伺服體系（servomechanism）又稱隨動(dòng)體系，是用來(lái)準(zhǔn)確地跟從或復(fù)現(xiàn)某個(gè)進(jìn)程的反響操控體系。
什么是伺服體系
伺服體系（servomechanism）又稱隨動(dòng)體系，是用來(lái)準(zhǔn)確地跟從或復(fù)現(xiàn)某個(gè)進(jìn)程的反響操控體系。
伺服體系使物體的方位、方位、狀況等輸出被控量可以跟從輸入方針（或給定值）的恣意改動(dòng)的主動(dòng)操控體系。它的首要使命是按操控指令的要求、對(duì)功率進(jìn)行擴(kuò)大、改換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)設(shè)備輸出的力矩、速度和方位操控十分靈敏便利。
在很多情況下，伺服體系專指被操控量（體系的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反應(yīng)操控體系，其效果是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地盯梢輸入的位移（或轉(zhuǎn)角），其結(jié)構(gòu)組成和其他方式的反應(yīng)操控體系沒(méi)有原則上的差異。伺服體系開始用于國(guó)防軍工， 如火炮的操控， 船艦、飛機(jī)的主動(dòng)駕駛，導(dǎo)彈發(fā)射等，后來(lái)逐步推行到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門，如主動(dòng)機(jī)床、無(wú)線盯梢操控等。
伺服體系的結(jié)構(gòu)組成
機(jī)電一體化的伺服操控體系的結(jié)構(gòu)、類型繁多，但從主動(dòng)操控理論的視點(diǎn)來(lái)剖析，伺服操控體系一般包含操控器、被控目標(biāo)、履行環(huán)節(jié)、檢測(cè)環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五部分。
1、比較環(huán)節(jié)
比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號(hào)與體系的反應(yīng)信號(hào)進(jìn)行比較，以獲得輸出與輸入間的差錯(cuò)信號(hào)的環(huán)節(jié)，一般由專門的電路或計(jì)算機(jī)來(lái)完成。
2、操控器
操控器一般是計(jì)算機(jī)或PID操控電路，其首要使命是對(duì)比較元件輸出的差錯(cuò)信號(hào)進(jìn)行改換處理，以操控履行元件按要求動(dòng)作。
3、履行環(huán)節(jié)
履行環(huán)節(jié)的效果是按操控信號(hào)的要求，將輸入的各種方式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)被控目標(biāo)作業(yè)。機(jī)電一體化體系中的履行元件一般指各種電機(jī)或液壓、氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等。
4、被控目標(biāo)
5、檢測(cè)環(huán)節(jié)
檢測(cè)環(huán)節(jié)是指可以對(duì)輸出進(jìn)行丈量并改換成比較環(huán)節(jié)所需求的量綱的設(shè)備，一般包含傳感器和改換電路。
伺服體系的基本原理
方位檢測(cè)設(shè)備將檢測(cè)到的移動(dòng)部件的實(shí)踐位移量進(jìn)行方位反應(yīng)，與方位指令信號(hào)進(jìn)行比較，將兩者的差值進(jìn)行方位調(diào)理，改換成速度操控信號(hào)，操控驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)以給定的速度向著消除差錯(cuò)的方向運(yùn)動(dòng)，直到指令方位與反應(yīng)的實(shí)踐方位的差值等于零停止。
伺服體系的分類
1、開環(huán)伺服體系
開環(huán)伺服體系即無(wú)方位反應(yīng)的體系，其驅(qū)動(dòng)元件首要是功率步進(jìn)電機(jī)或液壓脈沖馬達(dá)。這兩種驅(qū)動(dòng)元件的作業(yè)原理的本質(zhì)是數(shù)字脈沖到視點(diǎn)位移的改換，它不必方位檢測(cè)元件完成定位，而是靠驅(qū)動(dòng)設(shè)備自身，轉(zhuǎn)過(guò)的視點(diǎn)正比與指令脈沖的個(gè)數(shù)；運(yùn)動(dòng)速度由進(jìn)給脈沖的頻率決議。
