机电一体化技术基础及应用

机电一体化技术基础及应用 ——《伺服系统》章节总结 专业：0 8 届工业工程 班级：工业工程 4 班 姓名： 赵广宇 学号：1 2 0 0 8 0 5 0 9 1 2 0 伺服系统 1 .概述 伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放调与整大后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。数控机床中的伺服系统种类繁多，本文通过分析其结构及简单归分，对其技术作简要总结。 2 .结构和分类 机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。关系如图。 根据驱动电动机的类型，可将其分为直流伺服和交流伺服；根据控制器实现方法的不同，可将其分为模拟伺服和数字伺服；根据控制器中闭环的多少，可将其分为开环控制系统、单环控制系统、双环控制系统和多环控制系统。 3 .伺服电机的结构原理和选择 （一）直流伺服电机 直流伺服的工作原理是建立在电磁力定律基础上。与电磁转矩相关的是互相独立的两个变量主磁通与电枢电流，它们分别控制励磁电流与电枢电流，可方便地进行转矩与转速控制。另一方面从控制角度看，直流伺服的控制是一个单输入单输出的单变量控制系统，经典控制理论完全适用于这种系统，因此，直流伺服系统控制简单，调速性能优异，在数控机床的进给驱动中曾占据着主导地位。 当电动机处于稳态运行时，回路中的电流Ia 保持不变，则电枢回路中的电压平衡方程式为 Ea=Ua-IaRa (6-1) 式中，Ea 是电枢反电动势； Ua 是电枢电压；Ia 是电枢电流；Ra 是电枢电阻。 转子在磁场中以角速度ω 切割磁力线时，电枢反电动势Ea 与角速度ω 之间存在如下关系： Ea=CeΦ ω (6-2) 式中，Ce 是电动势...