伺服系统设计机电一体化系统设计冯浩
完整word版,(2010.12.30)机电一体化系统设计基础课程期末复习指导
（2010.12.30）机电一体化系统设计基础课程期末复习指导（文本）孙志娟：各位老师、同学，大家下午好，欢迎参加机电一体化系统设计基础课程实时文本答疑，接下来的90分钟内我将实时回答大家提出的各类问题，也欢迎各位将这个论坛作为交流教学经验的平台，踊跃提问和发言。
判断题举例1．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。
（ ×）说明：传统的机械产品主要是解决物质流和能量流的问题，而机电一体化产品除了解决物质流和能量流外，还要解决信息流的问题。
机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量与信息(即所谓工业三大要素按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息。
物质、能量与信息(即所谓工业三大要素。
2．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。
（ ×）说明：产品的组成零部件和装配精度高，是静态的，由于阻尼的影响、摩擦的影响、弹性变形的影响以及惯量的影响在动态响应上存在滞后或超前的影响，使得整个系统的动态精度不高。
3．迟滞是传感器的一种动态误差，是由于在传感器的正反行程中的输出输入特性曲线不重合引起的。
（ ×）说明：迟滞是传感器静态特性指标之一，反映传感器输入量在正反行程中，输出输入特性曲线的不重合度。
4．电液伺服系统的过载能力强，在强力驱动和高精度定位时性能好，适合于重载的高加减速驱动。
（√ ）5．数字化物理样机就是一种结构设计软件，强调结构上的设计。
（ ×）说明：数字化物理样机指的是在计算机中进行产品的模拟及体验，并进行相关的分析，不仅是结构上的设计，还需要进行性能分析。
单选题举例1．机械系统的刚度对系统的主要影响表现为（ B ）等方面。
A．固有频率、响应速度、惯量 B．固有频率、失动量、稳定性C．摩擦特性、响应速度、稳定性 D．摩擦特性、失动量、惯量2．光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，经四倍细分后，此光栅传感器测量分辨率是（ D ）mm。
基于机电一体化耦合动力学模型的伺服控制系统研究的开题报告
基于机电一体化耦合动力学模型的伺服控制系统研究的开题报告一、研究背景与意义机电一体化耦合动力学模型是描述机电系统动力学特性的基本理论模型，对于提高机电系统运动精度、控制效率和能耗效益有着重要作用。
伺服控制系统作为机电一体化系统的核心部分，在机器人、机床、风力发电等领域有广泛应用，其稳定性、响应速度和准确度直接影响机电系统的性能。
因此，研究机电一体化耦合动力学模型下的伺服控制系统，对于推动机电系统智能化和高效化发展具有重要意义。
二、研究内容与方法本研究将基于机电一体化耦合动力学模型，探究伺服控制系统的建模、控制算法及其优化方法。
具体研究内容如下：1. 机电一体化系统的耦合动力学建模方法，包括系统结构分析、动力学方程推导和状态空间描述。
2. 伺服控制系统的设计原则和控制算法，包括经典PID控制算法、先进控制算法和自适应控制算法等，以提高系统稳定性和响应速度。
3. 伺服控制系统的参数调节优化方法，包括参数调度、参数辨识、自适应控制以及优化算法等，以提高系统的控制性能。
为了完成以上研究内容，将采用理论分析和数值模拟相结合的方法，建立机电一体化耦合动力学模型并验证其准确性，针对不同控制算法进行仿真实验以验证控制策略的有效性，并研究控制参数对系统性能的影响。
三、研究预期成果与意义经过本研究的探索，预期取得以下成果：1. 基于机电一体化耦合动力学模型的伺服控制系统建模方法和控制算法。
2. 伺服控制系统参数调节优化的理论方法及仿真实验验证结果。
3. 在机电一体化耦合动力学模型下，探究伺服控制系统的相互作用影响，提高系统运动精度和响应速度。
本研究有助于推动机电一体化系统的应用和智能化发展，提高机电系统的运动精度和控制效率，为工业生产和社会经济发展做出贡献。
