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伺服系统浅析,伺服系统的分类、结构组成与技能要求

伺服系统浅析,伺服系统的分类、结构组成与技术要求-伺服系统,亦称随动系统,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、速度或力输出的自动控制系统。大多数伺服系统具有检测反馈回路,因而伺服

  伺服体系,亦称随动体系,是一种可以盯梢输入的指令信号进行动作,然后取得准确的方位、速度或力输出的主动操控体系。大多数伺服体系具有检测反应回路,因而伺服体系是一种反应操控体系。依照反应操控理论,伺服体系需不断检测在各种扰动效果下被控目标输出量的改动,与指令值进行比较,并用两者的差错值对体系进行主动调理,以消除差错,使被控目标输出量一直盯梢输入的指令值。

  伺服体系是依据输入的指令值与输出的物理量之间的差错进行动作操控的。因而伺服体系的作业进程是一个差错不断发生,又不断消除的动态过渡进程。

  伺服操控的实例随处可见,如工人操作机床进行加工时,必须用眼睛一直调查加工进程的进行状况,通过大脑对来自眼睛的反应信息进行处理,决议下一步怎么操作,然后通过手摇摆手轮,驱动作业台上的工件或刀具来履行大脑的决议计划,消除加工进程中呈现的差错,终究加工出符合要求的工件。在这个比如中,检测、反应与操控等功用是通过人来完结的,而在伺服体系中,这些功用都要通过传感器、操控及信息处理设备等来加以完结。如数控机床的伺服体系中,方位检测传感器、数控设备和伺服电动机别离替代了人的眼睛、大脑和手的功用。

  许多机电一体化产品(如数控机床、工业机器人等),需求对输出量进行盯梢操控,因而伺服体系是机电一体化产品的一个重要组成部分,并且往往是完结某些产品意图功用的主体。伺服体系中离不开机械技能和电子技能的归纳运用,其功用是通过机电结合才得以完结的,因而,伺服体系自身便是一个典型的机电一体化体系。

  

  伺服体系的分类

  按调理理论分类

  1.开环伺服体系

  开环伺服体系即无方位反应的体系,其驱动元件首要是功率步进电机或液压脉冲马达。这两种驱动元件的作业原理的本质是数字脉冲到视点位移的改换,它不必方位检测元件完结定位,而是靠驱动设备自身,转过的视点正比与指令脉冲的个数;运动速度由进给脉冲的频率决议。

  

  开环伺服体系的结构简略,易于操控,但精度差,低速不平稳,告知扭矩小。一般用于轻载负载改动不大或经济型数控机床上。

  2.闭环伺服体系

  闭环伺服体系是差错操控随动随动体系。数控机床进给体系的差错,是CNC输出的方位指令和机床作业台(或刀架)实践方位的差值。闭环体系运动履行元件不能反映运动的方位,因而需求有方位检测设备。该设备测出实践位移量或许实践所在的方位,并将丈量值反应给CNC设备,与指令进行比较,求得差错,顺次构成闭环方位操控。

  

  因为闭环伺服体系是反应操控,反应丈量设备精度很高,所以体系传动链的差错,环内各元件的差错以及运动中形成的差错都可以得到补偿,然后大大进步了跟从精度和定位精度。

  3.半闭环体系

  方位检测元件不直接安装在进给坐标的终究运动部件上,而是中心通过机械传动部件的方位转化,称为间接丈量。亦即坐标运动的传动链有一部分在方位闭环以外,在环外的传动差错没有得到体系的补偿,因而这种伺服体系的精度低于闭环体系。

  

  半闭环和闭环体系的操控结构是共同的,不同点仅仅闭环体系环内包含较多的机械传动部件,传动差错均可被补偿。理论上精度可以到达很高。但因为受机械变形、温度改动、振荡以及其它要素的影响,体系安稳性难以调整。此外,机床运转一段时间后,因为机械传动部件的磨损、变形以及其它要素的改动,简单使体系安稳性改动,精度发生改动。因而,现在运用半闭环体系较多。只在具有传动部件紧密度高、功用安稳、运用进程温差改动不大的高精度数控机床上运用全闭环伺服体系。

  按运用直流伺服电机和沟通伺服电机分按运用驱动元件分类

  1.直流伺服体系

  直流伺服体系常用的伺服电机有小惯量直流伺服电机和永磁直流伺服电机(也称为大惯量宽调速直流伺服电机)。小惯量伺服电机最大极限地减少了电枢的转动惯量,所以能取得最好的快速性。小惯量伺服电机一般都规划成有高的额外转速和低的惯量,所以使用时,要通过中心机械传动(如齿轮副)才能与丝杠相连接。

  2.沟通伺服体系

  沟通伺服体系运用沟通异步伺服电机和永磁同步伺服电机。因为直流伺服电机存在着固有的圈点,使其使用环境受到限制。沟通伺服电机没有这些缺陷,且转子惯量较直流电机小,使得动态呼应好。另外在同体积条件下,沟通电机的输出功率可比直流电机进步10%~70%。还有沟通电机的容量可以比直流电机造的大,到达更高的转速和电压。

  按进给驱动和主轴驱动分类

  1.进给伺服体系

  进给伺服体系是指一般概念的伺服体系,它包含速度操控环和方位操控环。进给伺服体系完结各坐标轴的进给运动,具有定位和归纳盯梢功用。

  

  2.主轴伺服体系

  严格来说,一般的主轴操控仅仅一个速度操控体系。首要完结主轴的旋转运动,供给切削进程中的转矩和功率,且确保恣意转速的调理,完结在转速规模内的无极变速。具有C轴操控的主轴与进给伺服体系相同,为一般概念的方位伺服操控体系。

  伺服体系的结构组成

  机电一体化的伺服操控体系的结构、类型繁复,但从主动操控理论的视点来剖析,伺服操控体系一般包含操控器、被控目标、履行环节、检测环节、比较环节等五部分。下图给出了伺服体系组成原理框图。

  

  1.比较环节

  比较环节是将输入的指令信号与体系的反应信号进行比较,以取得输出与输入间的差错信号的环节,一般由专门的电路或计算机来完结。?

  2.操控器

  操控器一般是计算机或PID操控电路,其首要使命是对比较元件输出的差错信号进行改换处理,以操控履行元件按要求动作。

  3.履行环节

  履行环节的效果是按操控信号的要求,将输入的各种方式的能量转化成机械能,驱动被控目标作业。机电一体化体系中的履行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。

  4.被控目标

  5.检测环节

  检测环节是指可以对输出进行丈量并转化成比较环节所需求的量纲的设备,一般包含传感器和转化电路。

  伺服体系的技能要求

  1.体系精度

  伺服体系精度指的是输出量复现输入信号要求的准确程度,以差错的方式体现,可归纳为动态差错、稳态差错和静态差错三个方面组成。

  2.安稳性

  伺服体系的安稳性是指当效果在体系上的搅扰消失今后,体系可以康复到本来安稳状况的才能;或许当给体系一个新的输入指令后,体系到达新的安稳运转状况的才能。

  3.呼应特性

  呼应特性指的是输出量跟从输入指令改动的反应速度,决议了体系的作业效率。呼应速度与许多要素有关,如计算机的运转速度、运动体系的阻尼和质量等。

  4.作业频率

  作业频率一般是指体系答应输入信号的频率规模。当作业频率信号输入时,体系可以按技能要求正常作业;而其它频率信号输入时,体系不能正常作业。

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