01
什麽是伺服係統?
伺服係統(servomechanism)又稱隨動係統,是用來精確地跟隨或複現某個過程的反饋控製係統。伺服係統使物體的位置、
方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化的自動控製係統。它的主要任務是按控製命令的要求、對
功率進行放大、變換與調控等處理,使驅動裝置輸出的力矩、速度和位置控製非常靈活方便。
在很多情況下,伺服係統專指被控製量(係統的輸出量)是機械位移或位移速度、加速度的反饋控製係統,其作用是使輸出的
機械位移(或轉角)準確地跟蹤輸入的位移(或轉角),其結構組成和其他形式的反饋控製係統沒有原則上的區別。伺服係統最初
用於國防軍工,如火炮的控製,船艦、飛機的自動駕駛,導彈發射等,後來逐漸推廣到國民經濟的許多部門,如自動機床、無
線跟蹤控製等。
伺服係統主要作用有:
·以小功率指令信號去控製大功率負載;
·在沒有機械連接的情況下,由輸入軸控製位於遠處的輸出軸,實現遠距同步傳動;
·使輸出機械位移精確地跟蹤電信號,如記錄和指示儀表等。
02
伺服係統的分類
從係統組成元件的性質來看,有電氣伺服係統、液壓伺服係統和電氣-液壓伺服係統及電氣-電氣伺服係統等;
從係統輸出量的物理性質來看,有速度或加速度伺服係統和位置伺服係統等;
從係統中所包含的元件特性和信號作用特點來看,有模擬式伺服係統和數字式伺服係統;
從係統的結構特點來看,有單回伺服係統、多回伺服係統和開環伺服係統、閉環伺服係統。
伺服係統按其驅動元件劃分,有步進式伺服係統、直流電動機(簡稱直流電機)伺服係統、交流電動機(簡稱交流電機)伺服係統。
03
伺服係統的組成及基本要求
伺服係統主要由三部分組成:控製器、功率驅動裝置、反饋裝置和電動機。控製器按照數控係統的給定值和通過反饋裝置檢測
的實際運行值的差,調節控製量:功率驅動裝置作為係統的主回路,一方麵按控製量的大小將電網中的電能作用到電動機之上,
調節電動機轉矩的大小,另一方麵按電動機的要求把恒壓恒頻的電網供電轉換為電動機所需的交流電或直流電;電動機則按供電
大小拖動機械運轉。
伺服係統的基本要求是:
1.穩定性好
穩定是指係統在給定輸入或外界幹擾作用下,能在短暫的調節過程後到達新的或者回複到原有平衡狀態。
2.精度高
伺服係統的精度是指輸出量能跟隨輸入量的精確程度。作為精密加工的數控機床,要求的定位精度或輪廓加工精度通常都比
較高,允許的偏差一般都在0.01~0.00lmm之間。
3.快速響應性好
快速響應性是伺服係統動態品質的標誌之一,即要求跟蹤指令信號的響應要快,一方麵要求過渡過程時間短,一般在200ms
以內,甚至小於幾十毫秒;另一方麵,為滿足超調要求,要求過渡過程的前沿陡,即上升率要大。
04
伺服係統的特點
1.精確的檢測裝置
以組成速度和位置閉環控製。
2.有多種反饋比較原理與方法
根據檢測裝置實現信息反饋的原理不同,伺服係統反饋比較的方法也不相同。常用的有脈衝比較、相位比較和幅值比較3種。
3.高性能的伺服電動機
用於高效和複雜型麵加工的數控機床,伺服係統將經常處於頻繁的啟動和製動過程中。要求電機的輸出力矩與轉動慣量的比值
大,以產生足夠大的加速或製動力矩。要求伺服電機在低速時有足夠大的輸出力矩且運轉平穩,以便在與機械運動部分連接中
盡量減少中間環節。
4.寬調速範圍的速度調節係統
即速度伺服係統:從係統的控製結構看,數控機床的位置閉環係統可看作是位置調節為外環、速度調節為內環的雙閉環自動控製
係統,其內部的實際工作過程是把位置控製輸入轉換成相應的速度給定信號後,再通過調速係統驅動伺服電機,實現實際位移。
數控機床的主運動要求調速性能也比較高,因此要求伺服係統為高性能的寬調速係統。