伺服驱动和控制控制算法专题培训课件
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组成。通过控制电机的电枢电流或励磁电流，实现对电机转速和位置的
高精度控制。
02
优点
直流伺服系统具有调速范围宽、低速性能好、控制精度高等优点。同时
，直流电机具有良好的启动、制动和调速性能，适用于对动态响应要求
高的场合。
03
缺点
直流伺服系统需要使用电刷和换向器，维护较为麻烦，且容易产生火花
干扰。此外，直流电机的体积和重量相对较大，限制了其在某些场合的
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安装注意事项和步骤说明
A
环境要求
确保安装环境干燥、通风且温度适宜，避免潮 湿、高温和腐蚀性气体对伺服系统的影响。
安装准备
检查伺服电机、驱动器和编码器等部件是 否完好无损，准备好安装所需的工具和材 料。
B
C
安装步骤
按照厂家提供的安装手册，逐步完成伺服电 机与机械设备的连接、驱动器和编码器的接 线以及控制系统的配置等工作。
熟悉伺服驱动器的功能、参数设 置及调试方法。
伺服系统控制策略
学习伺服系统的控制策略，如位 置控制、速度控制、力矩控制等 。
伺服系统基本原理
伺服系统优化与调试
掌握伺服系统的组成、工作原理 及性能指标等基础知识。
掌握伺服系统性能优化、故障排 查及日常维护等技能。
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行业应用前景展望
01
替换法
在怀疑某个部件出现故障时，用正常 的部件进行替换，观察故障是否消除 ，以确定故障点。
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仪器检测法
使用专业的检测仪器对伺服系统的各 个部分进行检测，如电压、电流、转 速等参数，以精确定位故障。
逐步排查法
按照伺服系统的组成部分，从电源、 驱动器、电机、传感器等逐一排查， 逐步缩小故障范围。
伺服系统专业知识讲座培训课件
1）进给伺服系统的调速要求 数控机床中，进给伺服系统的调速范围与伺服系统的
分辨率有关。 一般的调速范围要求在脉冲当量为0.001mm时达到0～
24000mm/min。
进给伺服系统的调速可分为以下几种： ①在1-24000mm/min范围，要求速度均匀、稳定、无爬行、
速降小。 ②在1mm/min以下时，具有一定的瞬时速度，而平均速度很
这一方面要求过渡过程时间要短，一般在200ms以内，甚 至小于几十毫秒；另一方面要求超调要小。
（4）调速范围宽
调速范围RN指生产机械要求电机能提供的最高转速nmax 和最低转速nmin之比：
RN
nmax nmin
通常，nmax和nmin一般对指额定负载时的转速，对于少 数负载很轻的机械，也可以是实际负载的转速。
例：一个三相步进电机（A、B、C三相绕组） 通电顺序为：A → AB → B → BC → C → CA → ……，
逆时针旋转。 通电顺序为：A → CA → C → BC → B → AB → ……，
顺时针旋转。
上述通电方式也称为三相单双六拍通电方式。其步距角减 少一半。
4.2.3 步进电机的主要特性参数
测量及反馈
系统的误差补偿，可获得很高的位置控制
伺服系统专业精知度识讲，座培系训统课件的稳定性易得到保证。
4.1 概述
4.1.4、数控机床伺服系统的分类
☆全闭环控制系统
x
伺服 伺服
CNC 驱动 电机
n
转速n测
量及反馈
直线位移x测量及反馈
位置检测装置安装在工作台上，直接反映工作台的直线 位移，位置控制精度比半闭环高，控制原理同半闭环。 由于受导轨摩擦系数、传动的润滑状况，传动间隙大小 等因素的影响，系统的稳定性不如半闭环。
伺服驱动与控制—控制算法
第五章 伺服驱动与控制— 控制算法
主要内容
一、概述 二、数字PID控制算法
3.1 PID控制算法原理 3.2 位置式PID控制 3.3 增量式PID控制 3.4 PID参数整定方法 三、模糊控制算法 四、模型参考自适应控制算法 五、自抗扰控制算法 六、神经网络控制算法
一、概述
控制算法的主要作用是改善控制系统的能（包括稳 定性、响应速度和控制精度），其中PID控制作为反馈控 制的最基本算法，具有结构简单、抗扰能力强、易于调 试等特点。虽然控制理论和微处理器技术已经有了快速 发展，PID控制仍是工业过程中的最重要的控制方法。统 计结果表明，工业控制中80%多的控制回路采用PID算法， 且大多数为结构更为简单的PI控制器。然而，只有30%的 控制回路工作在“满意”状态，因此系统的研究PID控制 原理和参数整定方法是十分必要的。
建立在系统临界增益ku或临界周期Tu的基础上，整定公式为
临界比例法确定的控制器参数