机电一体化第五章 伺服系统设计
脉冲分配控制程序： （1）按序号查表求控制数据，结果存放在55H单元 内存使用安排：02H中存正反转标志，0正转，1反转 52H中存节拍序号，01H~08H 55H中存控制数据（程序运行结果） MCFP：MOV R1，#52H ； 用R1间接寻址，52H中存节拍序号 MOV C，02H ； 正反转标志送C寄存器 JC PPD2 ；若C=1（反转)跳转到PPD2 ，否则往下执行正转程序 INC @R1 ; 节拍序号加1, 正转 CJNE @R1, #09H, PPD3 ; @R1与#09H比较不相等( 序号<9)转 PPD3(求控制数据) MOV @R1, #01H ; 若序号=9 则 序号单元置1, 即52H=1 AJMP PPD3 ; 无条件跳转到PPD3(求控制数据) PPD2: DEC @R1 ; 节拍序号减1,反转 CJNE @R1, #00H, PPD3 ; @R1与#00H比较不相等( 序号>0)转PPD3(求控制数据) MOV @R1, #08H 若序号=0 则 序号单元置8, 即52H=8 PPD3: MOV A, @R1 ; 序号送累加器A ADD A, #03H ; A的内容加查表偏移量(3字节), 结果在A中 MOVC A, @A+PC ; 根据序号查表得控制数据, 结果在A中 MOV 55H, A ; 控制数据送55H单元(2字节) RET ; 返回(1字节) DB: 0FEH, 0FCH, 0FDH, 0F9H, 0FBH, 0F3H, 0F7H, 0F6H
±2´~±5´。
机电一体化系统设计
第五章 伺服系统设计
3、步进电机矩角特性——静态时转矩与失调角的关系。 什么是失调角？ 保持一相（单拍）或两相（双拍）绕组通电 ，此时定子与转子的齿对齐， 当转子加一负载转矩时，转子将转θ角，θ角称为失调角。转矩与θ关系见下 图：
第4章-伺服系统设计(机电一体化系统设计-冯浩)培训讲学
这就引入了放大电路内阻，使电动机的机械特性
便软，在设计时应加以注意。
2）调节特性 指电磁转矩恒定时，电机的转速随控制电
压变化的关系 。
当电机转速n＝0时
Ua
Ra Kt
T
表示电动机在某一负载转矩下，电动机的始动电压。 当负载转矩一定时，电动机的电枢电压必须大于始 动电压，伺服电动机才能启动 。
统，介质是采用空气，其价格低廉等优点而被广 泛应用。 气动伺服系统主要有以下特点： ①成本低。不需要花费介质费用，同时传递压力 低，气压驱动装置和管路的成本比液压驱动装置 低。 ②输出功率和力较小，体积较大。 ③控制稳定性差。空气可压缩性大，阻尼效果差， 低速不宜控制，而且运动的稳定性不好，控制精 度不高。 ④清洁、安全，结构简单，维修方便。
①功率大。可传递高达25～30MPa的压力，因 而可输出很大的功率和力。
②控制性能好。高压油液可压缩性极小，与同体 积或功率的其他驱动系统相比，刚性好，时间常 数小，可实现无极调速和缓冲定位。
③维修方便。能进行自润滑，有利于延长使用寿 命，维修比电气伺服系统简便。
3）气动伺服系统 气动伺服系统是采用压缩空气作为动力的伺服系
3 直流电动机的动态特性
电枢控制时直流伺服电动机的动态特性， 是指电动机的电枢电压突变时，电动机转 速从一种稳态到另一种稳态的过渡过程， 即
n f (t)
机械时间常数的大小表示了电动机过渡过 程的长短，反映了电机转速随电压信号变 化的快慢程度，是伺服电动机的一项重要 指标。
第4章 伺服系统设计
4.1 概述 4.2 伺服系统的执行器及其控制 4.3 伺服系统中执行器的选择 4.4 闭环控制的伺服系统设计举例
4.1 概述
一、伺服系统概念 二、伺服系统的类型 三、伺服系统的基本要求
基于TMS320F28335的永磁同步电机伺服系统设计与实现的开题报告
基于TMS320F28335的永磁同步电机伺服系统设计与实现的开题报告一、选题的背景和意义永磁同步电机具有高效率、高功率密度、响应快等优点，被广泛应用于工业、家电、交通等领域。
而永磁同步电机的精准控制则需要使用高性能的数字信号处理器和专业的控制算法。
