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伺服系统的基本概念.doc


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伺服系统的基本概念伺服系统的基本概念伺服系统“伺服”即“跟随”,“随动”的意思。所谓伺服系统,就是被调量跟随指令值变化的闭环调节系统。如果被调量是速度就称为速度伺服系统,如果被调量是位置则称为位置伺服系统。因为绝大多数伺服系统是以速度作为被调量,C机床中使用的伺服系统,所以一般“伺服系统”是指速度伺服系统,其他伺服系统要在伺服系统的前面冠以被调量名称。伺服系统与调速系统都是以速度作为被调量的闭环调节系统,区别在于调速系统的速度指令值是恒值(称为恒值调节系统),不要求对速度指令值的快速响应,但要求系统对负载扰动有快速调节作用,即有较强的抗负载扰动能力;伺服系统的速度指令是变化的,要求系统对速度指令快速响应,且有极强的抗负载扰动能力。对位置伺服系统的要求是快速跟踪位置指令值的变化。位置伺服系统用于定位控制(位置指令值为恒值)时,要求定位精度高,定位误差(位置稳态误差)小;当用于位置跟踪控制(位置指令值随机变化)时,还要求跟踪指令位置时的位置误差(位置跟踪误差)也小。位置随动系统用于位置跟踪控制时又称位置随动系统,简称随动系统。伺服机构,闭环调节系统伺服系统是通过伺服机构使电动机与被调节对象连接的。在CNC车床上,使刀架作直线运动进行切削的刀架滑座为被调节对象;在CNC铣床上,使工件作直线运动进行切削的工作台滑座为被调节对象;在舰炮控制中,使舰炮作方位回转和俯仰回转的滑座为被调节对象,等等。当被调节对象为直线运动时,伺服机构需将电动机的旋转运动转换为被调节对象的直线运动;当被调节对象为旋转运动时,伺服机构则将电动机的转速转换为符合被调节对象要求的转速。将旋转运动转换为直线运动的伺服机构有螺母—丝杠副,滚珠丝杠副,齿轮—齿条副,蜗母—牙条副,等等;将电动机的转速转换为适合负载要求的转速的伺服机构有齿型带传动,齿轮减速器,行星齿轮减速器,谐波齿轮减速器,等等。闭环调节系统的工作原理是不断比较被调节量与指令值计算出误差值,并使被调量向减小误差方向变化。被调量回馈到系统的输入端与指令值进行比较称为反馈,将被调量转换为可以与指令值(电信号)相比较的电信号的装置称为反馈装置。速度反馈装置一般为测速发电机(测速头),位置反馈装置可以是光电编码器,旋转变压器等。反馈取至被调节对象,称为全闭环调节系统;反馈取至电动机轴,称为半闭环调节系统。全闭环调节系统中的伺服机构的误差可以得到系统的闭环补偿,因此调节精度高,但要求伺服机构刚性好,传动间隙小,否则得不到较好的补偿效果。半闭环调节系统由于伺服机构在闭环外,调节系统有较好的动态性能,但机械传动系统的误差(丝杠螺距误差,传动间隙)C系统的存储式螺距误差补偿和间隙补偿功能对丝杠螺距误差和传动间隙进行开环补偿,但由于传动系统刚性不足产生的弹性变形引起的随机误差无法补偿,因此半闭环调节系统的伺服机构必须具有较好的刚度和精度,补偿才能获得较好的效果。伺服电机电机是驱动机器运动部分的动力。绝大多数机器对电机的转矩(电流),速度和转角(位置)的控制没有精度和快速性的要求,C车床)的控制轴电机,控制主轴,C铣床,加工中心)的控制轴电机,军工位置随动系统的随动轴电机等,要求其转矩(电流),速度和转角(位置)能精确而快速的跟踪指令值的变化。为了区别普通用途电动机,称为伺服电机。伺服电机的特点是:转动惯量小,过载能力大:一般伺服电机具有细长的转子,

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