交流伺服运动控制系统论文.doc

伺服运动控制系统综述1、伺服系统的组成以及原理 伺服控制系统从基本结构来看，主要由五部分组成：控制器、被控对象、执行环节，检测环节和比较环节等。伺服运动控制系统，是在自动控制系统中，把输出量能以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统，也称为随动系统。1.1、伺服控制系统的分类伺服系统按照驱动元件划分，有步进式伺服系统、直流电动机伺服系统、交流电动机伺服系统。按照控制方式划分，有开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统等。按反馈比较控制方式划分，有脉冲、数字比较伺服系统、相位比较伺服系统、幅值比较伺服系统、全数字伺服系统。1.2、不同控制方式的伺服系统的论述开环系统：它主要由驱动电路，执行元件和被控对象3大部分组成。常用的执行元件是步进电机，通常称以步进电机作为执行元件的开环系统为步进式伺服系统，在这种系统中，没有加入反馈控制，故精度较低。 闭环系统：主要由执行元件、检测元件、比较环节、驱动电路和被控对象五部分组成。在闭环系统中，引入了检测元件，由于其把检测元件直接安装在被控对象上，故其构成的闭环系统能够补偿电机和被控对象之间的误差，使得该系统精度更高。半闭环系统：半闭环系统没有位置反馈，但有速度反馈的私服系统。此类系统只是把伺服电机的输出作为反馈，并不能补偿被控对象闭环外的传动误差，故其精度没有闭环高，但由于其易于实现和调试，因而得到广泛使用。1.3、伺服电机论述伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机是可以连续转动的电能-机械能转换装置。伺服电机强调电机的可控性，具有较强的过载能力，注重电机的调速性能以及位置控制的准确度。伺服电机是伺服控制系统的核心部件，因此，伺服电机在一定程度上决定了伺服控制系统的可靠性。伺服电机分为直流伺服电机和交流伺服电机。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，但需要维护，会产生电磁干扰；无刷电机体积小，重量轻，处力大，响应快，速度快，惯量小，转动平滑，力矩稳定，免维护，效率高，寿命长。交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机。交流伺服电机具有启动扭矩大，控制速度快，转速高，功率密度大，运行效率高等而被广泛应用。1.4、伺服运动控制系统的传感器论述伺服系统检测环节的主要任务是将被控物理量实时感知并将其转换为可用的标准电量。伺服运动控制系统中使用的传感器就是将与执行电机或控制对象相关的速度、位置等各种旋转或直线的机械、电气等输出量反馈给驱动控制器，使之与输入的命令进行比较，驱动控制器根据这些信息进行一定的计算处理，发布相应指令，指示执行电机更好的完成相应动作。按照系统的工作状态可以把用于伺服系统的传感器大致分为位置传感器和速度传感器。其中，可以用来检测系统行进的位置的位置传感器有电位器、光电位置传感器件（PSD）、电耦合器件（CCD）、光纤传感器、旋转变压器、感应同步器、光栅传感器、磁栅传感器等；用来检测系统的行进速度的速度传感器有旋转变压器、脉冲编码器、光电传感器件等。2、伺服控制系统在数控机床领域的应用数控机床的伺服系统作为一种实现切削刀具和工件间运动的进给驱动和执行机构，是数控机床的一个重要组成部分，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，其性能直接影响到机床的加工精度。采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器位置传感器检测机床运动部件的移动量，构成高精度的全闭环位置控制系统，通过全闭环的控制系统对机床的运动部件实时进行移动量或进给量的监控、修正，已达到机床高精度的移动定位或进给量控制。2.1 数控机床对伺服系统的要求（1）精度高。 伺服系统的定位精度是指输出量能复现输入量的精确程度。为了提高数控机床的精度，要求伺服系统定位精度和进给跟踪精度，并起着主要作用。（2）稳定性好。稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。要求伺服系统有较高的可靠性、稳定性。并且受电源、环境、负载等干扰小。（3）调速范围宽。调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比，对于一般的数控机床而言，要求分辨率为1um的情况下，进给伺服系统在0-24r/min进给速度范围内都能正常平稳工作。为提高功效，保证定位准确的前提下，减少机床辅助运行时间又要求机床能够以最快速的移动。（4）快速响应。