机电一体化 课件 4.1 机电一体化伺服驱动技术

4机电一体化伺服驱动技术任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术1伺服驱动系统的组成2伺服系统分类3输出接口装置任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术伺服驱动技术指执行系统和机构中的一些技术问题。伺服（Servo）即“伺候服侍”，是在控制指令的指挥下，控制执行元件，使机械系统的运动部件按照指令要求运动。伺服系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术伺服系统主要用于机械设备位置和速度的动态控制，加工中心的机械加工过程就是一个典型的伺服控制过程，位移传感器不断地将刀具进给的位移传送给计算机，通过与加工位置目标比较，计算机输出继续加工或停止加工的控制信号。任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术从自动控制理论的角度来分析，机电一体化的伺服控制系统一般由以下环节组成：

伺服系统组成原理框图1.伺服驱动系统的组成任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术（1）比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术

1.伺服驱动系统的组成（2）控制器通常是计算机或PID控制电路，主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。机电应用中，主要控制以下几种物理量：1）在机械系统中：力，扭矩、位移、速度；2）在电气系统中：电压、电流；3）在液压系统中：流量、压力。任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术1.伺服驱动系统的组成（3）执行元件作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术1.伺服驱动系统的组成（4）被控对象

是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体。一般包括传动系统、执行装置和负载。任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术1.伺服驱动系统的组成（5）检测环节是指能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲的装置。一般包括传感器和转换电路。无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是低于检测装置的精度。

在实际的伺服控制系统中，上述的每个环节在硬件特征上并不独立，可能几个环节在一个硬件中，如测速直流电机即是执行元件又是检测元件。任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术1.伺服驱动系统的组成伺服系统按伺服执行元件类型或其控制能源分，可分为三类：电动伺服系统、液动伺服系统、气动伺服系统伺服系统按伺服执行元件分类图2.伺服系统分类──（1）按伺服执行装置类型分类任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术典型执行元件

执行元件是将控制信号转换成机械运动和机械能量的转换元件。机电一体化伺服系统要求执行元件具有转动惯量小、输出动力大、便于控制、可靠性高和安装维护简便等特点。电气式、液压式和气动式执行元件是三种最常用的执行元件，下面我们对这三种执行元件分别进行分析。任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术

①电动伺服系统执行元件实现回转运动的有:直流电动机、交流电动机、步进电机

实现直线运动的有：直线电机；

实现开关或继电逻辑动作的有：电磁阀、继电器等。任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术2.伺服系统分类──（1）按伺服执行装置类型分类1)电动伺服系统②电动伺服系统特点

电动伺服系统获得能源容易，使用方便，与计算机接口方便。随着交流电动机变频调速与直线电动机新技术的发展，速度调整容易、响应快范围宽，不需要设置或少设置齿轮、同步带等传动机构，大大减化了机械设计，使机械设计向轻、小、灵发展，因而在机电一体化产品中获得广泛应用。任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术2.伺服系统分类──（1）按伺服执行装置类型分类1)电动伺服系统常见伺服驱动器与配套的电机产品任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术液动执行元件主要有液压控制器、液压伺服放大器、伺服阀及液压执行机构。液压伺服装置有：液压油缸、液压马达和液压伺服调节阀等。常用于大功率推动机械，如压延机、轧钢机、工程机械等。液动伺服系统缺点是：易漏油、占地面积大，动态响应不如伺服电动机。

任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术2.伺服系统分类──（1）按伺服执行装置类型分类2）液动伺服系统任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术2.伺服系统分类──（1）按伺服执行装置类型分类液动伺服系统的构成图液压伺服装置2）液动伺服系统3）气动伺服系统2.伺服系统分类──（1）按伺服执行装置类型分类任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术气动伺服系统由电源、空气压缩机、过滤器、气动控制器和执行器部分构成。气动执行元件有气压缸、气动马达、气动吸盘机、射钉枪等。气动伺服系统的构成3）气动伺服系统2.伺服系统分类──（1）按伺服执行装置类型分类任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术气动伺服系统突出优点是：气源方便、结构简单、动作快、不需要减速机构，适用于工件的夹紧、吸附、输送等生产自动线上。特别是在防燃、防爆要求高的地方获得广泛应用。气动伺服系统的缺点是：输出功率小、体积大、工作噪声大并且伺服控制难。气动伺服系统的构成

气动伺服装置任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术3）气动伺服系统2.伺服系统分类──（1）按伺服执行装置类型分类气动伺服系统系统的应用

任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术2.伺服系统分类──（1）按伺服执行装置类型分类3）气动伺服系统种类特点优点缺点电气式

可用商业电源；信号与动力传送方向相同；有交流直流之分；注意使用电压和功率。操作简便；编程容易；能实现定位伺服控制；响应快、易与计算机（CPU）连接；体积小、动力大、无污染。瞬时输出功率大；过载差；一旦卡死，会引起烧毁事故；受外界噪音影响大。气压式

气体压力源压力5~7×Mpa；要求操作人员技术熟练。气源方便、成本低；无泄露而污染环境；速度快、操作简便。功率小、体积大、难于小型化；动作不平稳、远距离传输困难；噪音大；难于伺服。液压式液体压力源压力20~80×Mpa；要求操作人员技术熟练。输出功率大，速度快、动作平稳，可实现定位伺服控制；易与计算机（CPU）连接。设备难于小型化；液压源和液压油要求严格；易产生泄露而污染环境。电气式、液压式和气动式执行元件的具体特点任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术伺服系统按有无检测传感器及传感器安装的位置可分为三种：开环、半闭环、全闭环伺服系统

开环伺服系统---未安装传感器，开环，步进电机作为执行元件，系统简单、经济。任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术2.伺服系统分类──（2）按检测反馈装置分类未安装传感器，开环，使用步进电机系统简单、经济半闭环伺服系统---安装有位置或速度检测传感器(如光电编码器)，但是不直接安装在运动机械如数控机床的刀架或工作台上，而是安装在与交、直流电动机内尾端同轴上或传动机构如滚珠丝杠付的未端，间接反映了运动机械位置或速度的变化量。任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术2.伺服系统分类──（2）按检测反馈装置分类在电机同轴上安装传感器，间接反映执行机构运动状态，半闭环，使用交、直流伺服电机，精度比开环高，系统稳定全闭环伺服系统---在运动机械上如工作台上安装传感器（光栅尺），包含传动机械误差，直接反映执行机构运动状态，全闭环，使用交、直流伺服电机，是精度最高的伺服系统。2.伺服系统分类──（2）按检测反馈装置分类任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术在执行机构上安装传感器，直接反映执行机构运动状态，全闭环，使用交、直流伺服电机，精度最高。

伺服系统按检测反馈装置特点分类图任务4.1认识机电一体化伺服驱动技术未安装传感器，开环，使用步进电机系统简单、经济在电机同轴上安装传感器，间接反映执行机构运动状态，半闭环，使用交、直流伺服电机，精度比开环高，系统稳定，常用在执行机构上安装传感器，直接反映执行机构运动状态，全闭环，使用交、直流伺服电机，精度最高。执行元件与负载之间的连接方式一般有两种形式：

（1）与负载固连，直接驱动；（2）通过不同的机械传动装置（如齿轮传动链、带传动）与负载相连。这些机械传动装置就是执行元件的输出接口装置。3.输出接口装置任务4.1认识机