關(guān)于伺服電機(jī)的使用有哪些關(guān)鍵問(wèn)題？伺服系統(tǒng)的基本要求及特點(diǎn)！
工業(yè)機(jī)器人電動(dòng)伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為三個(gè)閉環(huán)控制，即電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。一般情況下，對(duì)于交流伺服驅(qū)動(dòng)器，可通過(guò)對(duì)其內(nèi)部功能參數(shù)進(jìn)行人工設(shè)定而實(shí)現(xiàn)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等多種功能。
01 如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)？
主要視具體應(yīng)用情況而定，簡(jiǎn)單地說(shuō)要確定：負(fù)載的性質(zhì)（如水平還是垂直負(fù)載等），轉(zhuǎn)矩、慣量、轉(zhuǎn)速、精度、加減速等要求，上位控制要求（如對(duì)端口界面和通訊方面的要求），主要控制方式是位置、轉(zhuǎn)矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源，或電池供電，電壓范圍。據(jù)此以確定電機(jī)和配用驅(qū)動(dòng)器或控制器的型號(hào)。
02 選擇步進(jìn)電機(jī)還是伺服電機(jī)系統(tǒng)？
其實(shí)，選擇什么樣的電機(jī)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況而定，各有其特點(diǎn)。
03 如何配用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器？
根據(jù)電機(jī)的電流，配用大于或等于此電流的驅(qū)動(dòng)器。如果需要低振動(dòng)或高精度時(shí)，可配用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于大轉(zhuǎn)矩電機(jī)，盡可能用高電壓型驅(qū)動(dòng)器，以獲得良好的高速性能。
04 2相和5相步進(jìn)電機(jī)有何區(qū)別，如何選擇？
2相電機(jī)成本低，但在低速時(shí)的震動(dòng)較大，高速時(shí)的力矩下降快。5相電機(jī)則振動(dòng)較小，高速性能好，比2相電機(jī)的速度高30~50%，可在部分場(chǎng)合取代伺服電機(jī)。
05 何時(shí)選用直流伺服系統(tǒng)，它和交流伺服有何區(qū)別？
直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。
有刷電機(jī)成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬、控制容易、需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷）、產(chǎn)生電磁干擾、對(duì)環(huán)境有要求。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。
無(wú)刷電機(jī)體積小、重量輕、出力大、響應(yīng)快、速度高、慣量小、轉(zhuǎn)動(dòng)平滑、力矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長(zhǎng)壽命，可用于各種環(huán)境。
交流伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。
06 使用電機(jī)時(shí)要注意的問(wèn)題？
上電運(yùn)行前要作如下檢查：
電源電壓是否合適（過(guò)壓很可能造成驅(qū)動(dòng)模塊的損壞）；對(duì)于直流輸入的+/-極性一定不能接錯(cuò)，驅(qū)動(dòng)控制器上的電機(jī)型號(hào)或電流設(shè)定值是否合適（開(kāi)始時(shí)不要太大）；
控制信號(hào)線接牢靠，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最好要考慮屏蔽問(wèn)題（如采用雙絞線）；
不要開(kāi)始時(shí)就把需要接的線全接上，只連成最基本的系統(tǒng)，運(yùn)行良好后，再逐步連接。
一定要搞清楚接地方法，還是采用浮空不接。
開(kāi)始運(yùn)行的半小時(shí)內(nèi)要密切觀察電機(jī)的狀態(tài)，如運(yùn)動(dòng)是否正常，聲音和溫升情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即停機(jī)調(diào)整。
07 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，有時(shí)動(dòng)一下就不動(dòng)了或原地來(lái)回動(dòng)，運(yùn)行時(shí)有時(shí)還會(huì)失步，是什么問(wèn)題？
一般要考慮以下方面作檢查：
電機(jī)力矩是否足夠大，能否帶動(dòng)負(fù)載，因此我們一般推薦用戶選型時(shí)要選用力矩比實(shí)際需要大50%~100%的電機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不能過(guò)負(fù)載運(yùn)行，哪怕是瞬間，都會(huì)造成失步，嚴(yán)重時(shí)停轉(zhuǎn)或不規(guī)則原地反復(fù)動(dòng)。
