伺服系统与执行元件概要

二、伺服系统的分类
• (2)按驱动元件的类型分类
按驱动元件的不同可分为电气伺服系统、液
压伺服系统、气动伺服系统。
电气伺服系统根据电机类型的不同又可分为
直流伺服系统、交流伺服系统和步进电机控 制伺服系统。
二、伺服系统的分类
• (3)按控制原理分类
按自动控制原理，伺服系统又可分为开环
控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭 环控制伺服系统。
一、伺服系统的结构组成
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。
一、伺服系统的结构组成
4.被控对象
• 指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主 体。一般包括传动系统、执行装置和负载。被控对 象指机械参数量，包括位移、速度、加速度、力合 力矩
一、伺服系统的结构组成
5.检测环节
• 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
一、伺服系统的结构组成
5.检测环节
• 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
一、伺服系统的结构组成
• 在实际的伺服控制系统中，上述的每个环节在硬件
PID控制电路 比例电路
Rf
Ri Vi Vo ut
R1
Vout Vi
Rf Ri
R1 Ri / / R f
PID控制电路 积分电路
Ci Ri Vi Vo ut
R1
Vout
1 Vi dt Ri Ci
R1=Ri
PID控制电路 微分电路
Rf
Vi Cd Vo ut
R1
Vout
dVi R f Cd dt
本节知识
4.1.1 伺服系统 4.1.2 执行元件
4.1.1 伺服系统
• 定义：又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个 过程的反馈控制系统。
• 主要任务：按控制命令的要求、对功率进行放大、变 换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位 置控制非常灵活方便。 • 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）。
特征上并不独立，可能几个环节在一个硬件中，如
测速直流电机即是执行元件又是检测元件。
二、伺服系统的分类
• 常见的分类方法有以下三种 (1)按被控量参数特性分类 (2)按驱动元件的类型分类 (3)按控制原理分类
二、伺服系统的分类
• (1)按被控量参数特性分类
按被控量不同，机电一体化系统可分为位 移、速度、力矩等各种伺服系统。其它系 统还有温度、湿度、磁场、光等各种参数 的伺服系统
R1=Rf
PID控制电路
• A1是比例电路，其放大倍数与环路增益有关，调节RP1，可使 反相器的增益在0.5一∞范围内变化 • A2是积分电路，积分时间常数可在22一426S范围内变化 • A3是微分电路，时间常数由C1(R1+R（RP3）)决定 • A4将比例、积分、微分各电路输出倒相后合成为U
1.系统精度
• 稳态误差：当系统从一个稳态过度到新的稳态，或 系统受扰动作用又重新平衡后，系统可能会出现偏 差，这种偏差称为稳态误差 • 动态误差：控制系统在任意的输入信号作用下达到 稳态时的控制误差。与稳态误差不同，动态误差是 以时间为变量的函数，能提供系统为稳态时控制误 差随时间变化的规律
三、伺服系统的技术要求 2.稳定性 • 指当作用在系统上的干扰消失以后，系 统能够恢复到原来稳定状态的能力 • 或者当给系统一个新的输入指令后，系 统达到新的稳定运行状态的能力
号要求的精确程度，以误差的形式表现，
可概括为动态误差、稳态误差和静态误
差三个方面组成。
1.系统精度
• 静态误差：指当测量器件的测量值(或输入值)不随 时间变化时，测量结果(或输出值)会有缓慢的漂移， 这种误差称为静态输入误差，或称静态误差。 • 静态误差的幅值和方向是恒定的,或者是按一定规 律缓变的(变化周期大于装置调整周期),即不需要 考虑时间因素对误差的影响
调节 元件
执行 元件
被控 对象
输出量
测量、反馈元件
伺服系统组成原理框图
一、伺服系统的结构组成
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，通常由专门的电路或计算机来实现。
一、伺服系统的结构组成
2.控制器
• 控制器通常是计算机或PID控制电路（比例、积分、 微分电路），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
4.1.1 伺服系统
一、伺服（控制）系统的结构组成

伺服系统组成：伺服驱动装置和驱动元件(执行元件伺 服电机)组成，高性能的伺服系统还有检测装置，反馈 实际的输出状态
百度文库
伺服控制系统组成：控制器、被控对象、执行环节、 检测环节、比较环节五部分
伺服系统驱动装置
一、伺服系统的结构组成
输入指令
比较 元件
的误差仍会影响移动部件的位移精度，但调试维修方便，稳定性好， 为大多数中小型数控机床所采用。
• (3)按控制原理分类

开环控制伺服系统结构简单、成本低廉、易于维护，但由
于没有检测环节，系统精度低、抗干扰能力差。

闭环控制伺服系统能及时对输出进行检测，并根据输出与 输入的偏差，实时调整执行过程，因此系统精度高，但成 本也大幅提高。
• 半闭环控制系统 • 在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机 构的滚珠丝杠转角间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的 比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制， 使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。
• 半闭环系统不包括移动部件的传动丝杠螺母，所以传动丝杠螺母机构

半闭环控制伺服系统的检测反馈环节位于执行机构的中间
输出上，因此一定程度上提高了系统的性能。如位移控制 伺服系统中，为了提高系统的动态性能，增设的电机速度 检测和控制就属于半闭环控制环节。
三、伺服系统的技术要求 • 1.系统精度 • 2.稳定性 • 3.响应特性 • 4.工作频率
三、伺服系统的技术要求 1.系统精度 • 伺服系统精度指的是输出量复现输入信