閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)解決方案

第六章閉環(huán)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)定義伺服系統(tǒng)組成伺服系統(tǒng)要求及分類伺服系統(tǒng)控制環(huán)路伺服系統(tǒng)性能分析第六章閉環(huán)伺服系統(tǒng)（一）概念：1．伺服系統(tǒng)概念及分類P195～P1962．全閉環(huán)與半閉環(huán)P1963．伺服系統(tǒng)的控制環(huán)路P201～P2044．復(fù)合控制器P2095．?dāng)?shù)字PID控制算法P215（二）計(jì)算及簡單應(yīng)用：1．電流環(huán)、速度環(huán)傳遞函數(shù)2．位置環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)P2043．伺服剛度P2054．伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)P2065．輸入?yún)⒖贾噶畹膯挝浑A躍和單位斜坡及系統(tǒng)誤差P205伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)定義

以移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)（FeedServoSystem）位置指令位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)器速度檢測位置控制速度控制+—--電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋功率驅(qū)動(dòng)位置檢測—+伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服系統(tǒng)組成伺服系統(tǒng)組成

位置檢測裝置將檢測到的移動(dòng)部件的實(shí)際位移量進(jìn)行位置反饋，與位置指令信號進(jìn)行比較，將兩者的差值進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，變換成速度控制信號，控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到指令位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服系統(tǒng)組成基本工作原理伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服系統(tǒng)要求

1.調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性（在調(diào)速范圍內(nèi)）

調(diào)速范圍：RN=Fmax/Fmin一般要求：RN＞1000，且0.1mm/min≤Fmin＜1mm/min

穩(wěn)定性：指輸出速度的波動(dòng)要少，尤其是在低速時(shí)的平穩(wěn)性顯得特別重要。

2.位置精度高實(shí)際位移與指令位移的差值要小。位置精度一般為0.01～0.001mm，甚至可高至0.1μm。

3.穩(wěn)定性好即負(fù)載特性要硬，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化或承受外界干擾的情況下，輸出速度應(yīng)基本不變，而且保持平穩(wěn)均勻。

4.動(dòng)態(tài)響應(yīng)快即有高的靈敏度，達(dá)到最大穩(wěn)態(tài)速度的時(shí)間要短，一般要求在200～100ms，甚至小于幾十毫秒。動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快慢，反映了系統(tǒng)跟蹤精度的高低，直接影響輪廓加工精度的高低和加工表面質(zhì)量的好壞。伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)伺服系統(tǒng)分類伺服系統(tǒng)是一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)，按有無位置檢測和反饋有以下三種：

開環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置控制器脈沖串方向脈沖相電壓伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)組成

由控制器送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件，無需位置檢測裝置。系統(tǒng)的位置精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度、齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的導(dǎo)程或節(jié)距精度以及系統(tǒng)的摩擦阻尼特性。位置精度較低，其定位精度一般可達(dá)±0.02mm。如果采取螺距誤差補(bǔ)償和傳動(dòng)間隙補(bǔ)償?shù)却胧?，定位精度可提高到?.01mm。此外，由于步進(jìn)電機(jī)性能的限制，開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的進(jìn)給速度也受到限制，在脈沖當(dāng)量為0.01mm時(shí)，一般不超過5m/min。伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn)位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)器信號處理+—實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋功率驅(qū)動(dòng)—+編碼器伺服電機(jī)位置指令伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn)

將檢測裝置裝在伺服電機(jī)軸或傳動(dòng)裝置末端，間接測量移動(dòng)部件位移來進(jìn)行位置反饋的進(jìn)給系統(tǒng)稱為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，將編碼器和伺服電機(jī)作為一個(gè)整體，編碼器完成角位移檢測和速度檢測，用戶無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。這種形式的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)在機(jī)電一體化設(shè)備上得到廣泛的采用。位置指令位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)器速度檢測+—實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋功率驅(qū)動(dòng)位置檢測—+伺服電機(jī)測速發(fā)電機(jī)或編碼器伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成

