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(zhuǎn)角)準確地跟蹤輸入的位移(或轉(zhuǎn)角)。
伺服控制系統(tǒng)是一種能對試驗裝置的機械運動按預(yù)定要求進行自動控制的操作系統(tǒng)。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(zhuǎn)角)準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)沒有原則上的區(qū)別。
主要指標:
衡量伺服控制系統(tǒng)性能的主要指標系統(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。
頻帶寬度簡稱帶寬,由系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性來規(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象和執(zhí)行機構(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量元件的精度。因此,在伺服系統(tǒng)中必須采用高精度的測量元件,如精密電位器、自整角機和旋轉(zhuǎn)變壓器等。此外,也可采取附加措施來提高系統(tǒng)的精度,例如將測量元件(如自整角機)的測量軸通過減速器與轉(zhuǎn)軸相連,使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角得到放大,來提高相對測量精度。采用這種方案的伺服系統(tǒng)稱為精測粗測系統(tǒng)或雙通道系統(tǒng)。通過減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測角線路稱精讀數(shù)通道,直接取自轉(zhuǎn)軸的測角線路稱粗讀數(shù)通道。
結(jié)構(gòu)組成:
機電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),類型繁多,但從自動控制理論的角度來分析,伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器,被控對象,執(zhí)行環(huán)節(jié),檢測環(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與系統(tǒng)的反饋信號進行比較,以獲得輸出與輸入間的偏差信號的環(huán)節(jié),通常由專門的電路或計算機來實現(xiàn)。
控制器:
控制器通常是計算機或PID控制電路,其主要任務(wù)是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理,以控制執(zhí)行元件按要求動作。
執(zhí)行環(huán)節(jié):
執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號的要求,將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機械能,驅(qū)動被控對象工作.機電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機或液壓,氣動伺服機構(gòu)等。
伺服系統(tǒng)的分類方法很多,常見的分類方法有以下三種:
(1)按被控量參數(shù)特性分類.
(2)按驅(qū)動元件的類型分類.
伺服控制系統(tǒng)按所用控制元件的類型可分為機電伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)(液壓控制系統(tǒng)) 和氣動伺服系統(tǒng)。
(3)按控制原理分類.
伺服系統(tǒng)可分為開環(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)是以電機提供動力基礎(chǔ),使用液壓泵將機械能轉(zhuǎn)化為壓力,推動液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向,從而推動液壓缸做出不同行程、不同方向的動作,完成各種設(shè)備不同的動作需要。液壓伺服控制系統(tǒng)按照偏差信號獲得和傳遞方式的不同分為機-液、電-液、氣-液等,其中應(yīng)用較多的是機-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。在機械設(shè)備中,主要有機-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)包括基于異步電動機的交流伺服系統(tǒng)和基于同步電動機的交流伺服系統(tǒng)。除了具有穩(wěn)定性好、快速性好、精度高的特點外,具有一系列優(yōu)點。它的性能指標可以從調(diào)速范圍、定位精度、穩(wěn)速精度、動態(tài)響應(yīng)和運行穩(wěn)定性等方面來衡量。
(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)的是互相獨立的兩個變量主磁通與電樞電流,它們分別控制勵磁電流與電樞電流,可方便地進行轉(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,它憑借控制簡單,調(diào)速性能優(yōu)異,在數(shù)控機床的進給驅(qū)動中曾占據(jù)著主導(dǎo)地位。
(4) 電液伺服控制系統(tǒng)
它是一種由電信號處理裝置和液壓動力機構(gòu)組成的反饋控制系統(tǒng)。常見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,各有自己的特點和優(yōu)缺點。因此在選擇或者購買的時候,就需要根據(jù)系統(tǒng)的需要以及需要控制的參數(shù)和實現(xiàn)的性能,通過計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)輸入信號要求的敏感程度,以誤差的形式表現(xiàn),可概括為動態(tài)誤差,穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差三個方面組成。
2.穩(wěn)定性
伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當作用在系統(tǒng)上的干擾消失以后,系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來穩(wěn)定狀態(tài)的能力;或者當給系統(tǒng)一個新的輸入指令后,系統(tǒng)達到新的穩(wěn)定運行狀態(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),如計算機的運行速度,運動系統(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)允許輸入信號的頻率范圍.當工作頻率信號輸入時,系統(tǒng)能夠按技術(shù)要求正常工作;而其它頻率信號輸入時,系統(tǒng)不能正常工作。