01什么是伺服系統(tǒng)？

伺服系統(tǒng)(servomechanism)又稱隨動系統(tǒng)，是用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化的自動控制系統(tǒng)。它的主要任務是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調控等處理，使驅動裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。

在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)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(或轉角)準確地跟蹤輸入的位移(或轉角)，其結構組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。伺服系統(tǒng)最初用于國防軍工，如火炮的控制，船艦、飛機的自動駕駛，導彈發(fā)射等，后來逐漸推廣到國民經濟的許多部門，如自動機床、無線跟蹤控制等。

伺服系統(tǒng)主要作用有：

以小功率指令信號去控制大功率負載;

在沒有機械連接的情況下，由輸入軸控制位于遠處的輸出軸，實現遠距同步傳動;

使輸出機械位移精確地跟蹤電信號，如記錄和指示儀表等。

02伺服系統(tǒng)的分類

從系統(tǒng)組成元件的性質來看，有電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和電氣-液壓伺服系統(tǒng)及電氣-電氣伺服系統(tǒng)等;

從系統(tǒng)輸出量的物理性質來看，有速度或加速度伺服系統(tǒng)和位置伺服系統(tǒng)等;

從系統(tǒng)中所包含的元件特性和信號作用特點來看，有模擬式伺服系統(tǒng)和數字式伺服系統(tǒng);

從系統(tǒng)的結構特點來看，有單回伺服系統(tǒng)、多回伺服系統(tǒng)和開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。

伺服系統(tǒng)按其驅動元件劃分，有步進式伺服系統(tǒng)、直流電動機(簡稱直流電機)伺服系統(tǒng)、交流電動機(簡稱交流電機)伺服系統(tǒng)。

03伺服系統(tǒng)的組成及基本要求

伺服系統(tǒng)主要由三部分組成:控制器、功率驅動裝置、反饋裝置和電動機。控制器按照數控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測的實際運行值的差，調節(jié)控制量:功率驅動裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網中的電能作用到電動機之上，調節(jié)電動機轉矩的大小，另一方面按電動機的要求把恒壓恒頻的電網供電轉換為電動機所需的交流電或直流電;電動機則按供電大小拖動機械運轉。

伺服系統(tǒng)的基本要求是：

1.穩(wěn)定性好

穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調節(jié)過程后到達新的或者回復到原有平衡狀態(tài)。

2.精度高

伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能跟隨輸入量的精確程度。作為精密加工的數控機床，要求的定位精度或輪廓加工精度通常都比較高，允許的偏差一般都在0.01~0.00lmm之間。

3.快速響應性好

快速響應性是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質的標志之一，即要求跟蹤指令信號的響應要快，一方面要求過渡過程時間短，一般在200ms以內，甚至小于幾十毫秒;另一方面，為滿足超調要求，要求過渡過程的前沿陡，即上升率要大。

04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.有多種反饋比較原理與方法

根據檢測裝置實現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。常用的有脈沖比較、相位比較和幅值比較3種。

3.高性能的伺服電動機

用于高效和復雜型面加工的數控機床，伺服系統(tǒng)將經常處于頻繁的啟動和制動過程中。要求電機的輸出力矩與轉動慣量的比值大，以產生足夠大的加速或制動力矩。要求伺服電機在低速時有足夠大的輸出力矩且運轉平穩(wěn)，以便在與機械運動部分連接中盡量減少中間環(huán)節(jié)。

4.寬調速范圍的速度調節(jié)系統(tǒng)

即速度伺服系統(tǒng):從系統(tǒng)的控制結構看，數控機床的位置閉環(huán)系統(tǒng)可看作是位置調節(jié)為外環(huán)、速度調節(jié)為內環(huán)的雙閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，其內部的實際工作過程是把位置控制輸入轉換成相應的速度給定信號后，再通過調速系統(tǒng)驅動伺服電機，實現實際位移。數控機床的主運動要求調速性能也比較高，因此要求伺服系統(tǒng)為高性能的寬調速系統(tǒng)。

審核編輯：湯梓紅