上位控制器來(lái)的輸入走步脈沖的電流是否夠大（一般要>10mA），以使光耦穩(wěn)定導(dǎo)通，輸入的頻率是否過(guò)高，導(dǎo)致接收不到，如果上位控制器的輸出電路是CMOS電路，則也要選用CMOS輸入型的驅(qū)動(dòng)器。
啟動(dòng)頻率是否太高，在啟動(dòng)程序上是否設(shè)置了加速過(guò)程，最好從電機(jī)規(guī)定的啟動(dòng)頻率內(nèi)開(kāi)始加速到設(shè)定頻率，哪怕加速時(shí)間很短，否則可能就不穩(wěn)定，甚至處于惰態(tài)。
電機(jī)未固定好時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)此狀況，則屬于正常。因?yàn)椋瑢?shí)際上此時(shí)造成了電機(jī)的強(qiáng)烈共振而導(dǎo)致進(jìn)入失步狀態(tài)。電機(jī)必須固定好。
對(duì)于5相電機(jī)來(lái)說(shuō)，相位接錯(cuò)，電機(jī)也不能工作。
08 我想通過(guò)通訊方式直接控制伺服電機(jī)，可以嗎？
可以的，也比較方便，只是速度問(wèn)題，用于對(duì)響應(yīng)速度要求不太高的應(yīng)用。如果要求快速的響應(yīng)控制參數(shù)，最好用伺服運(yùn)動(dòng)控制卡，一般它上面有DSP和高速度的邏輯處理電路，以實(shí)現(xiàn)高速高精度的運(yùn)動(dòng)控制。如S加速、多軸插補(bǔ)等。
09 用開(kāi)關(guān)電源給步進(jìn)和直流電機(jī)系統(tǒng)供電好不好？
一般最好不要，特別是大力矩電機(jī)，除非選用比需要的功率大一倍以上的開(kāi)關(guān)電源。因?yàn)?，電機(jī)工作時(shí)是大電感型負(fù)載，會(huì)對(duì)電源端形成瞬間的高壓。而開(kāi)關(guān)電源的過(guò)載性能不好，會(huì)保護(hù)關(guān)斷，且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要，有時(shí)可能造成開(kāi)關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)器的損壞?？梢杂贸Ｒ?guī)的環(huán)形或R型變壓器變壓的直流電源。
10 想用±10V或4~20mA的直流電壓來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，可以嗎？
可以，但需要另外的轉(zhuǎn)換模塊。
11 有一個(gè)的伺服電機(jī)帶編碼器反饋，可否用只帶測(cè)速機(jī)口的伺服驅(qū)動(dòng)器控制？
可以，需要配一個(gè)編碼器轉(zhuǎn)測(cè)速機(jī)信號(hào)模塊。
12 伺服電機(jī)的碼盤(pán)部分可以拆開(kāi)嗎？
禁止拆開(kāi)，因?yàn)榇a盤(pán)內(nèi)的石英片很容易破裂，且進(jìn)入灰塵后，壽命和精度都將無(wú)法保證，需要專(zhuān)業(yè)人員檢修。
13 步進(jìn)和伺服電機(jī)可以拆開(kāi)檢修或改裝嗎？
不要，最好讓廠家去做，拆開(kāi)后沒(méi)有專(zhuān)業(yè)設(shè)備很難安裝回原樣，電機(jī)的轉(zhuǎn)定子間的間隙無(wú)法保證。磁鋼材料的性能被破壞，甚至造成失磁，電機(jī)力矩大大下降。
14 伺服控制器能夠感知外部負(fù)載的變化嗎？
如遇到設(shè)定阻力時(shí)停止、返回或保持一定的推力跟進(jìn)。
15 可以將國(guó)產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)器或電機(jī)和國(guó)外優(yōu)質(zhì)的電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器配用嗎？
原則上是可以的，但要搞清楚電機(jī)的技術(shù)參數(shù)后才能配用，否則會(huì)大大降低應(yīng)有的效果，甚至影響長(zhǎng)期運(yùn)行和壽命。最好向供應(yīng)商咨詢后再?zèng)Q定。
16 使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)安全嗎？
正常來(lái)說(shuō)這不是問(wèn)題，只要電機(jī)在所設(shè)定的速度和電流極限值內(nèi)運(yùn)行。因?yàn)殡姍C(jī)速度與電機(jī)線電壓成正比，因此選擇某種電源電壓不會(huì)引起過(guò)速，但可能發(fā)生驅(qū)動(dòng)器等故障。
此外，必須保證電機(jī)符合驅(qū)動(dòng)器的最小電感系數(shù)要求，而且還要確保所設(shè)定的電流極限值小于或等于電機(jī)的額定電流。
事實(shí)上，如果你能在你設(shè)計(jì)的裝置中讓電機(jī)跑地比較慢的話(低于額定電壓)，這是很好的。
以較低的電壓(因此比較低的速度)運(yùn)行會(huì)使得電刷運(yùn)轉(zhuǎn)反彈較少，而且電刷/換向器磨損較小，比較低的電流消耗和比較長(zhǎng)的電機(jī)壽命。
另一方面，如果電機(jī)大小的限制和性能的要求需要額外的轉(zhuǎn)矩及速度，過(guò)度驅(qū)動(dòng)電機(jī)也是可以的，但會(huì)犧牲產(chǎn)品的使用壽命。
17 如何為應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)墓╇婋娫矗?/p>