本课题选用TMS320F28335数字信号处理器为处理核心，设计并实现一个永磁同步电机伺服系统，通过PID控制算法对永磁同步电机进行转速、电流控制，并验证控制效果，为永磁同步电机的应用提供有效的控制手段。
二、研究内容和方法1.系统硬件设计：设计基于TMS320F28335的永磁同步电机伺服系统的硬件电路，包括主控板、驱动板、电源等模块设计。
2.系统软件设计：采用C语言编程，配置DSP芯片的引脚、计时器、ADC、PWM等外设，编写PID控制算法对永磁同步电机进行控制。
3.系统测试：通过测试，验证系统的控制效果和稳定性，调整控制参数，优化控制算法。
三、预期结果通过本课题的设计和实现，达到以下预期目标：1.设计出基于TMS320F28335的永磁同步电机伺服系统硬件电路图和PCB布图。
2.成功实现TMS320F28335控制永磁同步电机的控制程序，实现永磁同步电机转速、电流的稳定控制。
3.验证控制效果和稳定性，评估控制算法的优劣，并调整参数，优化算法。
四、研究难点和解决方案1.永磁同步电机的控制算法研究：针对永磁同步电机在转速控制、电流控制等方面的特点，学习和研究PID控制算法和其他控制算法，根据系统实际情况选择合适的控制算法。
2.硬件电路设计：参考TMS320F28335的数据手册和千印网提供的设计资料，结合永磁同步电机驱动板的设计，绘制符合系统需求的电路图和PCB布图。
3.软件编程：掌握TMS320F28335的编程方法和程序设计，编写符合控制算法的程序，配置芯片的计时器、ADC、PWM等外设，实现对永磁同步电机的控制。
五、可行性分析1.技术可行性：TMS320F28335作为一款高性能数字信号处理器，具有强大的计算和处理能力，可以满足永磁同步电机的高精度控制需求。
伺服系统设计步骤及方法
伺服系统设计步骤及方法伺服系统是机电一体化系统，应采用机电一体化方法进行设计。
伺服系统设计，没有一成不变的答案，也没有统一的方法来得到答案。
不同要求的伺服系统，可采用不同的方法来设计，因而得到结构不同的伺服系统。
即使同样要求的伺服系统，不同的设计者也可能采遣煌的设计方法，因而得到不同的设计方案。
伺服系统结构上的复杂性，决定了其设计过程的复杂性。
实际伺服系统的设计是很难一次成功的，往往都要经过多次反复修改和调试才能获得满意的结果。
下面仅对伺服系统设计的一般步骤和方法作一简单介绍。
伺服系统的结构组成机电一体化的伺服控制系统的结础⒗嘈头倍啵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号的环节，O常由专门的电路或计算机来实现。
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。
伺服系统设计要求1、稳定性伺服系统的稳定性指在系统。
上的扰动信号消失后，系统能够恢复p原来的稳定状态下运行，或者在输入的指令信号作用下，能够达到的新的稳定运行状态的能力。
稳定性要求是一项最基本的要求，是保证伺服系统能够正常运行的最基本条件。
伺服系统在其工作范围内应该是稳定的，其稳定性主要取决于系统的结构及组成元件p参数，可采用自动控制理论所提供的各种方法来加以控制。
2、精度伺服系统的精度是指其输出量复现输入指令信号的精确程度。
机电一体化系统设计伺服系统设计
机电一体化系统设计伺服系统设计机电一体化系统是机械、电子、控制、计算机等多学科的综合运用，将机械运动与电气部分深度融合。
其中，伺服系统是机电一体化系统的核心部分，起到了控制机械运动的重要作用。
本文将介绍伺服系统的设计过程和关键技术。
伺服系统设计的第一步是需求分析。
在开始设计之前，需要明确伺服系统的工作要求，包括速度、位置和力矩等方面的要求。
例如，对于一个工业机器人的伺服系统来说，需要考虑到其运动的速度、精度和动态响应等因素。
设计伺服系统的第二步是选择合适的伺服驱动器和伺服电机。
伺服驱动器是通过对电机的电流进行闭环控制来实现驱动。
根据伺服系统的需求，可以选择适当的伺服驱动器。
而伺服电机是伺服系统的执行器，设计中需要考虑到动态响应、力矩范围和稳定性等因素。
接下来，需要设计伺服控制器。
伺服控制器是用来对伺服驱动器进行控制的核心部分。
它负责接收传感器反馈的位置或速度信号，与设定值进行比较，并根据比较结果生成控制信号，驱动电机执行相应的动作。
