完善资料让更多小伙伴认识你，还能领取20积分哦，立即完善>
标签 > 伺服系统
伺服系统又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。
伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角），其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。伺服系统最初用于国防军工， 如火炮的控制， 船舰、飞机的自动驾驶，导弹发射等，后来逐渐推广到国民经济的许多部门，如自动机床、无线跟踪控制等。
伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角），其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。伺服系统最初用于国防军工， 如火炮的控制， 船舰、飞机的自动驾驶，导弹发射等，后来逐渐推广到国民经济的许多部门，如自动机床、无线跟踪控制等。
主要作用
1、以小功率指令信号去控制大功率负载；
2、在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动；
3、使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。
主要分类
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、闭环伺服系统。伺服系统按其驱动元件划分，有步进式伺服系统、直流电动机（简称直流电机）伺服系统、交流电动机（简称交流电机）伺服系统。
性能要求
对伺服系统的基本要求有稳定性、精度和快速响应性。稳定性好：作用在系统上的扰动消失后，系统能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指令信号作用下，系统能够达到新的稳定运行状态的能力，在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有平衡状态；精度高：伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。作为精密加工的数控机床，要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高，允许的偏差一般都在 0.01～0.00lmm之间；快速响应性好：有两方面含义，一是指动态响应过程中，输出量随输入指令信号变化的迅速程度，二是指动态响应过程结束的迅速程度。快速响应性是伺服系统动态品质的标志之一，即要求跟踪指令信号的响应要快，一方面要求过渡过程时间短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒；另一方面，为满足超调要求，要求过渡过程的前沿陡，即上升率要大。节能高：由于伺服系统的快速相应，注塑机能够根据自身的需要对供给进行快速的调整，能够有效提高注塑机的电能的利用率，从而达到高效节能。
主要结构
伺服系统主要由三部分组成：控制器，功率驱动装置，反馈装置和电动机。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量；功率驱动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，调节电动机转矩的大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电；电动机则按供电大小拖动机械运转。
主要特点
1、精确的检测装置：以组成速度和位置闭环控制；2、有多种反馈比较原理与方法：根据检测装置实现信息反馈的原理不同，伺服系统反馈比较的方法也不相同。常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较3种；3、高性能的伺服电动机（简称伺服电机）：用于高效和复杂型面加工的数控机床，伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大，以产生足够大的加速或制动力矩。要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转平稳，以便在与机械运动部分连接中尽量减少中间环节；4、宽调速范围的速度调节系统，即速度伺服系统：从系统的控制结构看，数控机床的位置闭环系统可看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统，其内部的实际工作过程是把位置控制输入转换成相应的速度给定信号后，再通过调速系统驱动伺服电机，实现实际位移。数控机床的主运动要求调速性能也比较高，因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。
主要参数
衡量伺服系统性能的主要指标有频带宽度和精度。频带宽度简称带宽，由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统的跟踪的快速性。带宽越大，快速性越好。伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。惯性越大，带宽越窄。一般伺服系统的带宽小于15赫，大型设备伺服系统的带宽则在1～2赫以下。自20世纪70年代以来，由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，使带宽达到50赫，并成功应用在远程导弹、人造卫星、精密指挥仪等场所。伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。因此，在伺服系统中必须采用高精度的测量元件，如精密电位器、自整角机、旋转变压器、光电编码器、光栅、磁栅和球栅等。此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，例如将测量元件（如自整角机）的测量轴通过减速器与转轴相连，使转轴的转角得到放大，来提高相对测量精度。采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。