控制器类型 P PI
PID
kp 0.5ku 0.45 ku 0.6 ku
Ti
0.85Tu 0.5Tu
Td 0.12 Tu
2.4.2 PID参数自整定方法─ 2、控制器参数正定方法
满足稳定裕量的PI控制器设计方法
该方法针对一阶加滞后模型提出，使得到的闭环系统满 足给定的增益裕量和相位裕量。PI控制器整定公式为
T k
ee
uk Kp[ek Ti j0ej Td
k
] k1
T
k
u k
Kpek Ki
ej Kd(ek ek1)
j0
二、数字PID控制算法
开始
位
置
计算Aek
位置式PID控制算法的缺点 由于全量输出，所以每次输出
主要内容
一、概述 二、数字PID控制算法
3.1 PID控制算法原理 3.2 位置式PID控制 3.3 增量式PID控制 3.4 PID参数整定方法 三、模糊控制算法 四、模型参考自适应控制算法 五、自抗扰控制算法 六、神经网络控制算法
一、概述
控制算法的主要作用是改善控制系统的能（包括稳 定性、响应速度和控制精度），其中PID控制作为反馈控 制的最基本算法，具有结构简单、抗扰能力强、易于调 试等特点。虽然控制理论和微处理器技术已经有了快速 发展，PID控制仍是工业过程中的最重要的控制方法。统 计结果表明，工业控制中80%多的控制回路采用PID算法， 且大多数为结构更为简单的PI控制器。然而，只有30%的 控制回路工作在“满意”状态，因此系统的研究PID控制 原理和参数整定方法是十分必要的。
建立在系统临界增益ku或临界周期Tu的基础上，整定公式为
临界比例法确定的控制器参数
控制器类型 P PI
PID
kp 0.5ku 0.45 ku 0.6 ku
Ti
0.85Tu 0.5Tu
Td 0.12 Tu
2.4.2 PID参数自整定方法─ 2、控制器参数正定方法
满足稳定裕量的PI控制器设计方法
该方法针对一阶加滞后模型提出，使得到的闭环系统满 足给定的增益裕量和相位裕量。PI控制器整定公式为
T k
ee
uk Kp[ek Ti j0ej Td
k
] k1
T
k
u k
Kpek Ki
ej Kd(ek ek1)
j0
二、数字PID控制算法
开始
位
置
计算Aek
位置式PID控制算法的缺点 由于全量输出，所以每次输出
伺服驱动器原理及应用培训 ppt课件
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一、电流环
CPU
CPU比较电流指令和电流反馈， 作为结果的波形送入放大器，再经 过PWM后将信号送到功率晶体管。
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一、电流环
PWM
PWM（脉宽调制）是一种将模 拟信号转换为数字信号的方法。在模 拟信号上加上一个载波频率，其大小 依赖于功率模块的开关次数。每当模 拟信号与载频波形交叉时，PWM输 出就发生一次转换，一系列的转换就 形成了方波信号，其表现为模拟信号 的平均值，相当于该信号的数字形态。
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四、主回路
主电容充电
在主电容充电中，我们看到一个 继电器，RLY1。使用这个继电器是 出于安全的目的。它保护这个电路并 且限制上电时主电容C1的充电电流。
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四、主回路
P-N电压
在DB1上的P-N电压是供电电 压的有效值，即右图中P点的电压读 数是310V。 V(RMS) = 220V * 1.41 = 310V
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六、再生
再生的目的
再生有两个主要功能：1）消耗运动负载的惯性能量；2）快速地对主电 容（C1）放电。
当一套EDB伺服系统运行在额定转速并且带着允许的最大负载惯量， EDB伺服驱动器必须吸收停止负载时产生的全部能量而不损坏系统。如果系 统运行在超过额定转速或者带着超过允许的最大负载惯量，那么必须有外部 再生。
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三、位置环
前馈功能
前馈功能缩短定位时间。前馈将 使实际运动轮廓逼近指令运动轮廓。 通常前馈增益Pn017设定在80%以 下，对于大多数机械，设定超过80% 将会引起振动，使用前馈滤波Pn025 可以减小振动。
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第2章伺服控制基础知识ppt课件