伺服系统的控制律设计是伺服系统设计中的一个关键环节。
在设计控制律时，需要根据伺服系统的特性选择合适的控制策略。
常见的控制策略包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
根据伺服系统的要求和预期的性能，可以选择合适的控制策略，并根据实际情况进行参数调整。
此外，还需要考虑到伺服系统的稳定性和抗干扰性能。
稳定性是伺服系统的基本要求，需要保证系统的闭环控制能够稳定地控制电机的运动。
而抗干扰性能则是伺服系统的一个重要指标，能够评估系统对外界环境干扰的能力。
最后，还需要进行伺服系统的仿真和实验验证。
通过使用电路仿真软件、控制算法仿真软件等进行伺服系统的模拟仿真，可以评估控制算法的性能和系统的动态响应，并进行相应的调整。
在仿真验证的基础上，还需要进行实验验证，验证伺服系统的性能是否符合预期要求。
综上所述，伺服系统设计是机电一体化系统设计中的核心环节，需要从需求分析、选择驱动器和电机、设计控制器和控制律，以及进行稳定性和抗干扰性能的考虑，最终进行仿真和实验验证，确保伺服系统能够满足实际的工程需求。
第2章机电一体化系统设计和分析方法(机电一体化系统设计冯浩)PPT课件
形态学矩阵 模糊理论
方法维，是设计过程 的各种思维方法、工 作方法和涉及的相关 领域知识
分 综 评决 析 合 价策
逻辑维
逻辑维，是解决问题的逻 辑步骤，是在设计的工作 流程中的每一个阶段内所 要进行的工作内容和遵循 的思维程序；
设计工作流程
一个全新的机电一体化产品的正向设计和开发过程大 体可以分为产品规划、概念设计和详细设计三个阶段。
h(t )
tp
h() 0.9h()
0.5h() td
0 0
误差带
超调量
0 0
延迟时间 td 峰值时间 t p
上升时间 tr 调节时间 ts
0.1h()
tr ts
2.4.2 传递函数法
静差是反映系统静态特性的重要指标，是系 统过渡过程终了时，被调量偏离原值（或给 定值）的偏差。静差并不计元件死区、零点 漂移、老化等原因造成的永久性偏差，仅指 系统工作原理上由扰动或给定值变化所引起 的偏差。能把偏差消除为零的称为无差系统。 反之为有差系统。
寻常指标：作为常规要求的指标，一般不定 量描述且不出现在优化设计模型中，只需 用常规设计方法进行保证。
特征指标和优化指标的划分应视其在设计 中的限定强度来定。
3、性能指标分配
分配的目的是合理限定各子系统对总体性 能指标的影响程度，是系统整体优化的保 障。
由于机电系统方案的多样性，各子系统的 形式不同，因此必须逐一列出它们的作用 形式。这些内容包括：相关设计参数、设 计参数受到的特征指标约束、设计参数对 优化指标的影响等三个方面。
详细设计必须按照总体的要求进行，在设 计过程中还可能伴随着许多的实验研究和 零部件的试制，以确定相关参数。
用微机实现异步机直接转矩控制系统
用微机实现异步机直接转矩控制系统
南余荣;鲁聪达;冯浩
【期刊名称】《浙江工业大学学报》
【年(卷),期】1998(000)001
【摘要】介绍了用微机ＴＭＳ３２０Ｃ２５实现异步机直接转矩控制系统，并提出了一种实用的电压检测方案，实验结果证实了系统具有良好的性能。
【总页数】1页(P12)
【作者】南余荣;鲁聪达;冯浩
【作者单位】浙江工业大学信息工程学院;浙江工业大学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM343.012
【相关文献】
1.用DSP实现异步电动机直接转矩控制系统 [J], 崔江霞;蔡文皓
2.基于TMS320F2808异步电机直接转矩控制系统的硬件实现 [J], 高万兵;王忠庆;任一峰;赵敏
3.异步电动机的单片微机直接转矩控制系统 [J], 丁力;刘冠章
4.基于DSP的异步电动机直接转矩控制系统的实现 [J], 安红战;凌玉华
5.用于三相异步电机的新型直接转矩微机控制系统 [J], 傅捷
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基于OBE-CDIO的《机电系统设计》课程考核方式改革
