伺服控制總結

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 現(xiàn)代伺服運動控制系統(tǒng)綜述 1 緒論 隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，要求交流伺服運動控制系統(tǒng)向數(shù)字化、高精度、高速度、高性能方向發(fā)展。要充分利用迅速發(fā)展的電子和計算機技術，采用數(shù)字式伺服系統(tǒng)，利用危機實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制，增強軟件控制功能，排除模擬電路的非線性誤差和調(diào)整誤差以及溫度飄雨等因素的影響，這可大大提高伺服系統(tǒng)的性能，并為實現(xiàn)最優(yōu)控制、自適應控制創(chuàng)造條件?？刂评碚撛谒欧\動控制系統(tǒng)中的實現(xiàn)和應用，尋求更優(yōu)良的控制策略對交流伺服系統(tǒng)進行控制是提高其性能的有效途徑之一。隨著計算機性能的的日新月異，伺服系統(tǒng)的控制手段也向著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等更加智能化

2、的方向發(fā)展。在機電一體化技術迅速發(fā)展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發(fā)展，國內(nèi)外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產(chǎn)品。主要有全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術、直線電機驅(qū)動技術、可編程計算機控制器、國際開放式結構高性能DSP多軸運動控制系統(tǒng)技術、 基于現(xiàn)場總線的運動控制技術和運動控制卡能幾項具有代表性的新技術。 2 伺服運動控制系統(tǒng) 2.1 伺服系統(tǒng) 伺服技術是以精確運動控制和力能輸出為目的，綜合運用機電能量變換與驅(qū)動控制技術、檢測技術、自動控制技術、計算機控制技術等，實現(xiàn)精確驅(qū)動與系統(tǒng)控制的工程實用技術。伺服技術與系統(tǒng)是基礎自動化系統(tǒng)的最重要的控制技術之一和底層自

3、動化系統(tǒng)（裝備）。是現(xiàn)代機電一體化和工業(yè)自動化領域的支撐技術之一。 以伺服技術為核心的伺服系統(tǒng)（servo –?system）又稱隨動系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)專指被控制量是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機械位移（或轉(zhuǎn)角）準確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。 伺服系統(tǒng)最初用于船舶的自動駕駛、火炮控制和指揮儀中，后來逐漸推廣到很多領域，特別是自動車床、天線位置控制、導彈和飛船的制導等。 2.2 伺服系統(tǒng)的組成及分類 2.2.1 伺服系統(tǒng)的組成 伺服系統(tǒng)是由被控對象、驅(qū)動器、控制器等幾個基本部分組成。 被控對象系是指被控制的物體（如機械手臂或一個機械工作平臺）；驅(qū)動器

4、用來提供被控對象的動力，可能以氣壓、液壓、或是電力驅(qū)動的方式呈現(xiàn)，目絕大多數(shù)伺服系統(tǒng)采用電力驅(qū)動方式，驅(qū)動器包含了電機與功率放大器；控制器提供整個伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制，如轉(zhuǎn)矩控制、速度控制和位置控制等。 2.2.2 伺服系統(tǒng)的分類 電氣伺服系統(tǒng)按驅(qū)動（執(zhí)行）機構分類為步進式伺服系統(tǒng)、直流電機伺服系統(tǒng)、交流電機伺服電機；按控制方式分：開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。下圖2-1和2-2分別為開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)構成圖。步進電機因其自身具有優(yōu)良的位置定位精度和鎖定能力，故對于步進電機為伺服機構的伺服系統(tǒng)一般可采用開環(huán)結構。 圖2-1 開環(huán)系統(tǒng)構成圖 圖2-2 閉環(huán)系統(tǒng)構成圖

5、 2.3 伺服系統(tǒng)的基本要求和特點 2.3.1 伺服系統(tǒng)的基本要求 對伺服系統(tǒng)的基本要求有較好的穩(wěn)定性、較高的精度、快速的響應性能。 穩(wěn)定性好要能在短暫的調(diào)節(jié)過程后達到新的或者回復到原有的平衡狀態(tài)。伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能跟對輸入量的精確程度。作為精密加工的數(shù)控機床，要求的定位精度或者輪廓加工精度通常都是比較高。伺服系統(tǒng)要求跟蹤質(zhì)量信號的相應要快，方面要求過度過程時間短，另一方面，為了滿足超調(diào)要求，要去過度過程的前沿陡，即上升速率要大。 2.3.2 伺服系統(tǒng)的特點 （1）精確的檢測裝置 ：以組成速度和位置閉環(huán)控制。 （2）豐富的反饋方式 ：根據(jù)檢測裝置實現(xiàn)信息反饋的原理不

6、同，伺服系統(tǒng)反饋比較的方法也不相同。 （3）高性能伺服機構 （4）寬調(diào)速伺服技術 2.4 伺服系統(tǒng)的基本結構 伺服系統(tǒng)一般結構包括驅(qū)動執(zhí)行（伺服）機構、功率驅(qū)動單元、控制單元、 檢測等。除電機外，系統(tǒng)主要包括功率驅(qū)動單元、位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器、位置反饋單元、電流反饋單元、通訊接口單元等。下圖2-3為數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)基本結構框圖。 圖2-3 數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)基本結構框 3 伺服運動控制系統(tǒng)與運動控制系統(tǒng)的區(qū)別 3.1 運動控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng)（Motion Control System）也可稱作電

