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机电一体化系统设计教案首页第次课授课时间年月日教案完成时间年月日课程名称机电一体化系统设计年级2专业、层次大专教员谢斌专业技术职务讲师授课方式（大、小班）学时2授课题目（章、节）6.1闭环伺服系统类型基本教材或主要参考书《机电一体化系统设计》机械工业出版社董景新教学目的与要求：掌握伺服系统类型及应用场合大体内容与时间安排，教学方法：1、开环伺服特点及应用2、半闭环伺服特点及应用3、全闭环伺服特点及应用4、全数字伺服系统特点及应用教研室审阅意见：（教研室主任签名）年月日（教案续页）基本内容辅助手段和时间分配伺服系统（FeedServoSystem）以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。伺服系统组成基本工作原理位置检测装置将检测到的移动部件的实际位移量进行位置反馈，与位置指令信号进行比较，将两者的差值进行位置调节，变换成速度控制信号，控制驱动装置驱动伺服电动机以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到指令位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。1.调速范围要宽且要有良好的稳定性（在调速范围内）调速范围：RN=Fmax/Fmin一般要求：RN＞1000，且0.1mm/min≤Fmin＜1mm/min稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。2.位置精度高实际位移与指令位移的差值要小。位置精度一般为0.01～0.001mm，甚至可高至0.1μm。3.稳定性好即负载特性要硬，当负载发生变化或承受外界干扰的情况下，输出速度应基本不变，而且保持平稳均匀。4.动态响应快即有高的灵敏度，达到最大稳态速度的时间要短，一般要求在200～100ms，甚至小于几十毫秒。动态响应的快慢，反映了系统跟踪精度的高低，直接影响轮廓加工精度的高低和加工表面质量的好坏。伺服系统是一个位置随动系统，按有无位置检测和反馈有以下三种：开环伺服系统半闭环伺服系统闭环伺服系统开环伺服系统特点由控制器送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，驱动步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件，无需位置检测装置。系统的位置精度主要取决于步进电机的角位移精度、齿轮丝杠等传动元件的导程或节距精度以及系统的摩擦阻尼特性。位置精度较低，其定位精度一般可达±0.02mm。如果采取螺距误差补偿和传动间隙补偿等措施，定位精度可提高到±0.01mm。此外，由于步进电机性能的限制，开环进给系统的进给速度也受到限制，在脉冲当量为0.01mm时，一般不超过5m/min。半闭环伺服系统特点将检测装置装在伺服电机轴或传动装置末端，间接测量移动部件位移来进行位置反馈的进给系统称为半闭环伺服系统。在半闭环伺服系统中，将编码器和伺服电机作为一个整体，编码器完成角位移检测和速度检测，用户无需考虑位置检测装置的安装问题。这种形式的半闭环伺服系统在机电一体化设备上得到广泛的采用。闭环伺服系统特征将检测装置装在移动部件上，直接测量移动部件的实际位移来进行位置反馈的进给系统称为闭环伺服系统。闭环伺服系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环伺服系统只能补偿部分误差，因此，半闭环伺服系统的精度比闭环系统的精度要低一些。由于采用了位置检测装置，所以，闭环进给系统的位置精度在其他因素确定之后，主要取决于检测装置的分辨率和精度。闭环和半闭环伺服系统因为采用了位置检测装置，所以在结构上较开环进给系统复杂。另外，由于机械传动机构部分或全部包含在系统之内，机械传动机构的固有频率、阻尼、间隙等将成为系统不稳定的因素，因此，闭环和半闭环系统的设计和调试都较开环系统困难。全数字式伺服系统在全数字式伺服系统中，控制器直接将位置指令以数字信号的形式传送给伺服驱动装置，伺服驱动装置本身具有位置和速度控制功能。控制器与伺服驱动装置之间通过总线相互传递如下信息：位置指令和实际位置速度指令和实际速度转矩指令和实际转矩伺服系统及伺服电机参数伺服状态和报警全数字式伺服系统特点1.系统的位置、速度和电流环节的调整由软件实现。2.具有较高的动、静态特性。在检测灵敏度、温度漂移、噪声及抗干扰等方面都优于模拟式伺服系统。3.引入前馈控制，构成了具有反馈和前馈复合控制的系统结构。4.由于全数字式伺服系统采用总线通信方式，极大地减小了连接电缆，便于设备安装和维护，提高了系统可靠性，同时通过显示终端实时监控伺服状态。当前，全数字式交流伺服系统在机电一体化设备驱动中得到了广泛应用。全数字式交流伺服可作速度、转矩和位置控制，接受指令脉冲或模拟电压指令信号，并自带位置环，具有丰富的自诊断、报警功能。各控制参数通过以下方法用数字方式设定：通过驱动装置上的显示器和按键进行设定通过驱动装置上的通信接口与上位机通信进行设定通过可分离式编程器和驱动装置上的接口进行设定（教案末页）小结1、开环伺服特点及应用2、半闭环伺服特点及应用3、全闭环伺服特点及应用4、全数字伺服系统特点及应用复习思考题、作业题伺服系统的类型及应用下次课预习要点闭环伺服系统组成及数学模型实施情况及分析实施情况及分析