166Internet Education互联网+教育引言：《机电系统设计》是我校机械电子工程专业的一门专业教育必修课程，课程主要内容包括机械单元基础、传动系统动力学基础、伺服与驱动单元、传感与检测单元、控制单元、接口技术这六大知识模块，这是一门综合性较强的课程[1]，需要利用机械设计基础、机电传动与控制、单片机与接口技术、传感与测试技术这些先修课程的知识内容来进行机电集成系统的设计，并为后续的专业及实训课程打下良好的硬件基础。
因此《机电系统设计》是一门承上启下的课程，具有非常重要的地位[2]。
由于《机电系统设计》课程是一门工程性很强的课程，因此在本门课的教学中，本人采用了OBE 和CDIO 的工程教育理念。
基于OBE，调研了社会及企业对人才的需求情况，制定了本门课的毕业要求，并指定了相应的课程目标及教学内容。
基于CDIO，设计了任务式教学和学习的实际工程项目，让学生边学习边做项目。
在OBE 和CDIO 的教学理念和教学模式下，本人发现传统的课程考核方式存在很大的问题。
传统的考核方式只是简单的将课程总成绩分为出勤、课堂表现、作业、期末考试试卷成绩这四个部分，其中期末考试试卷成绩占总成绩的60%，其余成绩共占40%。
这样的考核方式没有针对OBE 的课程目标，也没有考虑CDIO 的工程项目任务，因此传统的课程考核方式已不再适用于OBE 和CDIO 的教育理念，必须对该课程的考核方式进行改革，进一步提高课堂的教学效果和学生的学习效果。
一、OBE、CDIO 在课程中的应用OBE 教育理念强调以学生为中心，关注学生学到了什么，学到的知识及获得的能力是否符合社会需求[3]。
在OBE 理念下，课程的教学目标及内容要考虑社会对相应人才的需求，根据需求提出课程的毕业要求，根据毕业要求制定课程目标，根据课程目标选择合适的课程内容。
本人根据调研的社会及企业对本专业人才的需求，提出了表1所示的本门课的六个毕业要求，并制定了支撑这些毕业要求的六个课程目标（如表1所示），然后根据这些课程目标选择了合适的教学内容。
基于并行工程的机电伺服系统概念设计方法
基于并行工程的机电伺服系统概念设计方法
尹国强;王世杰
【期刊名称】《机械工程与自动化》
【年(卷),期】2011(000)003
【摘要】概念设计是产品设计过程中最关键、最具创造性的阶段,概念设计执行得好坏在很大程度上决定了产品的质量,甚至整个设计的成败.将并行工程思想引入伺服系统的概念设计中,指出机电伺服系统解耦的关键因素是选择确定系统驱动装置.以小型化SIM卡滑车式写入机构为例,给出了机电伺服系统的概念设计过程模型.【总页数】3页(P208-210)
【作者】尹国强;王世杰
【作者单位】沈阳工业大学,机械工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学,机械工程学院,辽宁沈阳110870
【正文语种】中文
【中图分类】TM921.54+1
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1.机电一体化产品控制系统概念设计方法研究 [J], 魏文超;檀润华;陈香香;赵海贤
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Clarke变换中系数(√)2／3的推导
Clarke变换中系数(√)2／3的推导白钧生;冯浩;白新力;李攀【期刊名称】《微电机》【年(卷),期】2012(045)007【摘要】按照坐标变换必须遵循的原则,依矩阵变换法则,对电机矢量控制中Clarke变换公式的系数√2/3进行详细数学推导,对伺服系统的设计具有一定的借鉴意义.%According the principle of the coordinate transformation, along the matrix transformation rule, the paper discussed the mathematical deduction about the Clarke transformation coefficient of in the control of motor vector in detail, and provide some consideration in the servo system design.