伺服系統(tǒng)有什么設(shè)計要求？伺服電機(jī)的原理及分類介紹！
伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性，決定了其設(shè)計過程的復(fù)雜性。實(shí)際伺服系統(tǒng)的設(shè)計是很難一次成功的，往往都要經(jīng)過多次反復(fù)修改和調(diào)試才能獲得滿意的結(jié)果。下面僅對伺服系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟和方法作一簡單介紹。
伺服系統(tǒng)設(shè)計要求
1、穩(wěn)定性
伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性指在系統(tǒng)上的擾動信號消失后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行，或者在輸入的指令信號作用下，能夠達(dá)到的新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。
穩(wěn)定性要求是一項(xiàng)最基本的要求，是保證伺服系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的最基本條件。
2、精度
伺服系統(tǒng)的精度是指其輸出量復(fù)現(xiàn)輸入指令信號的精確程度。
系統(tǒng)中各個元件的誤差都會影響到系統(tǒng)的精度，如傳感器的靈敏度和精度、伺服放大器的零點(diǎn)漂移和死區(qū)誤差、機(jī)械裝置中的反向間隙和傳動誤差、各元器件的非線性因素等。反映在伺服系統(tǒng)_上就會表現(xiàn)出動態(tài)誤差、穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差，伺服系統(tǒng)應(yīng)在比較經(jīng)濟(jì)的條件下達(dá)到給定的精度。
3、快速響應(yīng)性
快速響應(yīng)性是指系統(tǒng)輸出量快速跟隨輸入指令信號變化的能力，它主要取決于系統(tǒng)的阻尼比和固有頻率可以提高快速響應(yīng)性，但對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和最大超調(diào)量有不利影響，因此系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)該對兩者進(jìn)行優(yōu)化，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)速度盡可能快。
4、靈敏度
系統(tǒng)各元件的參數(shù)變化等都會影響系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)對這些變化的靈敏度要小，即系統(tǒng)的性能應(yīng)不受參數(shù)變化的影響。具體措施為：對于開環(huán)系統(tǒng)，應(yīng)嚴(yán)格挑選各元件;對于閉環(huán)系統(tǒng)，對輸出通道中元件的挑選標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)放寬，對反饋通道的各元件必須嚴(yán)格挑選，以改善系統(tǒng)的靈敏度。
伺服系統(tǒng)設(shè)計步驟及方法
1、設(shè)計要求分析，系統(tǒng)方案設(shè)計
首先對伺服系統(tǒng)的設(shè)計要求進(jìn)行分析，明確其應(yīng)用場合和目的、基本性能指標(biāo)及其它性能指標(biāo)，然后根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件擬定幾種技術(shù)方案，經(jīng)過評價、對比，選定一種比較合理的方案。
方案設(shè)計應(yīng)包括下述一些內(nèi)容：控制方式選擇；執(zhí)行元件選擇；傳感器及其檢測裝置選擇；機(jī)械傳動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇等。方案設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的第一步，各構(gòu)成環(huán)節(jié)的選擇只是初步的，還要在詳細(xì)設(shè)計階段進(jìn)一步修改確定。
2、系統(tǒng)性能分析
方案設(shè)計出來后，盡管各具體結(jié)構(gòu)參數(shù)還沒有確定，也應(yīng)先根據(jù)基本結(jié)構(gòu)形式對其基本性能進(jìn)行初步分析。
首先畫出系統(tǒng)方框圖，列出系統(tǒng)近似傳遞函數(shù)，并對傳遞函數(shù)及方框圖進(jìn)行化簡（一般應(yīng)簡化成二階以下系統(tǒng)），然后在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)穩(wěn)定性、精度及快速響應(yīng)性進(jìn)行初步分析，其中最主要的是穩(wěn)定性分析，如不能滿足設(shè)計要求，應(yīng)考慮修改方案或增加校正環(huán)節(jié)。
