伺服基础培训资料

1、12AC 伺服机制系统伺服系伺服系统统的分的分类类伺服的概述伺服的概述伺服系伺服系统统的基本构成的基本构成伺服的工作原理伺服的工作原理伺服的控制方式伺服的控制方式伺服的伺服的应应用用课程大纲31.1 伺服的概述来源于动词来源于动词；服从服从、服务服务。根据目标值的指令根据目标值的指令, ,迅速地自动作出动作反映的电机迅速地自动作出动作反映的电机。伺服系统也可以称谓是伺服机构伺服系统也可以称谓是伺服机构。省略省略“机构机构”和和“机械装置机械装置”来看，伺服系统是有目的自行控制来看，伺服系统是有目的自行控制。所谓控制，是指按照目的运行。也就是不由人手带动某些装置，而是所谓控制，是指按照目的运行。

2、也就是不由人手带动某些装置，而是自己按照设定目的来控制对象自己按照设定目的来控制对象。什么是伺服什么是伺服41.2什么叫自动控制？自动控制的三种举例自动控制的三种举例: :处理连续变化的对象，如温度、圧力、流量。如将维持水位等数值作为控制对象。 通过电压和频率控制电线、纸和软片的张力、以及将水车和涡轮机的转速等保持到一定值作为控制对象。工作母机的刀台送行和机器人的运作、以及其他很多行业那样将机械的控制、物体的机械式的位置作为控制对象。 处理控制处理控制自动调整自动调整伺服系统伺服系统51.3什么叫伺服系统？生活中自动控制的例子生活中自动控制的例子u 水量（少、一半、7成程度、全满）u 需要时间

3、（需要点時間；快点；慢慢地）这个时候的人行动这个时候的人行动扭开关监视水龙头的水流调节开关的大小监视杯子里的水流当目标水量接近时关闭开关眼水道 脑：提出要 求、指示判断指示开关的关闭水量水流目標水量信息人根据杯子的水量、无意识地思考需要时间。指示：手（肌肉）指挥广州朗豪自动化科技6从系统组成元件的性质来看: 有电气伺服系统、液压伺服系统和电气-液压伺服系统及电气-电气伺服系统等从系统输出量的物理性质来看: 有速度或加速度伺服系统和位置伺服系统等从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来看: 有模拟式伺服系统和数字式伺服系统从系统的结构特点来看: 有单回伺服系统、多回伺服系统和开环伺服系统、闭环伺

4、服系统。7A、开环-即无位置反馈的系统其驱动元件主要是功率步进电机或液压脉冲马达。它的结构简单、易于控制，但缺点是精度差，低速不平稳，扭矩小。一般用于轻载负载变化不大或经济型数控机床上。B、闭环-误差控制随动随动系统数控机床进给系统的误差，是CNC输出的位置指令和机床工作台实际位置的差值。主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成。电机机械执行部件A相、B相C相、f、n CNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大8半闭环伺服系统半闭环伺服系统半闭环伺服系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部

5、件的实际位置。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元+-电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈9負荷負荷（球等球等）指令指令控制器控制器等等感应器数据感应器数据 ( (位置位置, ,状態）状態）駆動駆動（伺服马达伺服马达）控制控制 （伺服放大器伺服放大器）反馈反馈器器（感应器）（感应器）伺服马达伺服马达指令信号指令信号（位置、速度、（位置、速度、力矩力矩）反馈反馈信号信号（位置、完（位置、完成成信号、信号、状態信号）状態信号）10伺服放大器的构成伺服放大器的构成什么叫什么叫伺服放大器伺服放大器 把供给为了以如指示的旋转角和转速让伺服机制马达把供给

6、为了以如指示的旋转角和转速让伺服机制马达旋转的电力旋转的电力 （电压、电流）的装置称为伺服系统增幅（电压、电流）的装置称为伺服系统增幅容器或伺服系统放大器（容器或伺服系统放大器（Amplifier Amplifier ），简称为），简称为伺伺服系统放大器服系统放大器位置位置電流電流速度速度电流电流変換変換伺服电机伺服电机位置位置环环速度速度环环電流電流环环速度速度感应器感应器位置位置感应器感应器伺服系伺服系统统放大器放大器基本基本构成构成图图11 主回路部分主回路部分o 整流单元（四相限电源）o 逆变单元o 电流传感器功率单元IPM和PIM之分，有集成模块和分离IGBT结构伺服主回路和变频器的