【总页数】3页(P79-81)【作者】白钧生;冯浩;白新力;李攀【作者单位】中国飞机强度研究所,西安 710065;西北工业大学电子信息学院,西安710129;西安微电机研究所,西安 710077;西安微电机研究所,西安 710077【正文语种】中文【中图分类】TM351;TM383.4;TP273【相关文献】1.瞬时无功理论变换矩阵系数推导及α-β与dq0变换关系分析 [J], 但扬清;刘文颖;朱艳伟2.基于Clarke矢量模变换的双馈式感应发电机转子匝间短路故障频谱特性的仿真分析∗ [J], 李俊卿;沈亮印;康文强3.图形变换中透视投影变换矩阵的推导 [J], 吴迪;黄文骞;王莹4.Clarke-Carbon公式的推导 [J], 侯占铭5.λ模糊测度及其M bius变换和关联系数间关系的推导 [J], 章玲;周德群因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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机械时间常数的大小表示了电动机过渡过 程的长短，反映了电机转速随电压信号变 化的快慢程度，是伺服电动机的一项重要 指标。
1）电气式伺服系统
电气式伺服系统具有高精度、高速度、高 可靠性、易于控制等特点。电气伺服系统 的执行元件包括控制用电动机、电磁铁等。 对控制用电动机的性能除了稳速运转性能 之外，还要求有良好的加、减速性能。
2）液压式伺服系统
液压式伺服系统主要包括往复运动的油缸、液压 马达等。液压伺服系统主要特点是：
伺服电机和普通电机最大的区别在于伺服 电机多了一套控制系统，正因为有了控制 系统的存在，我们可以精确的控制伺服电 机的转速或角位移。
伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解， 伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应 的角度，从而实现位移。伺服电机本身具备发出 脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都 会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受 的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系 统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收 了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电 机的转动，从而实现精确的定位。
tan Ra
KeKt
表示电动机机械特性的硬度，即电动机转速
随转矩变化而变化的程度。斜率越大，表示转速
随负载的变化大，机械特性软。反之，机械特性
硬。从机械特性公式可以看出，机械特性的硬度
和有关Ra ， Ra越小电动机的机械特性越硬。在 实际的控制中往往需对伺服电动机外接放大电路，
这就引入了放大电路内阻，使电动机的机械特性
图4.1 直流伺服电动机单闭环控制框图
二、伺服系统类型
按被控量的不同可以将伺服系统分为位置 伺服系统、速度伺服系统，其中最常见的 是位置伺服系统 ；
按照控制方式，可将伺服系统分为开环、 闭环、半闭环系统 。
根据执行器使用的动力源，可以将伺服系 统分为电气伺服系统、液压伺服系统和气 压伺服系统等几种类型。
4.2 伺服系统执行器及其控制
一、执行元件类型及特点 二、伺服电机及其控制 三、步进电机及其控制
一、执行元件类型及特点