在伺服系统中测角度〔角位移〕的方法很多，常用的有电位计、差动变 压器、微动同步器、自整角机、旋转变压器等，这里引见部分丈量元件。 ---测小角位移
(一)差动变压器和微同步器
1.差动变压器
励磁
直线位移式
输出
转角式
差动变压器
2.微动同步器
微动同步器由四极定子和两极转子组成。在定子每个极上 绕有两个线圈〔初级在里侧，次级在外侧〕。用各极中的一 个线圈串联成初级激磁回路，各极中的另一线圈那么串联成 次级感应回路。
数字测速方法
在闭环伺服控制系统中，根据脉冲 计数来丈量转速的方法有M法测速﹑T 法测速和M/T法测速三种：
M法测速是指：在规定时间间隔Tg内， 丈量所产生的脉冲数来获得被测速度 值；
T法测速是指：丈量相邻两个脉冲的时 间间隔Ttach来确定被测速度值；
M/T法测速是指：同时丈量检测时间和
二、角度〔角位移〕检测
• 位量检测元件的分类和特点
经常用于数控机床的位置检测元件有旋转变压器、感 应同步器、编码盘、光栅和磁尺等。
分类：
☆ 安装的位置及耦合方式—直接丈量和间接丈量；
☆ 丈量方法
—增量型和绝对型;
☆ 检测信号的类型
—模拟式和数字式；
☆ 运动型式
—回转型和直线型；
☆ 信号转换的原理
—光电效应、光栅效应、电磁感应原理、
信号型的微动同步器实践上是一种高准确度的变磁阻型 旋转变压器。对于一定的励磁电压和频率来说，在一定的转 子转角范围(普通为10度或12度)内，它的输出电压正比于转 子转角。
激磁回路的衔接原那么是：当将等幅交流电压加于其上时，在激磁电流
的某半周期内，各极上的磁通方向如图中箭头所示；次级感应回路的衔接 原那么是：使总的输出电压是Ⅱ 、Ⅲ极和I 、Ⅳ极上感应电压之差。
伺服基础培训资料PPT课件
步
光电型旋转编码器（增量型/绝对值型）
光电型旋转编码器,旋转变压器型
一般
快
好
一般（旋转变压器型可耐振动）
运行温度高
一般
基本可以免维护
较好
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伺服系统控制
-
13
上位机
脉冲列
1.16 位置控制
アンプ 速度指令
偏差 计数器
+
－
速度环
力矩指令 电流环 +
－
M
位置感应
位置环
位置控制 ⇒ 通过对移动量（马达旋转数）的控制而达到任意目 标的位置。
電流环 速度环
伺服系统放大器Байду номын сангаас本构成图
-
速度 感应器
位置 感应器
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伺服与变频的区别
• 主回路部分
o 整流单元（四相限电源） o 逆变单元 o 电流传感器
伺服主回路和变频器的 最大区别是：
1、过载倍数
2、电流采样精度
功率单元IPM和PIM之分，有集成模块和分离IGBT 结构
-
11
特性 力矩范围 速度范围
３轴使用
-
射出轴 夹紧轴 计量轴 送出轴
同时使用
26
• 案例一：横切
• 追剪的运动特点：
o 在设定的同步区牵引剪切部件的速度和送料速度一致，在同步区 完成剪切运动，而不同的切割长度则通过调节非同步区的速度来 适应。
-
27
• 案例二：排料
-
28
感谢聆听！ Thanks
-
29
从系统的结构特点来看: 有单回伺服系统、多回伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。
-
6
伺服系统培训课件
伺服系统培训课件
第三节 位置检测装置
伺服系统培训课件
第三节 位置检测装置
一、位置检测装置的维护 1.光栅 • 透射光栅与反射光栅 • 光栅输出信号：二个相位和一个零标志 • 维护注意点
防污（冷却液轻微结晶、水雾、通入低压 压缩空气、无水酒精轻檫） 防振（不能敲击避免光学元件损坏）
伺服系统培训课件
第一节 主轴驱动系统 • 一般主轴要求：速度大范围连续可调、恒
功率范围宽 • 伺服主轴要求：有进给控制和位置控制 • 主轴变速形式：电动机带齿轮换档（降速、
增大传动比、增大主轴转矩）；电动机通 过同步齿带或皮带驱动主轴（恒功率、机 械传动简单）
伺服系统培训课件
第六章 伺服系统故障诊断
一、常用主轴驱动系统介绍 • FANUC公司主轴驱动系统
• 主轴电动机不转：CNC是否有速度信号输
出；使能信号是否接通、CTR观察I/O状态、
分析PLC梯形图以确定主轴的启动条件
（润滑、冷却）；主轴驱动故障；主轴电
机故障
伺服系统培训课件
第六章 伺服系统故障诊断
三、主轴直流驱动的故障诊断 1.控制电路
控制回路采用电流反馈和速度反馈的双闭 环调速系统，内环是电流环，外环是速度 环。 调速特点是速度环的输出是电流环的输入， 可以根据速度指令电压和转速反馈电压的 差值及时控制电动机的转矩。在速度差值 大时，转矩大，速度变化快，转速尽快达 到给定值，当转速伺服接系统近培训课给件 定值时，转矩自
