伺服系统-PID经典的应用汇编

伺服系统
半闭环伺服系统
机电一体化技术
半闭环伺服系统组成
位置 指令 +
—
位置控制 调节器
+
—
速度控制 调节器
功率 驱动
实际位 置反馈
实际速 度反馈
信号处理
编码器
伺服电机
伺服系统
半闭环伺服系统
机电一体化技术
半闭环伺服系统特点
将检测装置装在伺服电机轴或传动装置末端， 间接测量移动部件位移来进行位置反馈的进给系统 称为半闭环伺服系统。 在半闭环伺服系统中，将编码器和伺服电机作 为一个整体，编码器完成角位移检测和速度检测， 用户无需考虑位置检测装置的安装问题。这种形式 的半闭环伺服系统在机电一体化设备上得到广泛的
较开环进给系统复杂。另外，由于机械传动机构部分或全部包含在系
统之内，机械传动机构的固有频率、阻尼、间隙等将成为系统不稳定 的因素，因此，闭环和半闭环系统的设计和调试都较开环系统困难。
伺服系统
全数字式伺服系统
机电一体化技术
全数字式伺服系统
在全数字式伺服系统中，控制器直接将位置指令以数字信 号的形式传送给伺服驱动装置，伺服驱动装置本身具有位置和速 度控制功能。 控制器与伺服驱动装置之间通过总线相互传递如下信息： 位置指令和实际位置
位置检测装置将检测到的移动部件的实 际位移量进行位置反馈，与位置指令信号进 行比较，将两者的差值进行位置调节，变换 成速度控制信号，控制驱动装置驱动伺服电 动机以给定的速度向着消除偏差的方向运动，
直到指令位置与反馈的实际位置的差值等于
零为止。
伺服系统
伺服系统要求
1.调速范围要宽且要有良好的稳定性（在调速范围内） 调速范围：RN=Fmax/Fmin 一般要求： RN ＞1000， 且 0.1 mm/min ≤ Fmin ＜1 mm/min 稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。 机电一体化技术
PC PC
PC PC
伺服系统
全数字式伺服系统
机电一体化技术
全数字式伺服系统特点
1. 系统的位置、速度和电流环节的调整由软件实现。 2. 具有较高的动、静态特性。在检测灵敏度、温度漂移、噪声及抗干扰等方面 都优于模拟式伺服系统。
3. 引入前馈控制，构成了具有反馈和前馈复合控制的系统结构。
4. 由于全数字式伺服系统采用总线通信方式，极大地减小了连接电缆，便于设 备安装和维护，提高了系统可靠性，同时通过显示终端实时监控伺服状态。 当前 ，全数字式交流伺服系统在机电一体化设备驱动中得到了广泛应用。 全数字式交流伺服可作速度、转矩和位置控制，接受指令脉冲或模拟电压指令 信号，并自带位置环，具有丰富的自诊断、报警功能。各控制参数通过以下方 法用数字方式设定： 通过驱动装置上的显示器和按键进行设定
伺服系统
伺服系统分类
机电一体化技术
伺服系统是一个位置随动系统，按有无位置
检测和反馈有以下三种：

开环伺服系统
半闭环伺服系统
闭环伺服系统
伺服系统
开环伺服系统
机电一体化技术
开环伺服系统组成
脉冲串
控制器 方向脉冲
步进驱 动装置
相电压
步进电机
伺服系统
开环伺服系统
机电一体化技术
开环伺服系统特点
以移动部件的位置和速度作为控制量的 自动控制系统。
伺服系统
伺服系统组成
机电一体化技术
伺服系统组成
位置控制 速度控制 + 速度控制 位置控制 + -调节器 调节器 — —
实际速度反馈 速度检测 电机 实际位置反馈 位置检测
位置 指令
功率 驱动
机械传动机构
伺服系统
伺服系统组成
机电一体化技术
基本工作原理
采用。
伺服系统
闭环伺服系统
机电一体化技术
闭环伺服系统组成
位置 + 指令
—
位置控制 调节器
+
—
速度控制 调节器
功率 驱动
实际速 度反馈 速度检测
测速发电机 或编码器
实际位置反馈
位置检测
伺服电机
伺服系统
闭环伺服系统
机电一体化技术
闭环伺服系统特征
将检测装置装在移动部件上，直接测量移动部件的实际位移来进


速度指令和实际速度
转矩指令和实际转矩 伺服系统及伺服电机参数 伺服状态和报警
伺服系统
全数字式伺服系统
机电一体化技术
全数字式伺服系统组成 总线 总线 总线 总线 …… ……
控制器 CNC
1 轴伺服单元 第第 1 轴伺服单元
n 轴伺服单元 第第 n 轴伺服单元
SM SM
…… ……
SM SM
由控制器送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，
驱动步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件，无需
位置检测装置。 系统的位置精度主要取决于步进电机的角位移精度、齿轮丝杠等传 动元件的导程或节距精度以及系统的摩擦阻尼特性。 位置精度较低，其定位精度一般可达±0.02mm。如果采取螺距误 差补偿和传动间隙补偿等措施，定位精度可提高到±0.01mm 。此外， 由于步进电机性能的限制，开环进给系统的进给速度也受到限制，在脉 冲当量为0.01mm时，一般不超过5m/min。
2. 位置精度高 3.稳定性好
实际位移与指令位移的差值要小。位置精度一般为0.01～ 即负载特性要硬，当负载发生变化或承受外界干扰的情况下，
0.001mm，甚至可高至0.1μm。 输出速度应基本不变，而且保持平稳均匀。 4.动态响应快 即有高的灵敏度，达到最大稳态速度的时间要短，一般要求 在200～100ms，甚至小于几十毫秒。动态响应的快慢，反映了系统跟踪精度的 高低，直接影响轮廓加工精度的高低和加工表面质量的好坏。
行位置反馈的进给系统称为闭环伺服系统。
闭环伺服系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环伺服 系统只能补偿部分误差，因此，半闭环伺服系统的精度比闭环系统的
精度要低一些。
由于采用了位置检测装置，所以，闭环进给系统的位置精度在其 他因素确定之后，主要取决于检测装置的分辨率和精度。 闭环和半闭环伺服系统因为采用了位置检测装置，所以在结构上
机 电 一 体 化 技 术
伺服系统
Biblioteka Baidu
伺服系统定义 伺服系统组成 伺服系统要求及分类 开环伺服系统 闭环伺服系统 半闭环伺服系统 全数字式伺服系统 现场总线 伺服系统参数 机电匹配 伺服电机运行模式
伺服系统
定 义
机电一体化技术
伺服系统（Feed Servo System）
通过驱动装置上的通信接口与上位机通信进行设定