1. 电气执行元件 电气执行元件包括直流(DC)伺服电机、交流（AC） 伺服电机、步进电机以及电磁铁等，是最常用的执行元 件。对伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态 性能好，适合于频繁使用，便于维修等 2．液压式执行元件 液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、 液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况 下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点 3．气压式执行元件 气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液 压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动 力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩 性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。
4.2.1 直流伺服电动机
1 分类、结构和原理 按励磁方式分，可分为他励式、并励式、
串励式和复励式。他励式包括永磁式直流 伺服电动机。 按结构分类，可分为传统型和低惯量型。 基本原理是主磁极的励磁线圈在直流电源 下产生恒定磁场，当电枢绕组通入直流电， 在电枢线圈中有直流电流，因而电枢线圈 在磁场的作用下受到电磁力矩而带动转子 旋转。
三、伺服系统的基本要求
对伺服系统的基本要求有稳定性、精度和快速 响应性。
稳定性是指作用在系统上的扰动消失后，系统 能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指 令信号作用下，系统能够达到新的稳定运行状态 的能力。
精度是伺服系统的一项重要的性能要求。它是 指其输出量复现输入指令信号的精确程度。
快速响应性是衡量伺服系统动态性能的另一项 重要指标。快速响应性有两方面含义，一是指动 态响应过程中，输出量跟随输入指令信号变化的 迅速程度，二是指动态响应过程结束的迅速程度。
2 直流电动机的静态特性
1）机械特性
机械特性是指电枢电压恒定时，电机 的转速随电磁转矩变化的关系。
当电枢电压一定时，转速公式可写成
n
n0
Ra KeKt
T
机械特性公式
其中，n0
Ua
Ke ，为直流伺服电动机在T＝0时
的转速，故称理想空载转速
直流伺服电动机机械特性 直流伺服电动机调节特性
机械特性的斜率的绝对值为
①功率大。可传递高达25～30MPa的压力，因 而可输出很大的功率和力。
②控制性能好。高压油液可压缩性极小，与同体 积或功率的其他驱动系统相比，刚性好，时间常 数小，可实现无极调速和缓冲定位。
③维修方便。能进行自润滑，有利于延长使用寿 命，维修比电气伺服系统简便。
3）气动伺服系统 气动伺服系统是采用压缩空气作为动力的伺服系
统，介质是采用空气，其价格低廉等优点而被广 泛应用。 气动伺服系统主要有以下特点： ①成本低。不需要花费介质费用，同时传递压力 低，气压驱动装置和管路的成本比液压驱动装置 低。 ②输出功率和力较小，体积较大。 ③控制稳定性差。空气可压缩性大，阻尼效果差， 低速不宜控制，而且运动的稳定性不好，控制精 度不高。 ④清洁、安全，结构简单，维修方便。
便软，在设计时应加以注意。
2）调节特性 指电磁转矩恒定时，电机的转速随控制电
压变化的关系 。
当电机转速n＝0时
Ua
Ra Kt
T
表示电动机在某一负载转矩下，电动机的始动电压。 当负载转矩一定时，电动机的电枢电压必须大于始 动电压，伺服电动机才能启动 。
3 直流电动机的动态特性
电枢控制时直流伺服电动机的动态特性， 是指电动机电枢电压突变时，电动机转 速从一种稳态到另一种稳态的过渡过程， 即
第4章 伺服系统设计
4.1 概述 4.2 伺服系统的执行器及其控制 4.3 伺服系统中执行器的选择 4.4 闭环控制的伺服系统设计举例
4.1 概述
一、伺服系统概念 二、伺服系统的类型 三、伺服系统的基本要求
一、伺服系统概念
伺服系统，也称为随动系统，是一种能够 及时跟踪输入给定信号并产生动作，从而 获得精确的位置、速度等输出的自动控制 系统。伺服系统是自动控制系统的一类， 它的输出变量通常是机械或位置的运动， 它的根本任务是实现执行机构对给定指令 的准确跟踪，即实现输出变量的某种状态 能够自动、连续、精确地复现输入指令信 号的变化规律。