7、力拖動控制系統(tǒng)（Control Systems of Electric Drive），是通過對電動機電壓、電流、頻率等輸入電量的控制，來改變工作機械的轉(zhuǎn)矩、速度、位移等機械量，使各種工作機械按人們期望的要求運行，以滿足生產(chǎn)工藝及其他應用的需要。現(xiàn)代運動控制已成為電機學、電力電子技術、微電子技術、計算機控制技術、控制理論、信號檢測與處理技術等多門學科相互交叉的綜合性學科。下圖3-1為運動控制系統(tǒng)的基本構成圖。 圖3-1 運動控制系統(tǒng)的基本構成圖 3.2伺服運動控制系統(tǒng)與運動控制系統(tǒng)的區(qū)別 運動控制系統(tǒng)是一種驅(qū)動系統(tǒng)，以速度和功率指標為重。即是說，在保證一定的功率驅(qū)動前提下，如何保證運動

8、指標的最優(yōu)化，比如：穩(wěn)速指標、加減速指標、動態(tài)調(diào)整指標等等。 伺服系統(tǒng)是一種位置目標系統(tǒng)，以位置目標、運動指標為主要保證指標。即是說，強調(diào)的位置控制精度、實現(xiàn)目標的快速性等。 4 現(xiàn)代伺服運動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)，經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字化的轉(zhuǎn)變，數(shù)字控制環(huán)已經(jīng)無處不在，國外的一些公司也相繼推出新產(chǎn)品，比如貝加萊工業(yè)自動化公司推出的AcoposMulti驅(qū)動系統(tǒng)采用模塊化的可擴展結構，艾爾默公司推出的一系列伺服驅(qū)動器與控制器，羅克韋爾自動化公司研發(fā)的PowerFlex驅(qū)動技術，施耐德電氣推出的伺服控制器，從這些產(chǎn)品的研制中，我們看到國際大廠向?qū)Ｓ没?、大型化伺服發(fā)展的動向。但是在

9、國內(nèi)，甚至CAN這樣的中低端總線也沒有變成伺服驅(qū)動器的標準配置，采用高性能實時現(xiàn)場總線的商品化驅(qū)動器還沒有出現(xiàn)。我國的交流伺服運動控制產(chǎn)品尚處于起步階段，但是該系統(tǒng)風采日益展現(xiàn)，正廣泛應用于機械各個行業(yè)，提升行業(yè)智能化控制水平，市場需求顯著，在未來幾年內(nèi)上升的空間非常大。 在交流伺服運動控制產(chǎn)品的發(fā)展過程中，它始終是融合了先進的機電一體化技術和控制理論。隨著微機電、電力電子、網(wǎng)絡通訊技術的發(fā)展，各種形式的微型電機將可以通過有線的、無線的、電力線的網(wǎng)絡通訊技術予以連接，伺服技術將進一步結合微電子與電力電子技術以柔性控制的方式呈現(xiàn)，伺服技術的發(fā)展也將朝向單芯片控制、智能控制、網(wǎng)絡聯(lián)機的方向發(fā)展。

10、具有網(wǎng)絡接口智能型伺服控制芯片是一個值得投入研發(fā)的領域。 總之，隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，要求伺服系統(tǒng)向高效率化、高速度、高性能化、大功率、集成一體化、智能化方向發(fā)展。 5 我的一點認識 對于交流伺服運動控制系統(tǒng)我認識最深的是基于交流伺服運動控制系統(tǒng)的數(shù)控機床的控制。通過上課時老師播放的視頻以及實習期間對于工業(yè)數(shù)字控制的接觸，了解到交流伺服運動控制的實際應用。 機床是用來裝備制造有關構件的加工，數(shù)控機床是一種現(xiàn)代化數(shù)控加工設備，它的交流伺服系統(tǒng)分為主軸伺服系統(tǒng)和給進伺服系統(tǒng)。數(shù)字控制是用規(guī)定好的代碼和程序格式，把人的意圖轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)控機床能接受的信息，我們的控制系統(tǒng)對這些提前編寫好的程序

11、處理后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)乎數(shù)字信息，從而機床上的相應運動部件，如刀架，工作臺等，并控制它的動作來變速、換到、啟動、停止等。這就是典型的交流伺服運動控制系統(tǒng)的應用，它具有加工精度高、柔性制造能力強、易于實現(xiàn)集成化加工等優(yōu)點，廣泛應用于現(xiàn)代加工行業(yè)，是構成現(xiàn)代機械加工和精密加工的主流加工機床。 伺服運動控制系統(tǒng)與以前學習的運動控制系統(tǒng)最大的區(qū)別就是在于它是像數(shù)控機床這種位置目標的控制，是以給定的位置目標、運動指標來控制，強調(diào)的是位置控制的精度以及實現(xiàn)目標的快速性等?；贑ANbus現(xiàn)場總線的交流伺服運動控制系統(tǒng)也是我在進行研究的國家大學生項目中所接觸到的，這種控制系統(tǒng)正在成為工業(yè)企業(yè)中控制網(wǎng)絡的典型模式。速度跟隨伺服系統(tǒng)指的是主伺服驅(qū)動器通過CAN總線控制，而從驅(qū)動器是通過主驅(qū)動器發(fā)出速度控制指令，實現(xiàn)其運動控制。位置跟隨伺服系統(tǒng)指的是主伺服驅(qū)動器通過CAN總線控制，而從驅(qū)動器是通過主驅(qū)動器發(fā)出位置控制指令，實現(xiàn)其運動控制。 通過交流伺服運動控制系統(tǒng)這門課，我全面地大致了解了伺服運動的基本概念和一些典型伺服運動控制系統(tǒng)，并結合自己所做的科研項目對感興趣的方面深入地學習，不僅收獲到了理論知識，也將所學與科研實踐相結合，收獲了許多的實際經(jīng)驗。 專心---專注---專業(yè)