推薦選擇電源電壓值比最大所需的電壓高10%-50%。此百分比因Kt、Ke，以及系統(tǒng)內(nèi)的電壓降而不同。驅(qū)動(dòng)器的電流值應(yīng)該足夠傳送應(yīng)用所需的能量。記住驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓值與供電電壓不同，因此驅(qū)動(dòng)器輸出電流也與輸入電流不相同。為確定合適的供電電流，需要計(jì)算此應(yīng)用所有的功率需求，再增加5%。按I=P/V公式計(jì)算即可得到所需電流值。
推薦選擇電源電壓值比最大所需的電壓高10%-50%。此百分比因Kt、Ke，以及系統(tǒng)內(nèi)的電壓降而不同。驅(qū)動(dòng)器的電流值應(yīng)該足夠傳送應(yīng)用所需的能量。記住驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓值與供電電壓不同，因此驅(qū)動(dòng)器輸出電流也與輸入電流不相同。為確定合適的供電電流，需要計(jì)算此應(yīng)用所有的功率需求，再增加5%。按I=P/V公式計(jì)算即可得到所需電流值。
18 對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)器我可以選擇那種工作方式？
不同的模式并不全部存在于所有型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器中。
19 驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)如何接地？
如果在交流電源和驅(qū)動(dòng)器直流總線（如變壓器）之間沒(méi)有隔離的話，不要將直流總線的非隔離端口或非隔離信號(hào)的地接大地，這可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞和人員傷害。因?yàn)榻涣鞯墓搽妷翰⒉皇菍?duì)大地的，在直流總線地和大地之間可能會(huì)有很高的電壓。
在多數(shù)伺服系統(tǒng)中，所有的公共地和大地在信號(hào)端是接在一起的。多種連接大地方式產(chǎn)生的地回路很容易受噪音影響而在不同的參考點(diǎn)上產(chǎn)生流。
為了保持命令參考電壓的恒定，要將驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)地接到控制器的信號(hào)地。它也會(huì)接到外部電源的地，這將影響到控制器和驅(qū)動(dòng)器的工作（如：編碼器的5V電源）。
屏蔽層接地是比較困難的，有幾種方法。正確的屏蔽接地處是在其電路內(nèi)部的參考電位點(diǎn)上。這個(gè)點(diǎn)取決于噪聲源和接收是否同時(shí)接地，或者浮空。要確保屏蔽層在同一個(gè)點(diǎn)接地使得地電流不會(huì)流過(guò)屏蔽層。
20 減速器為什么不能和電機(jī)正好相配在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)？
如果考慮到電機(jī)產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)減速器的最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩，許多減速比會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)減速器的轉(zhuǎn)矩等級(jí)。
如果我們要設(shè)計(jì)每個(gè)減速器來(lái)匹配滿轉(zhuǎn)矩，減速器的內(nèi)部齒輪會(huì)有太多組合(體積較大、材料多)。
這樣會(huì)使得產(chǎn)品價(jià)格高，且違反了產(chǎn)品的“高性能、小體積”原則。
21 如何選用電動(dòng)缸、滑臺(tái)、精密平臺(tái)類(lèi)產(chǎn)品？其成本是如何計(jì)算的？
選擇致動(dòng)執(zhí)行器類(lèi)產(chǎn)品關(guān)鍵要看您對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)有什么樣的要求，可以根據(jù)您需要的應(yīng)用來(lái)確定具體運(yùn)動(dòng)參數(shù)等技術(shù)條件，這些參數(shù)要符合您的實(shí)際需要，既要滿足應(yīng)用要求并留有余地，也不要提得太高，否則其成本可能會(huì)數(shù)倍于標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品。舉例來(lái)說(shuō)，如果0.1mm精度夠用的話，就不要選0.01mm的參數(shù)。其它如負(fù)載能力、速度等也是如此。
另外一個(gè)給用戶的選型建議是，如果不是必須，推拉力或負(fù)重、速度、定位精度這三個(gè)主要參數(shù)不要同時(shí)要求很高，因?yàn)橹聞?dòng)執(zhí)行器是一個(gè)高精度高技術(shù)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，我們?cè)谠O(shè)計(jì)制造時(shí)需要從機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣性能、材料特性、材質(zhì)和處理方法等多方面考慮并選擇相應(yīng)的組成電機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制器和反饋裝置，以及不同精度等級(jí)的導(dǎo)軌、絲桿、支撐座和其它機(jī)械系統(tǒng)，使之達(dá)到需要的整體運(yùn)動(dòng)參數(shù)，可謂牽一發(fā)動(dòng)全身的產(chǎn)品。當(dāng)然，您有高要求的產(chǎn)品需要，我們還是可以滿足，只是成本會(huì)相應(yīng)的提高。
伺服系統(tǒng)的基本原理和數(shù)控應(yīng)用
伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)元件(或稱(chēng)執(zhí)行元件伺服電機(jī))組成，高性能的伺服系統(tǒng)還有檢測(cè)裝置，反饋實(shí)際的輸出狀態(tài)。
一.機(jī)電一體化及其機(jī)床電氣控制技術(shù)的發(fā)展概況
機(jī)電一體化技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新要求而迅速發(fā)展的。在控制方法上主要是從手動(dòng)到自動(dòng)；在控制功能上，是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜；在操作上，是由笨重到輕巧。隨著新的控制理論和新型電器及電子器件的出現(xiàn)，又為電氣控制技術(shù)的發(fā)展開(kāi)拓了新途徑。
傳統(tǒng)機(jī)床電氣控制是繼電器接觸式控制系統(tǒng)，由繼電器、接觸器、按鈕、行程開(kāi)關(guān)等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的啟動(dòng)、停車(chē)、有極調(diào)速等控制。繼電器接觸式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、抗干擾強(qiáng)、價(jià)格低，因此廣泛應(yīng)用于各類(lèi)機(jī)床和機(jī)械設(shè)備。目前，在我國(guó)繼電器接觸式控制仍然是機(jī)床和其他機(jī)械設(shè)備最基本的電氣控制形式之一。
在實(shí)際生產(chǎn)中，由于大量存在一些用開(kāi)關(guān)量控制的簡(jiǎn)單的程序控制過(guò)程，而實(shí)際生產(chǎn)工藝和流程又是經(jīng)常變化的，因而傳統(tǒng)的繼電器接觸式控制系統(tǒng)常不能滿足這種要求，因此曾出現(xiàn)了繼電器接觸控制和電子技術(shù)相結(jié)合的控制裝置，叫做順序控制器。它能根據(jù)生產(chǎn)需要改變控制程序，而又遠(yuǎn)比電子計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，它是通過(guò)組合邏輯元件插接或編程來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電器接觸控制的。但它的裝置體積大，功能也受到一定限制。隨著大規(guī)模集成電路和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，上述控制技術(shù)也發(fā)生了根本性的變化，在上世紀(jì)70年代出現(xiàn)了將計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)技術(shù)引入順序控制器，產(chǎn)生了新型工業(yè)控制器——可編程序控制器(PLC)，它兼?zhèn)淞擞?jì)算機(jī)控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點(diǎn)，故目前在世界各國(guó)已作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用裝置普遍應(yīng)用于工業(yè)控制。
為解決占機(jī)械總加工量80％左右的單件和小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化難題，50年代出現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床。它綜合應(yīng)用了電子、計(jì)算機(jī)、檢測(cè)、自動(dòng)控制和機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，它是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床經(jīng)過(guò)40年來(lái)的發(fā)展，品種日益增多，性能不斷完善，其中以輪廓控制的數(shù)控機(jī)床和帶有自動(dòng)換刀裝置和工作臺(tái)能自動(dòng)轉(zhuǎn)位的數(shù)控加工中心發(fā)展更為迅速。數(shù)控機(jī)床由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體等部分組成，其中伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控機(jī)床加工精度和生產(chǎn)率的主要因素之一。
二.伺服系統(tǒng)在數(shù)控加工中的作用及組成
在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，把輸出量能以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱(chēng)為隨動(dòng)系統(tǒng)，亦稱(chēng)伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱(chēng)為隨動(dòng)系統(tǒng)。
伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)元件(或稱(chēng)執(zhí)行元件伺服電機(jī))組成，高性能的伺服系統(tǒng)還有檢測(cè)裝置，反饋實(shí)際的輸出狀態(tài)。