伺服系统培训课件
第六章 伺服系统故障诊断
四、主轴交流驱动的故障诊断 （一）6SC650系列主轴交流驱动系统 1.驱动装置的组成（原理图）
伺服系统培训课件
第六章 伺服系统故障诊断
• 1.驱动装置的组成（主轴驱动系统）
第三节 位置检测装置
伺服系统培训课件
第三节 位置检测装置
一、位置检测装置的维护 1.光栅 • 透射光栅与反射光栅 • 光栅输出信号：二个相位和一个零标志 • 维护注意点
防污（冷却液轻微结晶、水雾、通入低压 压缩空气、无水酒精轻檫） 防振（不能敲击避免光学元件损坏）
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第一节 主轴驱动系统 • 一般主轴要求：速度大范围连续可调、恒
功率范围宽 • 伺服主轴要求：有进给控制和位置控制 • 主轴变速形式：电动机带齿轮换档（降速、
增大传动比、增大主轴转矩）；电动机通 过同步齿带或皮带驱动主轴（恒功率、机 械传动简单）
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第六章 伺服系统故障诊断
一、常用主轴驱动系统介绍 • FANUC公司主轴驱动系统
• 主轴电动机不转：CNC是否有速度信号输
出；使能信号是否接通、CTR观察I/O状态、
分析PLC梯形图以确定主轴的启动条件
（润滑、冷却）；主轴驱动故障；主轴电
机故障
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第六章 伺服系统故障诊断
三、主轴直流驱动的故障诊断 1.控制电路
控制回路采用电流反馈和速度反馈的双闭 环调速系统，内环是电流环，外环是速度 环。 调速特点是速度环的输出是电流环的输入， 可以根据速度指令电压和转速反馈电压的 差值及时控制电动机的转矩。在速度差值 大时，转矩大，速度变化快，转速尽快达 到给定值，当转速伺服接系统近培训课给件 定值时，转矩自
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第六章 伺服系统故障诊断
四、主轴交流驱动的故障诊断 （一）6SC650系列主轴交流驱动系统 1.驱动装置的组成（原理图）
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第六章 伺服系统故障诊断
• 1.驱动装置的组成（主轴驱动系统）
伺服驱动器原理及应用培训教材PPT课件(PPT47页)
伺服驱动器原理及应用培训教材（PPT 47页) 工作培 训教材 工作汇 报课件P PT服务 技术管 理培训 课件安 全培训 讲义
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五、动态制动
动态制动的方法
通过动态制动使电机突然停止的 方法有两种：1）通过短接电机U、V、 W相的绕组；2）将转子能量消耗到 电阻上。
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四、主回路
主电容充电
在主电容充电中，我们看到一个 继电器，RLY1。使用这个继电器是 出于安全的目的。它保护这个电路并 且限制上电时主电容C1的充电电流。
一、电流环 二、速度环 三、位置环 四、主回路 五、动态制动 六、再生 七、伺服选型
一、电流环
功能图
一、电流环
电流传感器
电流传感器CT1和CT2在电流环中 的作用就是感应通过电机的电流，并且 将它转换为一个模拟电压信号。然后这 个模拟电压信号经过PWM转换电路到 ASIC。在这里只需要2个电流传感器， 因为CPU能够根据公式Iu+Iv+Iw=0计 算出W相的电流。
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五、动态制动
动态制动的方法
通过动态制动使电机突然停止的 方法有两种：1）通过短接电机U、V、 W相的绕组；2）将转子能量消耗到 电阻上。
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四、主回路
主电容充电
在主电容充电中，我们看到一个 继电器，RLY1。使用这个继电器是 出于安全的目的。它保护这个电路并 且限制上电时主电容C1的充电电流。
一、电流环 二、速度环 三、位置环 四、主回路 五、动态制动 六、再生 七、伺服选型
一、电流环
功能图
一、电流环
电流传感器
电流传感器CT1和CT2在电流环中 的作用就是感应通过电机的电流，并且 将它转换为一个模拟电压信号。然后这 个模拟电压信号经过PWM转换电路到 ASIC。在这里只需要2个电流传感器， 因为CPU能够根据公式Iu+Iv+Iw=0计 算出W相的电流。
