《机电一体化系统设计》第4章伺服系统设计ppt课件.ppt

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1、伺服系统，也称为随动系统，是一种能够及时跟踪输入给定信号并产生动作，从而获得精确的位置、速度等输出的自动控制系统。伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变量通常是机械或位置的运动，它的根本任务是实现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量的某种状态能够自动、连续、精确地复现输入指令信号的变化规律。一、伺服系统概念按被控量的不同可以将伺服系统分为位置伺服系统、速度伺服系统，其中最常见的是位置伺服系统；按照控制方式，可将伺服系统分为开环、闭环、半闭环系统。（P25）根据执行器使用的动力源，可以将伺服系统分为电气伺服系统、液压伺服系

2、统和气压伺服系统等几种类型二、伺服系统类型例：数控机床伺服系统，由图可以看出，它与一般的反馈控制系统一样，也是由控制器、被控对象、反馈测量装置等部分组成。二、伺服系统类型对伺服系统的基本要求有稳定性、精度和快速响应性。稳定性是指作用在系统上的扰动消失后，系统能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指令信号作用下，系统能够达到新的稳定运行状态的能力。精度是伺服系统的一项重要的性能要求。它是指其输出量复现输入指令信号的精确程度。快速响应性是衡量伺服系统动态性能的另一项重要指标。快速响应性有两方面含义，一是指动态响应过程中，输出量跟随输

3、入指令信号变化的迅速程度，二是指动态响应过程结束的迅速程度。三、伺服系统的基本要求由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。A.B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。绝对型编码器（旋转型）绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻

4、线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。光栅传感器长光栅横向模尔条纹从图中不难看出。当光栅副间的夹角θ很小，且两光栅的栅距相等，都

5、为W时，莫尔条纹间距B为:由于θ值很小，条纹近似与栅线的方向垂直，故称为横向莫尔条纹。横向莫尔条纹重要特性:①莫尔条纹运动与光栅运动具有对应关系②莫尔条纹具有位移放大作用③莫尔条纹具有平均光栅误差作用原理图1退出4.2伺服系统执行元件及其控制一、执行元件类型及特点二、步进电机及其控制三、伺服电机及其控制1.电气执行元件电气执行元件包括直流(DC)伺服电机、交流（AC）伺服电机、步进电机以及电磁铁等，是最常用的执行元件。对伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态性能好，适合于频繁使用，便于维修等2．液压式执行元件液压式执行元件主

6、要包括往复运动油缸、回转油缸、液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点3．气压式执行元件气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。一、执行元件类型及特点1、工作原理：当第一个脉冲通入A相时，磁通企图沿着磁阻最小的路径闭合，在此磁场力的作用下，转子的1、3齿要和A级对齐。当下一个脉冲通入B相时，磁通同样要按磁阻最小的路径闭合，即2、4齿要和B级对齐，则

7、转子就顺逆时针方向转动一定的角度。二、步进电动机及其控制若通电脉冲的次序为A、C、B、A…，则不难推出，转子将以顺时针方向一步步地旋转。这样，用不同的脉冲通入次序方式就可以实观对步进电动机的控制。脉冲的数量控制电机的转角；脉冲的频率控制电机的转速；脉冲的通入次序控制电机的方向。定子绕组每改变一次通电方式，称为一拍。上述的通电方式称为三相单三拍。所谓“单”是指每次只有一相绕组通电；所谓“三拍”是指经过三次切换控制绕组的通电状态为一个循环。三、步进电动机及其控制2.性能参数(1)步距角步进电动机走一步所转过的角度称为步距角，可按下面公

8、式计算式中为步距角；为转子上的齿数；为步进电动机运行的拍数。同一台步进电动机，因通电方式不同，运行时步距角也是不同的三、步进电动机及其控制(2)启动频率和运行频率我们把不失步启动的最高脉冲频率称为启动频率，也称突跳频率，是步进电动机的一项重要性能指