數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的作用在于接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件跟隨指令脈沖運(yùn)動(dòng)，并保證動(dòng)作的快速和準(zhǔn)確，這就要求高質(zhì)量的速度和位置伺服。以上指的主要是進(jìn)給伺服控制，另外還有對(duì)主運(yùn)動(dòng)的伺服控制，不過(guò)控制要求不如前者高。數(shù)控機(jī)床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)往往主要取決于伺服系統(tǒng)。
三.伺服系統(tǒng)的基本要求和特點(diǎn)
1.對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求
(1)穩(wěn)定性好：穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過(guò)程后到達(dá)新的或者回復(fù)到原有平衡狀態(tài)。
(2)精度高：伺服系統(tǒng)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(shù)控機(jī)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(yīng)性好：快速響應(yīng)性是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之一，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，一方面要求過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短，一般在200ms以內(nèi)，甚至小于幾十毫秒；另一方面，為滿足超調(diào)要求，要求過(guò)渡過(guò)程的前沿陡，即上升率要大。
2.伺服系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
(1)精確的檢測(cè)裝置：以組成速度和位置閉環(huán)控制。
(2)有多種反饋比較原理與方法:根據(jù)檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)信息反饋的原理不同，伺服系統(tǒng)反饋比較的方法也不相同。目前常用的有脈沖比較、相位比較和幅值比較3種。
(3)高性能的伺服電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)伺服電機(jī))：用于高效和復(fù)雜型面加工的數(shù)控機(jī)床，伺服系統(tǒng)將經(jīng)常處于頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中。要求電機(jī)的輸出力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的比值大，以產(chǎn)生足夠大的加速或制動(dòng)力矩。要求伺服電機(jī)在低速時(shí)有足夠大的輸出力矩且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，以便在與機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分連接中盡量減少中間環(huán)節(jié)。
(4)寬調(diào)速范圍的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即速度伺服系統(tǒng)：從系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)看，數(shù)控機(jī)床的位置閉環(huán)系統(tǒng)可看作是位置調(diào)節(jié)為外環(huán)、速度調(diào)節(jié)為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其內(nèi)部的實(shí)際工作過(guò)程是把位置控制輸入轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的速度給定信號(hào)后，再通過(guò)調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際位移。數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)要求調(diào)速性能也比較高，因此要求伺服系統(tǒng)為高性能的寬調(diào)速系統(tǒng)。
四.伺服系統(tǒng)的分類(lèi)
伺服系統(tǒng)按其驅(qū)動(dòng)元件劃分，有步進(jìn)式伺服系統(tǒng)、直流電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)直流電機(jī))伺服系統(tǒng)、交流電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)交流電機(jī))伺服系統(tǒng)。按控制方式劃分，有開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)等，實(shí)際上數(shù)控系統(tǒng)也分成開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)3種類(lèi)型，就是與伺服系統(tǒng)這3種方式相關(guān)。
1.開(kāi)環(huán)系統(tǒng)
