伺服控制總結(jié)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上現(xiàn)代伺服運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jì)算機(jī)技術(shù)，采用數(shù)字式伺服系統(tǒng)，利用危機(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(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制創(chuàng)造條件?？刂评碚撛谒欧\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，尋求更優(yōu)良的控制策略對(duì)交流伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制是提高其性能的有效途徑之一。隨著計(jì)算機(jī)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(luò)等更加智能化的方向發(fā)展。在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分，也得到前所未有的大發(fā)展，國(guó)內(nèi)外各個(gè)廠家相繼推出運(yùn)動(dòng)控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。主要有全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、可編程計(jì)算機(jī)控制器、國(guó)際開放式結(jié)構(gòu)高性能DSP多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制卡能幾項(xiàng)具有代表性的新技術(shù)。2 伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)2.1 伺服系統(tǒng)伺服技術(shù)是以精確運(yùn)動(dòng)控制和力能輸出為目的，綜合運(yùn)用機(jī)電能量變換與驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)精確驅(qū)動(dòng)與系統(tǒng)控制的工程實(shí)用技術(shù)。伺服技術(shù)與系統(tǒng)是基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的最重要的控制技術(shù)之一和底層自動(dòng)化系統(tǒng)（裝備）。是現(xiàn)代機(jī)電一體化和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的支撐技術(shù)之一。以伺服技術(shù)為核心的伺服系統(tǒng)（servo  system）又稱隨動(dòng)系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)專指被控制量是機(jī)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(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)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(dòng)駕駛、火炮控制和指揮儀中，后來逐漸推廣到很多領(lǐng)域，特別是自動(dòng)車床、天線位置控制、導(dǎo)彈和飛船的制導(dǎo)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(duì)象、驅(qū)動(dòng)器、控制器等幾個(gè)基本部分組成。被控對(duì)象系是指被控制的物體（如機(jī)械手臂或一個(gè)機(jī)械工作平臺(tái)）；驅(qū)動(dòng)器用來提供被控對(duì)象的動(dòng)力，可能以氣壓、液壓、或是電力驅(qū)動(dòng)的方式呈現(xiàn)，目絕大多數(shù)伺服系統(tǒng)采用電力驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)器包含了電機(jī)與功率放大器；控制器提供整個(gè)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(dòng)（執(zhí)行）機(jī)構(gòu)分類為步進(jìn)式伺服系統(tǒng)、直流電機(jī)伺服系統(tǒng)、交流電機(jī)伺服電機(jī)；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(gòu)成圖。步進(jìn)電機(jī)因其自身具有優(yōu)良的位置定位精度和鎖定能力，故對(duì)于步進(jìn)電機(jī)為伺服機(jī)構(gòu)的伺服系統(tǒng)一般可采用開環(huán)結(jié)構(gòu)。圖2-1 開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖圖2-2 閉環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖2.3 伺服系統(tǒng)的基本要求和特點(diǎn)2.3.1 伺服系統(tǒng)的基本要求對(duì)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(yīng)性能。穩(wěn)定性好要能在短暫的調(diào)節(jié)過程后達(dá)到新的或者回復(fù)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(duì)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(hào)的相應(yīng)要快，方面要求過度過程時(shí)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(diǎn)（1）精確的檢測(cè)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(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。（3）高性能伺服機(jī)構(gòu) （4）寬調(diào)速伺服技術(shù)2.4 伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)伺服系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)執(zhí)行（伺服）機(jī)構(gòu)、功率驅(qū)動(dòng)單元、控制單元、檢測(cè)等。除電機(jī)外，系統(tǒng)主要包括功率驅(qū)動(dòng)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(jié)構(gòu)框圖。 圖2-3 數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框3 伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的區(qū)別3.1 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（Motion Control System）也可稱作電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)（Control Systems of Electric Drive），是通過對(duì)電動(dòng)機(jī)電壓、電流、頻率等輸入電量的控制，來改變工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩、速度、位移等機(jī)械量，使各種工作機(jī)械按人們期望的要求運(yùn)行，以滿足生產(chǎn)工藝及其他應(yīng)用的需要。現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制已成為電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制理論、信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)等多門學(xué)科相互交叉的綜合性學(xué)科。下圖3-1為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖。圖3-1 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖3.2伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的區(qū)別運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是一種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以速度和功率指標(biāo)為重。即是說，在保證一定的功率驅(qū)動(dòng)前提下，如何保證運(yùn)動(dòng)指標(biāo)的最優(yōu)化，比如：穩(wěn)速指標(biāo)、加減速指標(biāo)、動(dòng)態(tài)調(diào)整指標(biāo)等等。伺服系統(tǒng)是一種位置目標(biāo)系統(tǒng)，以位置目標(biāo)、運(yùn)動(dòng)指標(biāo)為主要保證指標(biāo)。即是說，強(qiáng)調(diào)的位置控制精度、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的快速性等。4 現(xiàn)代伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)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(guó)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(dòng)化公司推出的AcoposMulti驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用模塊化的可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，艾爾默公司推出的一系列伺服驅(qū)動(dòng)器與控制器，羅克韋爾自動(dòng)化公司研發(fā)的PowerFlex驅(qū)動(dòng)技術(shù)，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(guó)際大廠向?qū)Ｓ没?、大型化伺服發(fā)展的動(dòng)向。但是在國(guó)內(nèi)，甚至CAN這樣的中低端總線也沒有變成伺服驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)配置，采用高性能實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)總線的商品化驅(qū)動(dòng)器還沒有出現(xiàn)。我國(guó)的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品尚處于起步階段，但是該系統(tǒng)風(fēng)采日益展現(xiàn)，正廣泛應(yīng)用于機(jī)械各個(gè)行業(yè)，提升行業(yè)智能化控制水平，市場(chǎng)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(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品的發(fā)展過程中，它始終是融合了先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)和控制理論。隨著微機(jī)電、電力電子、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，各種形式的微型電機(jī)將可以通過有線的、無線的、電力線的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)予以連接，伺服技術(shù)將進(jìn)一步結(jié)合微電子與電力電子技術(shù)以柔性控制的方式呈現(xiàn)，伺服技術(shù)的發(fā)展也將朝向單芯片控制、智能控制、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)的方向發(fā)展。具有網(wǎng)絡(luò)接口智能型伺服控制芯片是一個(gè)值得投入研發(fā)的領(lǐng)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(diǎn)認(rèn)識(shí)對(duì)于交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)我認(rèn)識(shí)最深的是基于交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床的控制。通過上課時(shí)老師播放的視頻以及實(shí)習(xí)期間對(duì)于工業(yè)數(shù)字控制的接觸，了解到交流伺服運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)際應(yīng)用。機(jī)床是用來裝備制造有關(guān)構(gòu)件的加工，數(shù)控機(jī)床是一種現(xiàn)代化數(shù)控加工設(shè)備，它的交流伺服系統(tǒng)分為主軸伺服系統(tǒng)和給進(jìn)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(jī)床能接受的信息，我們的控制系統(tǒng)對(duì)這些提前編寫好的程序處理后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)乎數(shù)字信息，從而機(jī)床上的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)部件，如刀架，工作臺(tái)等，并控制它的動(dòng)作來變速、換到、啟動(dòng)、停止等。這就是典型的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，它具有加工精度高、柔性制造能力強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)集成化加工等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代加工行業(yè)，是構(gòu)成現(xiàn)代機(jī)械加工和精密加工的主流加工機(jī)床。伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)與以前學(xué)習(xí)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)最大的區(qū)別就是在于它是像數(shù)控機(jī)床這種位置目標(biāo)的控制，是以給定的位置目標(biāo)、運(yùn)動(dòng)指標(biāo)來控制，強(qiáng)調(diào)的是位置控制的精度以及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的快速性等。基于CANbus現(xiàn)場(chǎng)總線的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)也是我在進(jìn)行研究的國(guó)家大學(xué)生項(xiàng)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(luò)的典型模式。速度跟隨伺服系統(tǒng)指的是主伺服驅(qū)動(dòng)器通過CAN總線控制，而從驅(qū)動(dòng)器是通過主驅(qū)動(dòng)器發(fā)出速度控制指令，實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)控制。位置跟隨伺服系統(tǒng)指的是主伺服驅(qū)動(dòng)器通過CAN總線控制，而從驅(qū)動(dòng)器是通過主驅(qū)動(dòng)器發(fā)出位置控制指令，實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)控制。通過交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)這門課，我全面地大致了解了伺服運(yùn)動(dòng)的基本概念和一些典型伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，并結(jié)合自己所做的科研項(xiàng)目對(duì)感興趣的方面深入地學(xué)習(xí)，不僅收獲到了理論知識(shí)，也將所學(xué)與科研實(shí)踐相結(jié)合，收獲了許多的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。專心-專注-專業(yè)