典型机型
20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较：主要优势：1、无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低；2、定子绕组散热比较方便；3、惯量小，易于提高系统的快速性；4、适应于高速大力矩工作状态；5、同功率下有较小的体积和重量。主要劣势：1、永磁交流伺服系统采用了编码器检测磁极位置，算法复杂；2、交流伺服系统维修比较麻烦，因为电路结构复杂；3、交流伺服驱动器可靠性不如直流伺服，因为板件太过于精密。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行。高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。
伺服系统的组成和原理
伺服系统亦称随动系统，属于自动控制系统，用来控制被控对象的位置或转角，使其能自动地、连续地、精确地复现输入指令的变化规律。
随着微电子、电力半导体和电机制造技术的进步，高性能伺服系统在激光加工、机器人、数控车床、大规模集成电路制造办公自动化设备、雷达等高科技领域都有广泛应用。
因此，开展伺服系统的研究具有现实意义。
工具/原料
永磁伺服电动机
编码器
PLC
方法/步骤
伺服系统组成：
系统主要由触摸屏、PLC、伺服驱动器、永磁同步伺服电机组成，其中伺服电机是运动的执行机构，对其进行位置、速度和电流三环控制，从而达到用户的功能要求。
永磁同步伺服电机：
伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
分为直流和交流伺服电动机两大类，交流伺服电动机又分为异步伺服电动机和同步伺服电动机。
（1）调速范围宽，改变控制电压，要求伺服电动机的转速在宽广的范围内连续调节；
（2）机械特性和调节特性为线性，线性的机械特性和调节特性有利于提高控制系统的精度；
（3）无“自转”现象，伺服电动机在控制电压消失后，应立即停转；
（4）动态响应快，伺服电动机的机电时间常数要小，而它的堵转转矩要大，转动惯量要小小，改变控制电压时电机的转速能快速响应。
永磁同步电动机的空间矢量控制：
由于交流永磁伺服电机（PMSM） 采用的是永久磁铁励磁，其磁场可以视为是恒定，同时交流永磁伺服电机的电机转速就是同步转速即其转差为零，这些条件使得交流伺服驱动器在驱动交流永磁伺服电机时的数学模型的复杂程度得以大大的降低。
如图所示，可以看出，系统是基于测量电机的两相电流反馈（ la、lb） 和电机位置。将测得的相电流（la 、lb ） 结合位置信息，经坐标变化（从a ，b ，c 坐标系转换到转子d ，q 坐标系） ，得到 ld，lq 分量，分别进入各自的电流调节器。电流调节器的输出经过反向坐标变化（从d ，q 坐标系转换到a ，b ，c 坐标系） ，得到三相电压指令。控制芯片通过这三相电压指令，经过反向、延时后，得到6 路PWM 波输出到功率器件，控制电机运行。系统在不同指令输入方式下，指令和反馈通过相应的控制调节器，得到下一级的参考指令。在电流环中，d ，q 轴的转矩电流分量（ lq）是速度控制调节器的输出或外部给定。而一般情况下，磁通分量为零（ ld= 0） ，但是当速度大于限定值时，可以通过弱磁（ ld《 0） ，得到更高的速度值。
位置信号的检测-编码器：
编码器（encoder）是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者成为码盘，后者称码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，以电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“１”还是“０”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“１”还是“０”，通过“１”和“０”的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。
总结：
伺服系统选择控制方式，进行参数设置，完成伺服系统的相应控制过程。
设置合适的参数，使输出能够快速准确地复现输入信号，满足了伺服系统的高速、高精度的要求。
注意事项
伺服系统亦称随动系统，属于自动控制系统，用来控制被控对象的位置或转角，使其能自动地、连续地、精确地复现输入指令的变化规律。
伺服电机是运动的执行机构，对其进行位置、速度和电流三环控制
编码器把角位移或直线位移转换成电信号
伺服系统是火箭飞行控制的核心部件，类似于汽车的“方向盘”，负责通过接收电信号指令，实现精准的机械跟随动作，从而控制火箭按照预定轨道飞行。
一、伺服电机的作用与特点 伺服电机（Servo motor），作为伺服系统中的关键组件，扮演着控制机械元件运转的重要角色。它是一种高精度、高响应速度的电...
松下伺服驱动器惯量比的整定是一个重要的过程，它直接影响伺服系统的稳定性和控制精度。以下是整定松下伺服驱动器惯量比的一般步骤和注意事项： 一、准备阶段 了...
一、变频器的应用 变频器主要用于对电机的速度和力矩进行控制，特别适用于那些对速度控制和力矩控制要求不是很高的场合。它通过改变电源的频率和电压来调节电机的...
伺服系统的基本概念是准确、精确、快速定位。这一概念贯穿于伺服系统的设计理念和运行机制中。为了实现这一目标，伺服系统采用了多种先进的控制策略和技术手段。其...
伺服系统是一种高精度、高响应速度的控制系统，广泛应用于工业自动化、机器人、航空航天等领域。伺服系统的性能直接影响到设备的运行精度和稳定性。 伺服电机的性...
数控系统是数控机床的核心部分，它负责接收加工程序，进行数据处理和运算，控制机床各轴的运动，实现对工件的加工。根据数控系统的结构和功能，我们可以将其分为三...
伺服编码器线是否必须使用屏蔽线，这个问题的答案取决于具体的应用场景和系统要求。在某些情况下，使用屏蔽线可以提高系统的稳定性和可靠性，而在其他情况下，屏蔽...