响应特性是指系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度。快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。（5）低速大转矩。进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整个范围内都要保持这个转矩，主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制，且要求能够提供较大力矩。3、 伺服控制系统及其应用的发展综述 随着现代电机技术、现代电力电子技术、数字技术、微电子技术以及计算机技术等支撑技术的快速发展，交流伺服控制技术的发展得以极大的迈进，使得高精度、高可靠性的伺服控制系统成为了新的发展趋势。（1） 交流化。随着电机技术以及控制技术的发展，伺服电机由原来的直流伺服系统转化为交流伺服系统。交流伺服电机的市场占有率将会变得越来越大。（2） 数字化。随着数字技术和微处理技术的不断进步，以电力电子器件为主的伺服控制单元将被实用新型高速的微处理器和专用数字信号处理机完全取代，进而促进伺服系统的全数字化进程，实现全数字化，对实现软件伺服控制非常有利，有助于人工智能、最优控制等先进算法应用于伺服控制系统。（3） 高度集成化。新型的伺服系统 利用单一的、集成且功能强大的控制单元控制功能。对每一个控制单元，均可以通过软件对系统参数进行重新设置，以改变控制单元的性能满足不同的控制需求。可以通过接口和外部传感器连接，构成全闭环调节系统提高伺服控制系统的性能，高度集成化的同时，减少了控制系统的整体空间，使设备的安装、调试趋于简单化。（4） 小型化。通过功率场效应管、晶体管等功率器件等新型功率半导体器件的组合，形成智能的控制模块，将过温、过流、过压以及故障诊断等功能的模块化集成，使得功率控制模块趋于小型化发展。且检测传感器也趋于小型化发展，便于安装、维护。（5） 智能化。智能化是工业控制设备发展的大趋势，而伺服控制系统作为一种较高级的工业控制也不可避免的向智能化方向发展。智能化主要体现在以下几个方面：首先，参数记忆的功能，通过人机对话，可利用软件修改系统相应的参数，并可将数据保存到伺服单元中，可利用通信接口和上位机计算机来修改相关运行参数。其次，伺服系统具有自诊断功能，可以进行自身故障分析，将系统运行中出现的问题原因和诊断结果实时反应到用户界面，便于监控维护。最后，伺服系统具有参数自整定功能，伺服单元的自整定功能可以在是运行过程中，对系统内部参数进行自动整定，使设备达到最优化进程，这将是伺服系统必然的发展方向，避免了耗费大量的人力、物力。（6） 高抗干扰性。伺服系统需具备两方面的抗干扰能力，一是，自身具备抗周边其他设备的干扰；二是，伺服系统对周边的设备没有干扰。（7） 网络化。为适应工厂自动化的飞速发展，为适应工业局域网技术的发展趋势，专用的局域网接口和标准的串行通信接口在新型的伺服系统中都有配置，这些接口的设置增强了伺服单元同其他控制设备之间相互连接的能力。 综上所述，伺服系统发展的方向是为了满足产业应用的要求，伺服控制系统已经成为工业自动化的支撑性技术之一，将致力于数字化、智能化、网络化、高性能的方向发展，以便更好地为工业自动化高效的产能化服务。4、 对于伺服系统的个人认识伺服系统就是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标的任意变化的自动控制系统。其控制系统主要是以小功率的指令信号去控制大功率的负载，我觉得伺服控制系统的一大特点就是通过速度和位置的反馈构成闭环控制，使得伺服系统的精度和稳定性得到了很大的提高，保证了伺服控制系统能够在低速状态下保证转矩的输出，也能够在条件极其苛刻的情况下保证其精度以及可靠性。未来工业的发展对自动化装备的需求越来越大，对工业自动化的水平要求越来越高，而伺服系统是工业自动化的支撑技术之一，为了提高工业自动化高效的产能，将对伺服控制系统提出更高的要求。伺服电机的发展是伺服系统的关键，而伺服电机的控制很大程度决定了整个伺服系统的高低水平，决定着整个现代工业自动化装备水平的高低，因此伺服控制器的控制策略发展将作为发展伺服控制系统的核心。因此，作为一个自动化的专业人士，应该结合当前先进的电力电子技术以及数字技术等先进学科致力于研发更加高效、可靠的伺服控制器，在现代工业中，伺服控制系统主要应用于包括高精度的数控机床、机器人和其他广义的数控机床，如印刷机械、医疗设备、自动化流水线等这种专用设备，由于伺服控制系统具有如此广泛的应用，所以作为自动化的专业人才，应该应用当前最先进的伺服控制系统，开发出更加符合生产需要的工业自动化装备，使现代工业的自动化装备处于高效的运转状态。参考文献1 孙跃教授.交流伺服运动系统PPT课件；重庆大学.20162 舒志兵.交流伺服运动控制系统.北京；清华大学出版社.20063