伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理與種類(lèi)

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)輔導(dǎo)第四章：伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理與種類(lèi)一、教學(xué)建議l 通過(guò)文字教材掌握伺服驅(qū)動(dòng)的基本原理，了解機(jī)電一體化伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的種類(lèi)及其特性。l 流媒體課件第15講介紹了機(jī)電一體化系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)的基本原理、種類(lèi)及其特性；l 在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，如果有學(xué)習(xí)的心得和體會(huì)，請(qǐng)?jiān)谡n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(xué)要求1掌握伺服驅(qū)動(dòng)的基本原理一般來(lái)說(shuō)，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(wù)是根據(jù)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)決定控制策略，控制器通常由電子線路或計(jì)算機(jī)組成。（2）功率放大器：伺服系統(tǒng)中功率放大器的作用

2、是將信號(hào)進(jìn)行放大，并用來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由伺服電動(dòng)機(jī)或液壓伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)裝置等組成。（4）檢測(cè)裝置：檢測(cè)裝置的任務(wù)是測(cè)量被控制量，實(shí)現(xiàn)反饋控制。無(wú)論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是低于檢測(cè)裝置的精度，因此要求檢測(cè)裝置精度高、線性度好、可靠性高、響應(yīng)快。2了解機(jī)電一體化伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的種類(lèi)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(lèi)型，特性如表1所示。表1伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)種類(lèi)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電氣式可使用普通電源；信號(hào)與動(dòng)力的傳送方向相同；有交流和直流之別，須注意電壓之大小操作簡(jiǎn)便

3、；編程容易；能實(shí)現(xiàn)定位伺服；響應(yīng)快、易與CPU接口；體積小，動(dòng)力較大；無(wú)污染瞬時(shí)輸出功率大，但過(guò)載能力差，由于某種原因而卡住時(shí)，會(huì)引起燒毀事故，易受外部噪聲影響氣壓式空氣壓力源的壓力為（57）×105Pa；要求操作人員技術(shù)熟練氣源方便、成本低；無(wú)泄漏污染；速度快、操作比較簡(jiǎn)單功率小，體積大，動(dòng)作不夠平穩(wěn)；不易小型化；遠(yuǎn)距離傳輸困難；工作噪聲大、難于伺服液壓式要求操作人員技術(shù)熟練；液壓源的壓力為（2080）×105Pa輸出功率大，速度快，動(dòng)作平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)定位伺服 設(shè)備難于小型化；液壓源或液壓油要求（雜質(zhì)、溫度、測(cè)量、質(zhì)量）嚴(yán)格；易泄漏且有污染例1：氣壓式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常用在定位

4、精度較高的場(chǎng)合使用。（ ）說(shuō)明：氣壓驅(qū)動(dòng)雖可得到較大的驅(qū)動(dòng)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(chǎng)合使用。故括號(hào)內(nèi)應(yīng)填入“×”。（2）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按控制原理的不同還可以分為開(kāi)環(huán)、全閉環(huán)和半閉環(huán)等伺服系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)如圖2所示，若伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中沒(méi)有檢測(cè)反饋裝置則稱為開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的精度較低，一般可達(dá)到0.01m左右，且速度也有一定的限制，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)合，如線切割機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。圖2 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)全

5、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(tái)上的位置檢測(cè)裝置，將工作臺(tái)的直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，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(guò)放大，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向偏差減小的方向移動(dòng)，直到偏差值等于零為止，定位精度可以達(dá)到亞微米量，是實(shí)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(jī)械傳動(dòng)鏈都被包含在位置閉環(huán)之中，機(jī)械傳動(dòng)鏈的慣量、間隙、摩擦、剛性等非線性因素都會(huì)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(fù)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(jī)電一體化設(shè)備。圖3 全閉環(huán)伺服系統(tǒng)例2：閉環(huán)控制的驅(qū)動(dòng)裝置中，絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之外，所以它的（ D

6、 ）。A回程誤差不影響輸出精度，但傳動(dòng)誤差影響輸出精度B傳動(dòng)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(dòng)誤差都不會(huì)影響輸出精度D回程誤差和傳動(dòng)誤差都會(huì)影響輸出精度說(shuō)明：絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之后，其誤差的高頻分量和低頻分量都會(huì)影響輸出精度，因此要盡量消除其傳動(dòng)間隙和傳動(dòng)誤差。故括號(hào)內(nèi)應(yīng)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(tái)的位置通過(guò)電機(jī)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(cè)元件位于系統(tǒng)傳動(dòng)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(dòng)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(cè)量角位移比測(cè)量線位移容易，并可在傳動(dòng)鏈的任何轉(zhuǎn)動(dòng)部位進(jìn)行角位移的測(cè)