3、執(zhí)行元件及傳感器的選擇
方案設(shè)計只是對執(zhí)行元件及傳感器進(jìn)行了初步選型，這一步應(yīng)根據(jù)具體速度、負(fù)載及精度要求來具體確定執(zhí)行元件及傳感器的參數(shù)和型號。
4、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計
機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計包括機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)及參數(shù)的設(shè)計，設(shè)計中應(yīng)注意消除各種傳動間隙，盡量提高系統(tǒng)剛度、減小慣量及摩擦，尤其在設(shè)計執(zhí)行機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌時要防止會產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象。
5、控制系統(tǒng)設(shè)計
控制系統(tǒng)沒計包括信號處理及放大電路、校正裝置、伺服電動機(jī)驅(qū)動電路等的詳細(xì)設(shè)計，如果采用計算機(jī)數(shù)字控制，還應(yīng)包括接口電路及控制器算法軟件的設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計中應(yīng)注意各環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇及與機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)的匹配，以使系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度和快速響應(yīng)性，并滿足精度要求。
6、系統(tǒng)性能復(fù)查
所有結(jié)構(gòu)參數(shù)確定之后，可重新列出系統(tǒng)精確的傳遞函數(shù)，但實(shí)際的伺服系統(tǒng)一般都是高階系統(tǒng)，因而還應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)化簡，才可進(jìn)行性能復(fù)查。經(jīng)過復(fù)查如發(fā)現(xiàn)性能不夠理想，則可調(diào)整控制系統(tǒng)的參數(shù)或修改算法，甚至重新設(shè)計，直到滿意為止。
7、系統(tǒng)測試實(shí)驗(yàn)
上述設(shè)計與分析都還處于理論階段，實(shí)際系統(tǒng)的性能，還需通過測試實(shí)驗(yàn)來確定。測試實(shí)驗(yàn)可在模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行，也可在試制的樣機(jī)上進(jìn)行。通過測試實(shí)驗(yàn)，往往還會發(fā)現(xiàn)一些問題，必須采取措施加以解決。
8、系統(tǒng)設(shè)計定案
經(jīng)過上述7個步驟及其中多次反復(fù)而得到滿意的結(jié)果后，可以將設(shè)計方案確定下來，然后整理設(shè)計圖樣及設(shè)計計算說明書等技術(shù)文件，準(zhǔn)備投入正式生產(chǎn)。
伺服電機(jī)的原理、分類及與步進(jìn)電機(jī)的區(qū)別
什么是伺服電機(jī)？
伺服電動機(jī)也可以叫做執(zhí)行電動機(jī)，是自動控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，其工作是把收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角速度輸出或者角位移輸出。
自從伺服電機(jī)推出以來，伺服電機(jī)已經(jīng)在許多行業(yè)中證明了其相當(dāng)有用。多年來，伺服電機(jī)一直參與完成大的任務(wù)。它們的尺寸可能很小，但是它們非常強(qiáng)大而且節(jié)能。有了這些特點(diǎn)，伺服電機(jī)廣泛用于遙控玩具車，飛機(jī)，機(jī)器人和各種工業(yè)設(shè)備。近年來伺服電機(jī)也被用于工業(yè)應(yīng)用，在線制造工廠，制藥服務(wù)，機(jī)器人和食品服務(wù)行業(yè)。
伺服電機(jī)有幾種分類？
有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)兩種分類，其主要特點(diǎn)是當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象；轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。
直流伺服電機(jī)是小型應(yīng)用的理想選擇，但不能處理大電流浪涌。然而，交流伺服電機(jī)能夠應(yīng)對更高的電流浪涌，并在工業(yè)機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用。談到價格，直流電機(jī)比交流伺服更便宜，所以用得更多。此外，直流電機(jī)專門設(shè)計用于連續(xù)旋轉(zhuǎn)，這使其成為機(jī)器人運(yùn)動的理想選擇。