伺服驱动器原理及应用培训教材（PPT 47页) 工作培 训教材 工作汇 报课件P PT服务 技术管 理培训 课件安 全培训 讲义
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伺服驱动的PLC控制课件
PLC控制技术的未来发展趋势
云端化
01
随着物联网技术的发展，PLC将实现远程云端控制，提高监控和
维护的便利性。
边缘计算
02
PLC将集成边缘计算能力，实现实时数据处理和分析，提高控制
精度。
安全性增强
03
随着工业安全意识的提高，PLC将加强安全防护功能，保障工业
系统的稳定运行。
伺服驱动的PLC控制在工业自动化领域的应用前景
控制算法设计
根据控制要求，设计合适的控制算法，如PID控制、速度控制等。
I/O映射与配置
根据实际硬件配置，进行I/O映射与配置，确保PLC控制器能够正确读取传感器数据和输出控制信 号。
运动控制指令编写
根据控制算法和I/O配置，编写运动控制指令，实现伺服驱动器的精确控制。
伺服驱动的PLC控制调试与优化
详细描述
伺服系统主要由伺服电机、伺服驱动器和控制器等组成。控制器是整个系统的核心，负责发出控制指 令，控制伺服电机的运动。伺服驱动器是连接控制器和伺服电机的桥梁，根据控制器的指令驱动伺服 电机运动。伺服电机是执行机构，根据控制指令实现精确的运动控制。
伺服系统的分类与选型
• 总结词：根据应用需求和性能指标，伺服系统可分为不同的类型，如直流伺服系统、交流伺服系统、步进伺服 系统等。选择合适的伺服系统需要考虑负载特性、精度要求、动态性能等因素。
应用场景
直流电机是一种将直流电能转 换为机械能的执行元件，具有 调速范围广、控制精度高等优 点。基于PLC的直流电机伺服 控制，能够实现精确的速度和 位置控制。
系统主要由PLC、直流电机、 驱动器等组成。PLC负责发出 控制信号，驱动器负责驱动直 流电机，直流电机根据控制信 号进行相应的动作。
(完整版)三菱伺服培训教程
试运行
常见问题解决方法
在参数设置完成后进行试运行，观察电机 运行是否平稳、准确。
针对调试过程中出现的常见问题，如电机 不转、速度不稳定等，检查接线、参数设 置等方面，逐一排查并解决问题。
编码器原理及应用
04
编码器类型及特点分析
01
增量式编码器
输出脉冲信号，通过计数设备来知道其位置，具有无限 的分辨率。
应用领域
三菱伺服系统广泛应用于机床、自动化设备、机器人、航空 航天等领域，为各种高精度、高速度、高稳定性的控制需求 提供解决方案。
市场需求
随着制造业的转型升级和智能制造的快速发展，伺服系统的 市场需求不断增长。同时，客户对伺服系统的性能、稳定性 、可靠性等方面的要求也越来越高，需要厂商不断提升产品 品质和服务水平。
伺服系统基本原理
掌握伺服系统的构成、工作原理 及性能指标等基础知识。
伺服系统故障诊断与排除
了解伺服系统常见故障类型及原 因，掌握故障诊断与排除的基本 方法。
行业发展趋势分析
智能化发展
随着工业4.0和智能制造的推进 ，伺服系统将更加智能化，实 现自适应、自学习、自优化等
功能。
高精度、高速度
为满足高端装备制造的需求， 伺服系统的精度和速度将不断 提高。
方向检测
通过识别编码器输出的脉 冲的相位来判断电机的旋 转方向。
编码器选型、安装与调试技巧
01
选型技巧
根据实际需求选择合适的编码器类型、分辨率、输出信号等参数。
02
安装技巧
确保编码器安装牢固，避免振动和冲击对其造成影响；正确连接编码器
的电缆，避免接错或接触不良。
03
调试技巧
在调试过程中，要注意观察编码器的输出信号是否正常，检查其与控制
伺服驱动器原理及应用培训教材PPT(47张)
伺服驱动器原理及应用培训教材PPT(4 7张)培 训课件 培训讲 义培训 教材工 作汇报 课件PP T
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六、再生
再生是在电机减速过程中的一种 动作，此时电机等效为一个发电机。 再生吸收了旋转负载的动能，并将 它转化为电能，回馈到驱动器。
当一套EDB伺服系统运行在额定转速并且带着允许的最大负载惯量， EDB伺服驱动器必须吸收停止负载时产生的全部能量而不损坏系统。如果系 统运行在超过额定转速或者带着超过允许的最大负载惯量，那么必须有外部 再生。
一、电流环 二、速度环 三、位置环 四、主回路 五、动态制动 六、再生 七、伺服选型
一、电流环
功能图
一、电流环
电流传感器
电流传感器CT1和CT2在电流环中 的作用就是感应通过电机的电流，并且 将它转换为一个模拟电压信号。然后这 个模拟电压信号经过PWM转换电路到 ASIC。在这里只需要2个电流传感器， 因为CPU能够根据公式Iu+Iv+Iw=0计 算出W相的电流。
一、电流环
CPU