在工业自动化和机器人技术领域，伺服系统的性能直接影响设备的精度和响应速度。作为伺服系统的核心部件，磁编码器的性能优劣直接决定了整个系统的表现。MT681...
智能伺服，精准控制：匠芯创科技M6800系列方案助力工业升级
NEWS匠芯创科技低压伺服硬件方案随着工业4.0的推进和智能制造的兴起，工业机器人和电子制造设备经历了迅猛发展。低压伺服系统作为关键动力与控制组件，提高...
基于EtherCAT转Profinet网关接汇川伺服系统操作模式控制技术方案
在工业自动化范畴，不同协议设备间的通信常成为技术难题。本文围绕EtherCAT主站向Profinet网关转换以连接汇川伺服系统的操作模式控制展开，从硬件...
伺服系统的使用场合 伺服系统以其高精度、高动态响应和闭环控制特性，广泛应用于需要精确运动控制的领域。以下是典型应用场景及案例说明： 1. 工业自动化与智...
伺服系统和PLC在工业自动化中都是重要组成部分，二者存在一定共同点，但区别更为明显，以下为你详细介绍： 共同点 应用领域关联：二者都广泛应用于工业自动化...
TMR的MT9523传感芯片在工业伺服系统动态精度补偿中应用
在工业自动化领域，伺服系统的动态精度直接决定了设备性能的上限。随着工业4.0时代的深入发展，传统的光电编码器和磁编码器在高速、高精度场景中逐渐暴露出响应...
在工业机器人关节以0.01mm精度重复定位时，在CT机每秒完成数十次旋转扫描时，伺服电机的稳定运转都依赖于一个关键组件——连接器系统。凌科电气LM12系...
近日，步科股份发布公告称，公司向特定对象发行股票申请已获上交所通过，该事项还需证监会作出同意注册的决定后方可实施。
CANOpen转PROFINET网关连接低压伺服系统是一个在工业自动化领域中常见的应用场景，以下是对该连接过程的详细解析： 一、准备工作 1. 硬件准备...
换一批
编辑推荐厂商产品技术软件/工具OS/语言教程专题
| 电机控制 | DSP | 氮化镓 | 功率放大器 | ChatGPT | 自动驾驶 | TI | 瑞萨电子 |
| BLDC | PLC | 碳化硅 | 二极管 | OpenAI | 元宇宙 | 安森美 | ADI |
| 无刷电机 | FOC | IGBT | 逆变器 | 文心一言 | 5G | 英飞凌 | 罗姆 |
| 直流电机 | PID | MOSFET | 传感器 | 人工智能 | 物联网 | NXP | 赛灵思 |
| 步进电机 | SPWM | 充电桩 | IPM | 机器视觉 | 无人机 | 三菱电机 | ST |
| 伺服电机 | SVPWM | 光伏发电 | UPS | AR | 智能电网 | 国民技术 | Microchip |
| 开关电源 | 步进电机 | 无线充电 | LabVIEW | EMC | PLC | OLED | 单片机 |
| 5G | m2m | DSP | MCU | ASIC | CPU | ROM | DRAM |
| NB-IoT | LoRa | Zigbee | NFC | 蓝牙 | RFID | Wi-Fi | SIGFOX |
| Type-C | USB | 以太网 | 仿真器 | RISC | RAM | 寄存器 | GPU |
| 语音识别 | 万用表 | CPLD | 耦合 | 电路仿真 | 电容滤波 | 保护电路 | 看门狗 |
| CAN | CSI | DSI | DVI | Ethernet | HDMI | I2C | RS-485 |
| SDI | nas | DMA | HomeKit | 阈值电压 | UART | 机器学习 | TensorFlow |
| Arduino | BeagleBone | 树莓派 | STM32 | MSP430 | EFM32 | ARM mbed | EDA |
| 示波器 | LPC | imx8 | PSoC | Altium Designer | Allegro | Mentor | Pads |
| OrCAD | Cadence | AutoCAD | 华秋DFM | Keil | MATLAB | MPLAB | Quartus |
| C++ | Java | Python | JavaScript | node.js | RISC-V | verilog | Tensorflow |
| Android | iOS | linux | RTOS | FreeRTOS | LiteOS | RT-THread | uCOS |
| DuerOS | Brillo | Windows11 | HarmonyOS |
关注我们的微信
下载发烧友APP
电子发烧友观察
版权所有 © 湖南华秋数字科技有限公司
长沙市望城经济技术开发区航空路6号手机智能终端产业园2号厂房3层（0731-88081133）
电子发烧友 （电路图） 湘公网安备43011202000918
工商网监
湘ICP备2023018690号-1