圖1是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖，它主要由驅(qū)動(dòng)電路，執(zhí)行元件和機(jī)床3大部分組成。常用的執(zhí)行元件是步進(jìn)電機(jī)，通常稱(chēng)以步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)為步進(jìn)式伺服系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，如果是大功率驅(qū)動(dòng)時(shí)，用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件。驅(qū)動(dòng)電路的主要任務(wù)是將指令脈沖轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件所需的信號(hào)。
2.閉環(huán)系統(tǒng)
閉環(huán)系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件、檢測(cè)單元、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)電路和機(jī)床5部分組成。其構(gòu)成框圖如圖2所示。在閉環(huán)系統(tǒng)中，檢測(cè)元件將機(jī)床移動(dòng)部件的實(shí)際位置檢測(cè)出來(lái)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)反饋給比較環(huán)節(jié)。常見(jiàn)的檢測(cè)元件有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁柵和編碼盤(pán)等。通常把安裝在絲杠上的檢測(cè)元件組成的伺服系統(tǒng)稱(chēng)為半閉環(huán)系統(tǒng)；把安裝在工作臺(tái)上的檢測(cè)元件組成的伺服系統(tǒng)稱(chēng)為閉環(huán)系統(tǒng)。由于絲杠和工作臺(tái)之間傳動(dòng)誤差的存在，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度要比閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低一些。
比較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路，控制執(zhí)行元件帶動(dòng)工作臺(tái)繼續(xù)移動(dòng)，直到跟隨誤差為零。根據(jù)進(jìn)入比較環(huán)節(jié)信號(hào)的形式以及反饋檢測(cè)方式，閉環(huán)(半閉環(huán))系統(tǒng)可分為脈沖比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)和幅值比較伺服系統(tǒng)3種。
由于比較環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)比較微弱，不足以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，故需對(duì)其進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)電路正是為此而設(shè)置的。
執(zhí)行元件的作用是根據(jù)控制信號(hào)，即來(lái)自比較環(huán)節(jié)的跟隨誤差信號(hào)，將表示位移量的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械位移。常用的執(zhí)行元件有直流寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)等。執(zhí)行元件是伺服系統(tǒng)中必不可少的一部分，驅(qū)動(dòng)電路是隨執(zhí)行元件的不同而不同的。
最近，我校研制開(kāi)發(fā)出了高性能交流伺服(數(shù)控機(jī)床)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，可廣泛應(yīng)用于數(shù)碼雕刻，包裝機(jī)械，模具生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用場(chǎng)合，更適用于高等學(xué)校機(jī)電一體化，電子電器，電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生(研究生)生產(chǎn)實(shí)習(xí)，課程設(shè)計(jì)等課程的實(shí)驗(yàn)研究。
五.伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向
隨著生產(chǎn)力不斷發(fā)展，要求伺服系統(tǒng)向高精度、高速度、大功率方向發(fā)展。
(1)充分利用迅速發(fā)展的電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用數(shù)字式伺服系統(tǒng)，利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制，增強(qiáng)軟件控制功能，排除模擬電路的非線性誤差和調(diào)整誤差以及溫度漂移等因素的影響，這可大大提高伺服系統(tǒng)的性能，并為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制創(chuàng)造條件。
(2)開(kāi)發(fā)高精度、快速檢測(cè)元件。
(3)開(kāi)發(fā)高性能的伺服電機(jī)(執(zhí)行元件)。目前交流伺服電機(jī)的變速比已達(dá)1∶10000，使用日益增多。無(wú)刷電機(jī)因無(wú)電刷和換向片零部件，加速性能要比直流伺服電機(jī)高兩倍，維護(hù)也較方便，常用于高速數(shù)控機(jī)床。