CPU比较电流指令和电流反馈， 作为结果的波形送入放大器，再经 过PWM后将信号送到功率晶体管。
一、电流环
PWM
PWM（脉宽调制）是一种将模 拟信号转换为数字信号的方法。在模 拟信号上加上一个载波频率，其大小 依赖于功率模块的开关次数。每当模 拟信号与载频波形交叉时，PWM输 出就发生一次转换，一系列的转换就 形成了方波信号，其表现为模拟信号 的平均值，相当于该信号的数字形态。
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六、再生
再生是在电机减速过程中的一种 动作，此时电机等效为一个发电机。 再生吸收了旋转负载的动能，并将 它转化为电能，回馈到驱动器。
当一套EDB伺服系统运行在额定转速并且带着允许的最大负载惯量， EDB伺服驱动器必须吸收停止负载时产生的全部能量而不损坏系统。如果系 统运行在超过额定转速或者带着超过允许的最大负载惯量，那么必须有外部 再生。
一、电流环 二、速度环 三、位置环 四、主回路 五、动态制动 六、再生 七、伺服选型
一、电流环
功能图
一、电流环
电流传感器
电流传感器CT1和CT2在电流环中 的作用就是感应通过电机的电流，并且 将它转换为一个模拟电压信号。然后这 个模拟电压信号经过PWM转换电路到 ASIC。在这里只需要2个电流传感器， 因为CPU能够根据公式Iu+Iv+Iw=0计 算出W相的电流。
一、电流环
CPU
CPU比较电流指令和电流反馈， 作为结果的波形送入放大器，再经 过PWM后将信号送到功率晶体管。
一、电流环
PWM
PWM（脉宽调制）是一种将模 拟信号转换为数字信号的方法。在模 拟信号上加上一个载波频率，其大小 依赖于功率模块的开关次数。每当模 拟信号与载频波形交叉时，PWM输 出就发生一次转换，一系列的转换就 形成了方波信号，其表现为模拟信号 的平均值，相当于该信号的数字形态。
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数控机床伺服驱动ppt课件
2．功率放大器 从环形脉冲分配器输出的控制脉
冲信号功率很小，必需经功率放大器 放大后，才干驱动步进电动机运转。 功率放大器有电压型和电流型。电压 100Ω 型又有单电压型、双电压型，电流型 有恒流型、斩波恒流型等。
采用脉冲变压器TI组成的高低压
VT1
功率放大器电路。
输入
当输入端为低电平常，晶体管VTl、 1kΩ VT2、VT3、VT4均截止，电动机绕组W 无电流经过。输入脉冲到来时，输入 端变为高电平，晶体管VTl、VT2、 VT4饱和导通。
困难。
二、开环伺服系统
〔一〕步进电动机 1．步进电动机的任务原理 由转子和定子组成。转子和定子均由带齿
的硅钢片叠成。定子上均布有六个磁极及其绕 组，同不断径上的为一相，共有三相，磁极上 有齿。转子上均匀分布着40个齿，齿与齿槽宽 度相等，齿间角9°。定子与转子齿间角相等。 假设A相齿与转子齿中心线对齐，B相齿相对转 子齿逆时针差1/3齿间角，C相齿相对转子齿逆 时针差2/3齿间角。
第五节 伺服驱动与控制
❖ 一、概述 ❖ 二、开环伺服系统 ❖ 三、闭环与半闭环伺服系统
一、概 述
❖ 定义——数控机床伺服系统属位置随动系统，是以挪动部件的直线或 角位移为控制目的的自动控制系统，它以CNC安装插补输出为指令， 对任务台、主轴箱、刀架等执行部件的坐标轴位移进展控制，最终获 得要求的刀具运动轨迹。因此，数控机床的伺服系统也被称为进给伺 服系统。
+12V
VD4 TI
R VT2 200Ω
VT3 VD3
R VD5 W
VT4
+80V VD2 VD1
18Ω
18Ω 0.1μF
在VT2由截止到饱和导通期间，其集电极电流，即脉冲变压TI的一次 电流急剧添加，在变压器二次侧感生一个电压，使VT3饱和导通，80V的 高压经高压管VT3加到绕组W上，使流过绕组W的电流迅速上升。当VT2进 入稳定形状后，TI一次侧电流恒定，无磁通量变化，二次侧的感应电压 为零，VT3截止，12V低压电源经VDl加到绕组W上，并维持绕组W中的电流。 输入脉冲终了后，晶体管VTl、VT2、VT3、VT4又都截止，储存在W中的能 量经过18Ω的电阻和VD2放电，电阻的作用是减小放电回路的时间常数， 改善电流波形的后沿。该电路由于采用高压驱动，电流增长加快，脉冲 电流的前沿变陡，电动机的动态转矩和运转频率都得到了提高。
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伺服系统在高精度数控机床中的应用，实现了对机床主轴、进给轴等关键部件的高 精度位置、速度和力矩控制，提高了机床的加工精度和效率。
通过采用先进的控制算法和优化设计，伺服系统在高精度数控机床中实现了高速、 高精度的定位和运动控制，满足了复杂零件的加工需求。
