伺服系統的特點(diǎn)、分類(lèi)及發(fā)展方向

　?。?）寬調速范圍的速度調節系統，即速度伺服系統：從系統的控制結構看，數控機床的位置閉環(huán)系統可看作是位置調節為外環(huán)、速度調節為內環(huán)的雙閉環(huán)自動(dòng)控制系統，其內部的實(shí)際工作過(guò)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(guò)調速系統驅動(dòng)伺服電機，實(shí)現實(shí)際位移。數控機床的主運動(dòng)要求調速性能也比較高，因此要求伺服系統為高性能的寬調速系統。

　　二、伺服系統的分類(lèi)

　　伺服系統按其驅動(dòng)元件劃分，有步進(jìn)式伺服系統、直流電動(dòng)機（簡(jiǎn)稱(chēng)直流電機）伺服系統、交流電動(dòng)機（簡(jiǎn)稱(chēng)交流電機）伺服系統。按控制方式劃分，有開(kāi)環(huán)伺服系統、閉環(huán)伺服系統和半閉環(huán)伺服系統等，實(shí)際上數控系統也分成開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)3種類(lèi)型，就是與伺服系統這3種方式相關(guān)。

　　1、開(kāi)環(huán)系統

　　開(kāi)環(huán)系統，它主要由驅動(dòng)電路，執行元件和機床3大部分組成。常用的執行元件是步進(jìn)電機，通常稱(chēng)以步進(jìn)電機作為執行元件的開(kāi)環(huán)系統為步進(jìn)式伺服系統，在這種系統中，如果是大功率驅動(dòng)時(shí)，用步進(jìn)電機作為執行元件。驅動(dòng)電路的主要任務(wù)是將指令脈沖轉化為驅動(dòng)執行元件所需的信號。

　　2、閉環(huán)系統

　　閉環(huán)系統主要由執行元件、檢測單元、比較環(huán)節、驅動(dòng)電路和機床5部分組成。其構成框圖如圖2所示。在閉環(huán)系統中，檢測元件將機床移動(dòng)部件的實(shí)際位置檢測出來(lái)并轉換成電信號反饋給比較環(huán)節。常見(jiàn)的檢測元件有旋轉變壓器、感應同步器、光柵、磁柵和編碼盤(pán)等。通常把安裝在絲杠上的檢測元件組成的伺服系統稱(chēng)為半閉環(huán)系統；把安裝在工作臺上的檢測元件組成的伺服系統稱(chēng)為閉環(huán)系統。由于絲杠和工作臺之間傳動(dòng)誤差的存在，半閉環(huán)伺服系統的精度要比閉環(huán)伺服系統的精度低一些。

　　比較環(huán)節的作用是將指令信號和反饋信號進(jìn)行比較，兩者的差值作為伺服系統的跟隨誤差，經(jīng)驅動(dòng)電路，控制執行元件帶動(dòng)工作臺繼續移動(dòng)，直到跟隨誤差為零。根據進(jìn)入比較環(huán)節信號的形式以及反饋檢測方式，閉環(huán)（半閉環(huán)）系統可分為脈沖比較伺服系統、相位比較伺服系統和幅值比較伺服系統3種。

　　由于比較環(huán)節輸出的信號比較微弱，不足以驅動(dòng)執行元件，故需對其進(jìn)行放大，驅動(dòng)電路正是為此而設置的。

　　執行元件的作用是根據控制信號，即來(lái)自比較環(huán)節的跟隨誤差信號，將表示位移量的電信號轉化為機械位移。常用的執行元件有直流寬調速電動(dòng)機、交流電動(dòng)機等。執行元件是伺服系統中必不可少的一部分，驅動(dòng)電路是隨執行元件的不同而不同的。

　　最近，我校研制開(kāi)發(fā)出了高性能交流伺服（數控機床）控制系統。該系統性能穩定，質(zhì)量可靠，可廣泛應用于數碼雕刻，包裝機械，模具生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)應用場(chǎng)合，更適用于高等學(xué)校機電一體化，電子電器，電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生（研究生）生產(chǎn)實(shí)習，課程設計等課程的實(shí)驗研究。

　　三、伺服系統的發(fā)展方向

　　隨著(zhù)生產(chǎn)力不斷發(fā)展，要求伺服系統向高精度、高速度、大功率方向發(fā)展。

　?。?）充分利用迅速發(fā)展的電子和計算機技術(shù)，采用數字式伺服系統，利用微機實(shí)現調節控制，增強軟件控制功能，排除模擬電路的非線(xiàn)性誤差和調整誤差以及溫度漂移等因素的影響，這可大大提高伺服系統的性能，并為實(shí)現最優(yōu)控制、自適應控制創(chuàng )造條件。

　?。?）開(kāi)發(fā)高精度、快速檢測元件。

　?。?）開(kāi)發(fā)高性能的伺服電機（執行元件）。目前交流伺服電機的變速比已達1∶10000，使用日益增多。無(wú)刷電機因無(wú)電刷和換向片零部件，加速性能要比直流伺服電機高兩倍，維護也較方便，常用于高速數控機床。