对 功率进行放 大 、 变换 与调控等 处理 ， 驱动装 置输 出 使
的力距 、 速度 和位 置 控制 得 非 常灵 活方 便 。伺 服 系统 是 具有反 馈 的 闭环 自动 控 制 系 统 。它 由位 置 检 测部
设备 的性能 和工作可靠性 、 经济性 ， 与所用伺 服驱 动 均
高， 近年来 国 内外 发 展 了多 种伺 服驱 动 技术 。 电气伺
服技术应用广 泛 ， 主要原 因是控 制方便灵 活 ， 容易 获得 驱动能源 ， 没有 公害污 染 ， 维护也 比较容 易 。特别 是 随 着电子技术 和计 算 机 软件 技术 的发展 ， 为 电气 伺服 它 技术的发展 提供 了广 阔的前景 。
感 应式 异步 电动 机结 构坚 固， 造容 易 ， 制 价格低 廉 ， 因 而具有很好 的发展前 景 ， 表 了将 来伺服技 术 的方 向 。 代 但 由于该系统 采用 矢量 变换 控 制 ， 相对 永磁 同步 电动 机伺 服系统来说 控 制 比较 复杂 ， 而且 电机低 速运 行 时
《伺服机械传动系统》课件
控制装置是伺服机械传动系统的核心部分，它根据输入的 信号和系统的反馈信号，通过控制算法计算出电机的输入 电压或电流，从而实现对系统的精确控制。
分类与组成
分类
根据应用场合和传动方式的不同，伺 服机械传动系统可分为滚珠丝杠、齿 轮齿条、同步带等类型。
组成
伺服机械传动系统主要由伺服电机、 传动机构、执行机构、控制装置等部 分组成。
特点
高精度、高速度、高稳定性、高 可靠性、易于实现自动化控制。
工作原理
伺服电机
伺服电机是一种能够实现精确控制的电动机，通过改变输 入的电压或电流，可以精确地控制电机的转速和转矩。
传动机构
传动机构是将伺服电机的动力传递到执行机构的中间环节 ，其作用是将电机的旋转运动转化为执行机构的直线运动 或旋转运动。
航空航天
飞机控制
伺服机械传动系统用于控 制飞机的起落架、襟翼等 关键部位，确保飞行的安 全和稳定。
卫星姿态调整
伺服机械传动系统用于调 整卫星的姿态，确保卫星 的正常运行和数据的准确 传输。
火箭推进器
伺服机械传动系统用于控 制火箭推进器的方向和角 度，确保火箭的精确发射 。
军事装备
坦克炮塔
伺服机械传动系统用于控制坦克炮塔 的旋转和俯仰，提高坦克的射击精度 和速度。
导弹制导
潜艇导航
伺服机械传动系统用于潜艇的导航和 控制，实现潜艇在水下的隐蔽和精准 航行。
伺服机械传动系统用于导弹的制导和 控制，确保导弹能够准确命中目标。
交通运
地铁门控制
伺服机械传动系统用于控制地铁 车门的开闭，确保地铁运行的安
全和便捷。
高速列车制动
伺服机械传动系统用于高速列车的 制动系统，实现列车的高速稳定制 动。
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伺服系统的特点、分类及发展方向
伺服电机（servomotor）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。
伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。
伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
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。