2024/1/25
伺服系统的稳定性和可靠性对于高精度数控机床的长期运行至关重要，因此在实际 应用中需要注重伺服系统的维护和保养。
2024/1/25
检测技术
对传感器输出的信号进行 处理和分析，提取有用的 信息。
误差处理
对检测到的误差进行补偿 和校正，提高系统的精度 和稳定性。
11
信号处理与通信技术
信号处理
对输入/输出信号进行滤波、放 大、转换等处理，以满足系统需
求。
通信技术
实现伺服系统与上位机或其他设 备之间的数据传输和信息交换，
2024/1/25
02
确保安装环境干燥、通 风良好，避免潮湿和高 温环境对伺服系统的影 响。
03
按照厂家提供的安装图 纸和说明进行安装，注 意电机轴与负载轴的同 轴度。
25
04
连接电缆时应使用专用 电缆，并确保连接牢固 、可靠。
调试方法及步骤详解
调试前应先进行参数设置，包括电机 参数、驱动器参数和控制参数等。
29
案例二：自动化生产线上的协同作业模式探讨
在自动化生产线上，伺服系统通过与其 他自动化设备（如传感器、执行器等） 的协同作业，实现了生产线的自动化、
智能化和高效化。
2024/1/25
伺服系统在自动化生产线中扮演着关键 的角色，其性能直接影响到生产线的整 体效率和稳定性。因此，在选择和使用 伺服系统时需要充分考虑其性能、可靠
通过采用先进的控制算法和优化设计，伺服系统在高精度数控机床中实现了高速、 高精度的定位和运动控制，满足了复杂零件的加工需求。
2024/1/25
伺服系统的稳定性和可靠性对于高精度数控机床的长期运行至关重要，因此在实际 应用中需要注重伺服系统的维护和保养。
2024/1/25
检测技术
对传感器输出的信号进行 处理和分析，提取有用的 信息。
误差处理
对检测到的误差进行补偿 和校正，提高系统的精度 和稳定性。
11
信号处理与通信技术
信号处理
对输入/输出信号进行滤波、放 大、转换等处理，以满足系统需
求。
通信技术
实现伺服系统与上位机或其他设 备之间的数据传输和信息交换，
2024/1/25
02
确保安装环境干燥、通 风良好，避免潮湿和高 温环境对伺服系统的影 响。
03
按照厂家提供的安装图 纸和说明进行安装，注 意电机轴与负载轴的同 轴度。
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04
连接电缆时应使用专用 电缆，并确保连接牢固 、可靠。
调试方法及步骤详解
调试前应先进行参数设置，包括电机 参数、驱动器参数和控制参数等。
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案例二：自动化生产线上的协同作业模式探讨
在自动化生产线上，伺服系统通过与其 他自动化设备（如传感器、执行器等） 的协同作业，实现了生产线的自动化、
智能化和高效化。
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伺服系统在自动化生产线中扮演着关键 的角色，其性能直接影响到生产线的整 体效率和稳定性。因此，在选择和使用 伺服系统时需要充分考虑其性能、可靠
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Ti T
T
T
二、数字PID控制算法
PID
开始
增
量
计算Aek
式
计算Bek-1
算
计算Cek-2
法
流
计算△uk
程
图
ek→ek-1
ek-1→ek-2
返回
二、数字PID控制算法
2.4 PID控制器参数整定方法
控制器参数的整定方法可归纳为两大类：
试凑法 试凑法不需要事先知道被控对象的数学模型，直接在控制
二、数字PID控制算法
增量式PID控制算法公式
T
e 2e e
u k
u k
u k1
kp(ek
e k1
e Tk
i
Td
k
k1
) k2
T
T kp(1
Ti
Td)e Tk
kp(12TTd)ek1
kpTd T
e k2
Ae Be Ce
k
k1
k2
其中： Akp(1T Td) B kp(1 2Td ) C k p T d
U ( s ) K p E ( s ) K IE ( s s ) K D s E ( s ) U P ( s ) U I ( s ) U D ( s )
KI Kp /TI
积分增益
控制功能
KD KpTD
微分增益
比例项通过全通的增益因数提供正比于误差的整体控制信号 ；
统
-200 0
的
-90
图
-180
Bode Diagram
Phase (deg)
Bode
-270
10-2
10-1
100
101
102
103
Frequency (rad/sec)
二、数字PID控制算法
2.2 位置式PID控制 连续传递函数的离散化处理方法
