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1、機電一體化系統(tǒng)設計基礎課程教學輔導第四章:伺服驅動系統(tǒng)的原理與種類一、教學建議通過文字教材掌握伺服驅動的基本原理,了解機電一體化伺服驅動系統(tǒng)的種類及其特性。流媒體課件第15 講介紹了機電一體化系統(tǒng)伺服驅動的基本原理、種類及其特性;在學習的過程中, 如果有學習的心得和體會, 請在課程論壇上和大家分享; 如果有什么疑惑,也可以在課程論壇尋找?guī)椭?。二、教學要求1掌握伺服驅動的基本原理一般來說,伺服系統(tǒng)組成框圖如圖1 所示。圖 1 伺服系統(tǒng)組成框圖( 1)控制器: 伺服系統(tǒng)中控制器的主要任務是根據(jù)輸入信號和反饋信號決定控制策略,控制器通常由電子線路或計算機組成。( 2)功率放大器:伺服系統(tǒng)中功率放大器
2、的作用是將信號進行放大,并用來驅動執(zhí)行機構完成某種操作,功率放大裝置主要由各種電力電子器件組成。( 3)執(zhí)行機構:執(zhí)行機構主要由伺服電動機或液壓伺服機構和機械傳動裝置等組成。( 4)檢測裝置:檢測裝置的任務是測量被控制量,實現(xiàn)反饋控制。無論采用何種控制方案,系統(tǒng)的控制精度總是低于檢測裝置的精度,因此要求檢測裝置精度高、線性度好、可靠性高、響應快。2了解機電一體化伺服驅動系統(tǒng)的種類及其特性( 1)根據(jù)使用能量的不同,可以分為電氣式、液壓式和氣壓式等幾種類型,特性如表1 所示。表 1伺服驅動系統(tǒng)的特點及優(yōu)缺點種類特點優(yōu)點缺點電可使用普通電源; 信號與動力操作簡便;編程容易;能實現(xiàn)定瞬時輸出功率大,
3、但過載能力差,由于某氣的傳送方向相同; 有交流和直位伺服;響應快、易與 CPU接口;種原因而卡住時,會引起燒毀事故,易受式流之別,須注意電壓之大小體積小,動力較大;無污染外部噪聲影響氣空氣壓力源的壓力為(57)氣源方便、成本低;無泄漏污染;功率小,體積大,動作不夠平穩(wěn);不易小壓× 105Pa;要求操作人員技術熟速度快、操作比較簡單型化;遠距離傳輸困難;工作噪聲大、難式練于伺服液要求操作人員技術熟練; 液壓輸出功率大, 速度快,動作平設備難于小型化; 液壓源或液壓油要求 (雜壓源的壓力為( 2080)× 105Pa穩(wěn),可實現(xiàn)定位伺服質、溫度、測量、質量)嚴格;易泄漏且式有污染
4、例 1:氣壓式伺服驅動系統(tǒng)常用在定位精度較高的場合使用。()說明:氣壓驅動雖可得到較大的驅動力、行程和速度,但由于空氣粘性差,具有可壓縮性,不能在定位精度較高的場合使用。故括號內(nèi)應填入“×”。( 2)伺服驅動系統(tǒng)按控制原理的不同還可以分為開環(huán)、全閉環(huán)和半閉環(huán)等伺服系統(tǒng)。開環(huán)伺服系統(tǒng)如圖 2 所示,若伺服驅動系統(tǒng)中沒有檢測反饋裝置則稱為開環(huán)伺服系統(tǒng)。開環(huán)伺服系統(tǒng)的精度較低,一般可達到0.01m 左右,且速度也有一定的限制,但其結構簡單、成本低、調(diào)整和維修都比較方便,另外由于被控量不以任何形式反饋到輸入端,所以其工作穩(wěn)定、 可靠,因此在一些精度、 速度要求不很高的場合,如線切割機、 辦公
5、自動化設備中得到了廣泛應用。圖 2 開環(huán)伺服系統(tǒng)全閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖 3 所示,全閉環(huán)伺服系統(tǒng)是由安裝在工作臺上的位置檢測裝置,將工作臺的直線位移轉換成電信號,并在比較環(huán)節(jié)與指令脈沖相比較,將所得的偏差值經(jīng)過放大,由伺服電機驅動工作臺向偏差減小的方向移動,直到偏差值等于零為止,定位精度可以達到亞微米量,是實現(xiàn)高精度位置控制的一種理想的控制方案。但由于全部的機械傳動鏈都被包含在位置閉環(huán)之中,機械傳動鏈的慣量、間隙、摩擦、剛性等非線性因素都會給伺服系統(tǒng)造成影響,從而使系統(tǒng)的控制和調(diào)試變得異常復雜,制造成本高。 因此, 全閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要用于高精密和大型的機電一體化設備。圖 3 全閉環(huán)伺服系統(tǒng)例 2:
6、閉環(huán)控制的驅動裝置中,絲杠螺母機構位于閉環(huán)之外,所以它的(D )。A回程誤差不影響輸出精度,但傳動誤差影響輸出精度B傳動誤差不影響輸出精度,但回程誤差影響輸出精度C回程誤差和傳動誤差都不會影響輸出精度D回程誤差和傳動誤差都會影響輸出精度說明:絲杠螺母機構位于閉環(huán)之后,其誤差的高頻分量和低頻分量都會影響輸出精度,因此要盡量消除其傳動間隙和傳動誤差。故括號內(nèi)應填入“D”。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中工作臺的位置通過電機上的傳感器或是安裝在絲桿軸端的編碼器間接獲得, 它與全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的區(qū)別在于檢測元件位于系統(tǒng)傳動鏈的中間,故稱為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。圖4 所示。由于部分傳動鏈在系統(tǒng)閉環(huán)之外,故其定位精度比全閉環(huán)的稍差。但由于測量角位移比測量線位移容易,并可在傳動鏈的任何轉動部位進行角位移的測
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