將檢測裝置裝在移動(dòng)部件上，直接測量移動(dòng)部件的實(shí)際位移來進(jìn)行位置反饋的進(jìn)給系統(tǒng)稱為閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的全部誤差，而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)只能補(bǔ)償部分誤差，因此，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些。由于采用了位置檢測裝置，所以，閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的位置精度在其他因素確定之后，主要取決于檢測裝置的分辨率和精度。閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)因?yàn)椴捎昧宋恢脵z測裝置，所以在結(jié)構(gòu)上較開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜。另外，由于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分或全部包含在系統(tǒng)之內(nèi)，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的固有頻率、阻尼、間隙等將成為系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素，因此，閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試都較開環(huán)系統(tǒng)困難。伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)特征伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)

在全數(shù)字式伺服系統(tǒng)中，控制器直接將位置指令以數(shù)字信號的形式傳送給伺服驅(qū)動(dòng)裝置，伺服驅(qū)動(dòng)裝置本身具有位置和速度控制功能?？刂破髋c伺服驅(qū)動(dòng)裝置之間通過總線相互傳遞如下信息：位置指令和實(shí)際位置速度指令和實(shí)際速度轉(zhuǎn)矩指令和實(shí)際轉(zhuǎn)矩伺服系統(tǒng)及伺服電機(jī)參數(shù)伺服狀態(tài)和報(bào)警全數(shù)字式伺服系統(tǒng)

CNC第n軸伺服單元

第1軸伺服單元…………SMPC總線總線SMPC

控制器第n軸伺服單元

第1軸伺服單元…………SMPC總線總線SMPC伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)組成伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)特點(diǎn)1.系統(tǒng)的位置、速度和電流環(huán)節(jié)的調(diào)整由軟件實(shí)現(xiàn)。2.具有較高的動(dòng)、靜態(tài)特性。在檢測靈敏度、溫度漂移、噪聲及抗干擾等方面都優(yōu)于模擬式伺服系統(tǒng)。3.引入前饋控制，構(gòu)成了具有反饋和前饋復(fù)合控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。4.由于全數(shù)字式伺服系統(tǒng)采用總線通信方式，極大地減小了連接電纜，便于設(shè)備安裝和維護(hù)，提高了系統(tǒng)可靠性，同時(shí)通過顯示終端實(shí)時(shí)監(jiān)控伺服狀態(tài)。

當(dāng)前，全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)在機(jī)電一體化設(shè)備驅(qū)動(dòng)中得到了廣泛應(yīng)用。全數(shù)字式交流伺服可作速度、轉(zhuǎn)矩和位置控制，接受指令脈沖或模擬電壓指令信號，并自帶位置環(huán)，具有豐富的自診斷、報(bào)警功能。各控制參數(shù)通過以下方法用數(shù)字方式設(shè)定：

通過驅(qū)動(dòng)裝置上的顯示器和按鍵進(jìn)行設(shè)定通過驅(qū)動(dòng)裝置上的通信接口與上位機(jī)通信進(jìn)行設(shè)定通過可分離式編程器和驅(qū)動(dòng)裝置上的接口進(jìn)行設(shè)定伺服系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)控制器總線驅(qū)動(dòng)裝置顯示設(shè)定窗口編碼器信號線三相電源進(jìn)線伺服電機(jī)三相電源伺服概念：這是英文servo的諧音，念起來與外文的伺服發(fā)音差不多。但伺服這個(gè)字就是“侍候”，就是非常聽話，讓走到哪，就走到哪。在數(shù)控機(jī)床中，由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令脈沖，讓哪一個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)拖著工作臺(tái)動(dòng)，這一臺(tái)電動(dòng)機(jī)就動(dòng)，而且這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)的距離，完全按著計(jì)算機(jī)的指令行事，非常準(zhǔn)確無誤地完成指令要求的任