以T作为采样周期，k作为采样序号，则离散采样时间kT
返回
二、数字PID控制算法
2.3 增量式PID控制
u
所k 谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量。 当执行机构需要的控制量是增量，而不是位置量的绝对数值时， 可以使用增量式PID控制算法进行控制。
第k-1个采样时刻的输出值：
u k1
Kp[ek1T Ti kj 1 0ej Tdek1T ek2]
算 法 流
计算Cek-2 计算△uk
ek累加，计算量大；并且，因为计 算机输出的uk对应的是执行机构的 实际位置，如果计算机出现故障，
程
计算uk-1+△uk
输出的uk将大幅度变化，会引起执
图
ek→ek-1
行机构的大幅度变化，因此有可能
ek-1→ek-2 uk→uk-1
造成严重的事故，这在实际系统中 是不允许的。
对应着连续时间t，用矩形法数值积分近似代替积分（也可
用梯形法来近似），用一阶后向差分近似代替微分，可作如
下近似变换： t kT
t
k
k
e(t)dt T e( jT) T ej
0
j0
j0
de(t) e(kT) e[(k 1)T] ek ek 1
D控制算法
积分项通过低频补偿减小稳态误差；
微分项通过高频补偿提高系统的瞬态响应性能。
二、数字PID控制算法
PID控制器可以看做一种极限情况下的超前滞后补偿器，两个 极点分别在原点和无穷远处。类似地，PI和PD控制器也可以分别看 做极限情况下的滞后补偿器和超前补偿器。然而，微分项能够提高 瞬态响应和稳定性的作用常常被误解。实际经验表明，当系统中存 在延时环节时，微分环节会导致系统稳定性下降。
整定比例部分
将比例系数由小变大，并观察相应的系统响应，直至得到 反应快、超调小的响应曲线。如果系统静差小到允许范围， 响应曲线已属满意，那么只需比例控制即可，由此确定比例 系数。
2.4.1 试凑法
整定积分部分
如果在比例控制基础上系统静差不能满足设计要求，则加 入积分环节，整定时首先置积分时间Ti为很大值，并将经第一 步整定得到的比例系数略微减小（如缩小至80%），然后减小 积分时间，使得在保持系统良好动态的情况下，静差得到消除， 在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数和积分 时间，直至得到满意的控制过程，得到整定参数。
5伺服驱动和 控制—控制算
法
主要内容
一、概述 二、数字PID控制算法
3.1 PID控制算法原理 3.2 位置式PID控制 3.3 增量式PID控制 3.4 PID参数整定方法 三、模糊控制算法 四、模型参考自适应控制算法 五、自抗扰控制算法 六、神经网络控制算法
一、概述
控制算法的主要作用是改善控制系统的能（包括稳 定性、响应速度和控制精度），其中PID控制作为反馈 控制的最基本算法，具有结构简单、抗扰能力强、易于 调试等特点。虽然控制理论和微处理器技术已经有了快 速发展，PID控制仍是工业过程中的最重要的控制方法。 统计结果表明，工业控制中80%多的控制回路采用PID算 法，且大多数为结构更为简单的PI控制器。然而，只有 30%的控制回路工作在“满意”状态，因此系统的研究 PID控制原理和参数整定方法是十分必要的。
系统中进行现场整定，方法简单、计算简便、易于掌握。 参数自整定方法
自整定方法建立在系统的模型和性能指标基础上，能保证 较好的控制效果，且不需手动调试。
2.4.1 试凑法
试凑法建立在比例、积分和微分三部分对动态性能的作
用效果的基础上。在试凑时，可以参考控制器参数对被控过程 的响应趋势，对参数进行先比例（P）、再积分（I）、最后微 分（D）的整定步骤。
二、数字PID控制算法
2.1 PID控制算法原理
D(s)
R(s) + E(s) C(s) U(s)+ +
Y(s)
P(s)
典型PID控制系统
PID控制器 传递函数
CPID(s)U E((ss))Kp(1T1 IsTDs)
二、数字PID控制算法
控制信号亦可表达成比例、积分和微分三项求和的形式
离散的PID表达式
uk Kp[ek T Ti jk0ej Tdek Tek1]
k
u k
Kpek Ki
ej Kd(ek ek1)
j0
二、数字PID控制算法
PID
开始
位
位置式PID控制算法的缺点
置
计算Aek
由于全量输出，所以每次输出
式
计算Bek-1
均与过去状态有关，计算时要进行
增加 Kp 增加 Ki 增加 Kd
比例、积分、微分项对闭环响应的影响
上升时间 减小
微弱减小 微弱减小
超调量 增加 增加 减小
调节时间 微弱增加
增加 减小
稳态误差 减小
大幅减小 基本不变
稳定性 降低 降低 提高
二、数字PID控制算法
PID
0
典
型
-50
Magnitude (dB)
-100
控
制
-150
系