7、最大区别是：1、过载倍数2、电流采样精度12特性步进电机系统伺服电机系统力矩范围中小力矩（一般在20Nm以下）小、中、大，全范围速度范围低（一般在2000RPM以下，大力矩电机小于1000RPM）高（可达6000RPM）,直流伺服电机更可达12万转/分控制方式主要是位置控制 多样化智能化的控制方式位置/转速/转矩方式平滑性低速时有振动（但用细分型驱动器则可明显改善）好，运行平滑精度一般较低，细分型驱动时较高高（具体要看反馈装置的分辨率）矩频特性高速时，力矩下降快力矩特性好，特性较硬 过载特性过载时会失步可310倍过载（短时）反馈方式大多数为开环控制，也可接编码器，防止失步闭环方式，编码器反馈编

8、码器类型光电型旋转编码器（增量型/绝对值型）光电型旋转编码器,旋转变压器型 响应速度一般快 耐振动好一般（旋转变压器型可耐振动）温升运行温度高一般 维护性基本可以免维护较好 价格低较高13伺服系统控制伺服系统控制14u位置位置控制控制通过对移动量（马达旋转数）的控制而达到任意目 标的位置。位置控制通常有以下两种情况：位置控制通常有以下两种情况： 控制只限于最终的位置的情况。（）控制移动中途的路线的情况。（轨迹控制、）位置位置环环速度环速度环电流环电流环M+脉冲脉冲列列+力矩力矩指令指令偏差偏差计数器计数器位置位置感应感应上位机速度指令速度指令15速度速度控制控制通过对转速控制而达到任意目任意目

9、标转速。标转速。在速度控制时，就算马达有负载，指令速度与实际速度差（稳定稳定速度速度偏差）偏差）为为。速度指令速度指令VcmdVcmd1000马达转速马达转速(min-1)(min-1)20产生力矩产生力矩速度速度感应感应放大器放大器速度环速度环电流环电流环M+速度指令速度指令（模拟量模拟量）+力矩指令力矩指令1.15速度控制输入：使之产生力矩的指令值16放大器放大器产生力矩产生力矩力矩指令力矩指令（不可控制转速不可控制转速）+负载扭矩产生扭矩马达被动停止负载扭矩产生扭矩马达自行控制停止负载扭矩产生扭矩停止负载力矩负载力矩TcmdTlTV0+Tps1.14力矩控制17马达轴马达轴转子转子（永久

10、磁石）（永久磁石）定子（线圈）定子（线圈）刹车（可选）刹车（可选）感应器感应器轴承轴承刹车刹车感应器感应器定子定子转子转子伺服电机的结构伺服电机的结构18伺服电机的编码器伺服电机的编码器（3）检测装置o 数字传感器 增量型和绝对型o 码盘刻线的差别o 绝对式编码器2的n次方道刻线，不受不受停电、干扰、速度、电气响应的影响的,尤其是高精度又要高速的情况下，增量细分是无法满足要求的。绝对法（绝对）的多结构的通道检测直绝对法（绝对）的多结构的通道检测直言不讳特殊代码到磁盘言不讳特殊代码到磁盘 。绝对绝对方式方式 增量增量方式方式 当光电编码器的轴转动时当光电编码器的轴转动时A A、B B两根线都产生

11、脉冲两根线都产生脉冲输出输出,A,A、B B两相脉冲相差两相脉冲相差9090度相位角，由此可测度相位角，由此可测出光电编码器转动方向与电机转速。如果出光电编码器转动方向与电机转速。如果A A相脉相脉冲比冲比B B相脉冲超前则光电编码器为正转相脉冲超前则光电编码器为正转, ,否则为反否则为反转转.Z .Z线为零脉冲线线为零脉冲线 。旋转盘构旋转盘构造造AB1920机械加工机械加工成型机成型机医疗器械医疗器械一般工业设备一般工业设备机器人机器人半导体设备半导体设备21伺服系统之应用o 数控机床的应用 同步能力，快速响应能力，低速稳态控制能力； 匹配NC控制器的能力，网络化能力等 中高端产品的供应商

12、集中在西门子、Fanuc等o 主要是强调轨迹控制和插补控制能力。22伺服系统之应用o 包装印刷行业的应用 同步控制能力，张力控制，网络化能力等； 横切功能：飞剪、追剪等； 电子凸轮功能 无轴（电子轴）传动技术，主要技术供应商为德国的博世力士乐、伦茨、日本的住友和奥地利的贝加莱，国内鲜有公司具备此能力，仅北人和松德在做无轴传动的研究开发。 主要是同步控制23多关节机器人多关节机器人伺服系统伺服系统腕轴腕轴、体、体轴轴、旋回、旋回轴等轴等轴轴使用使用绝对式编码器绝对式编码器光诊断设备光诊断设备CTCT、MRIMRI等床的旋转轴等床的旋转轴、床的床的上下上下轴轴、水平、水平轴轴24伺服系统伺服系统轴定位轴定位、以及搬送轴以及搬送轴使用多轴使用多轴25金属加工金属加工伺服系统伺服系统轴轴轴轴