伺服電機(jī)的工作原理
伺服電機(jī)的工作原理比較簡單，但是其工作比較高效。伺服電路內(nèi)置在電機(jī)單元內(nèi)部，它使用一根通常配有齒輪的柔性軸。電信號控制電機(jī)，也決定軸的移動量。伺服電機(jī)內(nèi)部設(shè)置簡單：小型直流電機(jī)，控制電路和電位器。直流電機(jī)通過齒輪連接在控制輪上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電位器的電阻發(fā)生變化，控制電路能夠精確調(diào)節(jié)運(yùn)動和方向。
當(dāng)軸處于正確的(理想的)位置時，電機(jī)停止供電。如果軸沒有停在目標(biāo)的位置，電動機(jī)一直運(yùn)轉(zhuǎn)，直到進(jìn)入正確的方向。目標(biāo)的位置通過使用電脈沖的信號線傳送。所以，電機(jī)的速度與實(shí)際和理想的位置成正比。當(dāng)電機(jī)接近所需位置時，電機(jī)開始緩慢轉(zhuǎn)動，但電機(jī)轉(zhuǎn)到最遠(yuǎn)時，轉(zhuǎn)速很快。換句話說，伺服電機(jī)只需要盡可能快地完成任務(wù)，這使得它們成為高效率的設(shè)備。
交流伺服電動機(jī)在沒有控制電壓時，氣隙中只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子上沒有啟動轉(zhuǎn)矩而靜止不動。當(dāng)有控制電壓且控制繞組電流和勵磁繞組電流不同相時，則在氣隙中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。但是對伺服電動機(jī)要求不僅是在控制電壓作用下就能啟動，且電壓消失后電動機(jī)應(yīng)能立即停轉(zhuǎn)。如果伺服電動機(jī)控制電壓消失后像一般單相異步電動機(jī)那樣繼續(xù)轉(zhuǎn)動，則出現(xiàn)失控現(xiàn)象，我們把這種因失控而自行旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為自轉(zhuǎn)。
傳統(tǒng)直流伺服電動機(jī)的基本工作原理與普通直流電動機(jī)完全相同，依靠電樞電流與氣隙磁通的作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動。通常采用電樞控制方式，即在保持勵磁電壓不變的條件下，通過改變電樞電壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。電樞電壓越小，則轉(zhuǎn)速越低；電樞電壓為零時，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。由于電樞電壓為零時電樞電流也為零，電動機(jī)不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，不會出現(xiàn)“自轉(zhuǎn)”。
伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)的區(qū)別
1.伺服是高速低扭矩，步進(jìn)是低速大扭矩
一般說來，伺服輕輕松松都能達(dá)到幾千的額定轉(zhuǎn)速。比如小功率伺服，也就是750W以內(nèi)的伺服，日系伺服額定3000轉(zhuǎn)，而歐系伺服甚至能到5000轉(zhuǎn)，6000轉(zhuǎn)。而步進(jìn)，由于自身的特性，一般也就五六百轉(zhuǎn)。但是它的扭矩卻比同規(guī)格的伺服大很多，大到都可以省略減速機(jī)了。其實(shí)步進(jìn)是很少加減速機(jī)的，就幾百的轉(zhuǎn)速，再加個減速機(jī)，那可真沒什么用了。
2.伺服法蘭是整的，步進(jìn)法蘭不是整的
伺服的法蘭都是10的倍數(shù)，比如40，60，80，110，180等，而步進(jìn)一般是42，57，86等，經(jīng)常在工程現(xiàn)場聽到42步進(jìn)，57步進(jìn)就是指法蘭尺寸。步進(jìn)和伺服的法蘭不是一個系列，這也是區(qū)分伺服還是步進(jìn)的一個重要因素。
3.伺服的加速時間可以忽略，步進(jìn)不能忽略
伺服的加速時間只有幾毫秒，完全可以忽略不計，而步進(jìn)電機(jī)的加速時間，有幾百毫秒，不要小看這點(diǎn)差距，雖然我們用直覺感受不出來，但是它卻對機(jī)械設(shè)備的節(jié)拍有著至關(guān)重要的影響。
4.伺服過載能力強(qiáng)，步進(jìn)幾乎沒有過載能力
伺服電機(jī)一般都有過載能力看比如180%，300%等，而步進(jìn)幾乎沒有什么過載能力。
5.伺服價格高，步進(jìn)便宜
這個就不說了，如果單單算重量，步進(jìn)和廢銅爛鐵價格差不多了，而伺服，相對來說價格很高。步進(jìn)主要用于速度不高，不頻繁啟停的場合，特別是安裝空間狹小的地方，甚至，我們可以把步進(jìn)當(dāng)做氣缸看待。而伺服，用的場合顯然比步進(jìn)更廣泛，比如頻繁啟停，各種高速設(shè)備等。
