在很多情況下,伺服系統(tǒng)專(zhuān)指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)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)。
伺服控制系統(tǒng)是一種能對(duì)試驗(yàn)裝置的機(jī)械運(yùn)動(dòng)按預(yù)定要求進(jìn)行自動(dòng)控制的操作系統(tǒng)。在很多情況下,伺服系統(tǒng)專(zhuān)指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)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)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒(méi)有原則上的區(qū)別。
主要指標(biāo):
衡量伺服控制系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)系統(tǒng)精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)特性、工作頻率四大方面,特別在頻帶寬度和精度方面。
頻帶寬度簡(jiǎn)稱(chēng)帶寬,由系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性來(lái)規(guī)定,反映伺服系統(tǒng)的跟蹤的快速性。帶寬越大,快速性越好。伺服系統(tǒng)的帶寬主要受控制對(duì)象和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性的限制。慣性越大,帶寬越窄。一般伺服系統(tǒng)的帶寬小于15赫,大型設(shè)備伺服系統(tǒng)的帶寬則在1~2赫以下。伺服系統(tǒng)的精度主要決定于所用的測(cè)量元件的精度。因此,在伺服系統(tǒng)中必須采用高精度的測(cè)量元件,如精密電位器、自整角機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器等。此外,也可采取附加措施來(lái)提高系統(tǒng)的精度,例如將測(cè)量元件(如自整角機(jī))的測(cè)量軸通過(guò)減速器與轉(zhuǎn)軸相連,使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角得到放大,來(lái)提高相對(duì)測(cè)量精度。采用這種方案的伺服系統(tǒng)稱(chēng)為精測(cè)粗測(cè)系統(tǒng)或雙通道系統(tǒng)。通過(guò)減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測(cè)角線路稱(chēng)精讀數(shù)通道,直接取自轉(zhuǎn)軸的測(cè)角線路稱(chēng)粗讀數(shù)通道。
結(jié)構(gòu)組成:
機(jī)電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),類(lèi)型繁多,但從自動(dòng)控制理論的角度來(lái)分析,伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器,被控對(duì)象,執(zhí)行環(huán)節(jié),檢測(cè)環(huán)節(jié),比較環(huán)節(jié)等五部分。
比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號(hào)與系統(tǒng)的反饋信號(hào)進(jìn)行比較,以獲得輸出與輸入間的偏差信號(hào)的環(huán)節(jié),通常由專(zhuān)門(mén)的電路或計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
控制器:
控制器通常是計(jì)算機(jī)或PID控制電路,其主要任務(wù)是對(duì)比較元件輸出的偏差信號(hào)進(jìn)行變換處理,以控制執(zhí)行元件按要求動(dòng)作。
執(zhí)行環(huán)節(jié):
執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號(hào)的要求,將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作.機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓,氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等。
伺服系統(tǒng)的分類(lèi)方法很多,常見(jiàn)的分類(lèi)方法有以下三種:
(1)按被控量參數(shù)特性分類(lèi).
(2)按驅(qū)動(dòng)元件的類(lèi)型分類(lèi).
伺服控制系統(tǒng)按所用控制元件的類(lèi)型可分為機(jī)電伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)(液壓控制系統(tǒng)) 和氣動(dòng)伺服系統(tǒng)。
(3)按控制原理分類(lèi).
伺服系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控 制伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)。
常見(jiàn)的四種伺服控制系統(tǒng)如下:
(1) 液壓伺服控制系統(tǒng)
液壓伺服控制系統(tǒng)是以電機(jī)提供動(dòng)力基礎(chǔ),使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力,推動(dòng)液壓油。通過(guò)控制各種閥門(mén)改變液壓油的流向,從而推動(dòng)液壓缸做出不同行程、不同方向的動(dòng)作,完成各種設(shè)備不同的動(dòng)作需要。液壓伺服控制系統(tǒng)按照偏差信號(hào)獲得和傳遞方式的不同分為機(jī)-液、電-液、氣-液等,其中應(yīng)用較多的是機(jī)-液和電-液控制系統(tǒng)。按照被控物理量的不同,液壓伺服控制系統(tǒng)可以分為位置控制、速度控制、力控制、加速度控制、壓力控制和其他物理量控制等。液壓控制系統(tǒng)還可以分為節(jié)流控制(閥控)式和容積控制(泵控)式。在機(jī)械設(shè)備中,主要有機(jī)-液伺服系統(tǒng)和電-液伺服系統(tǒng)。
(2) 交流伺服控制系統(tǒng)
交流伺服控制系統(tǒng)包括基于異步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)和基于同步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)。除了具有穩(wěn)定性好、快速性好、精度高的特點(diǎn)外,具有一系列優(yōu)點(diǎn)。它的性能指標(biāo)可以從調(diào)速范圍、定位精度、穩(wěn)速精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和運(yùn)行穩(wěn)定性等方面來(lái)衡量。
(3) 直流伺服控制系統(tǒng)
交流伺服控制系統(tǒng)的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上。與電磁轉(zhuǎn)矩相關(guān)的是互相獨(dú)立的兩個(gè)變量主磁通與電樞電流,它們分別控制勵(lì)磁電流與電樞電流,可方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速控制。另一方面從控制角度看,直流伺服的控制是一個(gè)單輸入單輸出的單變量控制系統(tǒng),經(jīng)典控制理論*適用于這種系統(tǒng),因此,它憑借控制簡(jiǎn)單,調(diào)速性能優(yōu)異,在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中曾占據(jù)著主導(dǎo)地位。
(4) 電液伺服控制系統(tǒng)
它是一種由電信號(hào)處理裝置和液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)組成的反饋控制系統(tǒng)。常見(jiàn)的有電液位置伺服系統(tǒng)、電液速度控制系統(tǒng)和電液力(或力矩)控制系統(tǒng)。
以上是我們常用到的四種伺服系統(tǒng),他們的工作原理和性能以及可以應(yīng)用的范圍都有所區(qū)別,各有自己的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。因此在選擇或者購(gòu)買(mǎi)的時(shí)候,就需要根據(jù)系統(tǒng)的需要以及需要控制的參數(shù)和實(shí)現(xiàn)的性能,通過(guò)計(jì)算后在選擇合適的產(chǎn)品。
技術(shù)要求:
1.系統(tǒng)精度
伺服系統(tǒng)精度指的是輸出量復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)要求的敏感程度,以誤差的形式表現(xiàn),可概括為動(dòng)態(tài)誤差,穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差三個(gè)方面組成。
2.穩(wěn)定性
伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當(dāng)作用在系統(tǒng)上的干擾消失以后,系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)定狀態(tài)的能力;或者當(dāng)給系統(tǒng)一個(gè)新的輸入指令后,系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。
3.響應(yīng)特性
響應(yīng)特性指的是輸出量跟隨輸入指令變化的反應(yīng)速度,決定了系統(tǒng)的工作效率.響應(yīng)速度與許多因素有關(guān),如計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度,運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的阻尼和質(zhì)量等。
4.工作頻率
工作頻率通常是指系統(tǒng)允許輸入信號(hào)的頻率范圍.當(dāng)工作頻率信號(hào)輸入時(shí),系統(tǒng)能夠按技術(shù)要求正常工作;而其它頻率信號(hào)輸入時(shí),系統(tǒng)不能正常工作。