開環(huán)伺服體系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操控，但精度差，低速不平穩(wěn)，告訴扭矩小。一般用于輕載負(fù)載改動(dòng)不大或經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。
2、閉環(huán)伺服體系
閉環(huán)伺服體系是差錯(cuò)操控隨動(dòng)隨動(dòng)體系。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給體系的差錯(cuò)，是CNC輸出的方位指令和機(jī)床作業(yè)臺(tái)（或刀架）實(shí)踐方位的差值。閉環(huán)體系運(yùn)動(dòng)履行元件不能反映運(yùn)動(dòng)的方位，因而需求有方位檢測(cè)設(shè)備。該設(shè)備測(cè)出實(shí)踐位移量或許實(shí)踐所在的方位，并將丈量值反應(yīng)給CNC設(shè)備，與指令進(jìn)行比較，求得差錯(cuò)，順次構(gòu)成閉環(huán)方位操控。
因?yàn)殚]環(huán)伺服體系是反應(yīng)操控，反應(yīng)丈量設(shè)備精度很高，所以體系傳動(dòng)鏈的差錯(cuò)，環(huán)內(nèi)各元件的差錯(cuò)以及運(yùn)動(dòng)中形成的差錯(cuò)都可以得到補(bǔ)償，然后大大進(jìn)步了跟從精度和定位精度。
3、半閉環(huán)體系
方位檢測(cè)元件不直接安裝在進(jìn)給坐標(biāo)的終究運(yùn)動(dòng)部件上，而是中間經(jīng)過(guò)機(jī)械傳動(dòng)部件的方位改換，稱為間接丈量。亦即坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈有一部分在方位閉環(huán)以外，在環(huán)外的傳動(dòng)差錯(cuò)沒(méi)有得到體系的補(bǔ)償，因而這種伺服體系的精度低于閉環(huán)體系。
半閉環(huán)和閉環(huán)體系的操控結(jié)構(gòu)是共同的，不同點(diǎn)僅僅閉環(huán)體系環(huán)內(nèi)包含較多的機(jī)械傳動(dòng)部件，傳動(dòng)差錯(cuò)均可被補(bǔ)償。理論上精度可以抵達(dá)很高。但因?yàn)槭軝C(jī)械變形、溫度改動(dòng)、振蕩以及其它要素的影響，體系安穩(wěn)性難以調(diào)整。此外，機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)部件的磨損、變形以及其它要素的改動(dòng)，簡(jiǎn)單使體系安穩(wěn)性改動(dòng)，精度發(fā)生改動(dòng)。因而，目前運(yùn)用半閉環(huán)體系較多。只在具有傳動(dòng)部件緊密度高、功能安穩(wěn)、運(yùn)用進(jìn)程溫差改動(dòng)不大的高精度數(shù)控機(jī)床上運(yùn)用全閉環(huán)伺服體系。
伺服體系的功能要求及參數(shù)
功能要求
對(duì)伺服體系的基本要求有安穩(wěn)性、精度和快速呼應(yīng)性。
安穩(wěn)性好：效果在體系上的擾動(dòng)消失后，體系可以康復(fù)到原來(lái)的安穩(wěn)狀況下運(yùn)轉(zhuǎn)或許在輸入指令信號(hào)效果下，體系可以抵達(dá)新的安穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的才能，在給定輸入或外界攪擾效果下，能在時(shí)間短的調(diào)理進(jìn)程后抵達(dá)新的或許回復(fù)到原有平衡狀況；
精度高：伺服體系的精度是指輸出量能跟從輸入量的準(zhǔn)確程度。作為精細(xì)加工的數(shù)控機(jī)床，要求的定位精度或概括加工精度一般都比較高，允許的差錯(cuò)一般都在 0.01～0.00lmm之間；
快速呼應(yīng)性好：有兩方面意義，一是指動(dòng)態(tài)呼應(yīng)進(jìn)程中，輸出量隨輸入指令信號(hào)改動(dòng)的敏捷程度，二是指動(dòng)態(tài)呼應(yīng)進(jìn)程完畢的敏捷程度。快速呼應(yīng)性是伺服體系動(dòng)態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之一，即要求盯梢指令信號(hào)的呼應(yīng)要快，一方面要求過(guò)渡進(jìn)程時(shí)間短，一般在200ms以內(nèi)，乃至小于幾十毫秒；另一方面，為滿意超調(diào)要求，要求過(guò)渡進(jìn)程的前沿陡，即上升率要大。
節(jié)能高：因?yàn)樗欧w系的快速相應(yīng)，注塑機(jī)可以依據(jù)自身的需求對(duì)供應(yīng)進(jìn)行快速的調(diào)整，可以有用進(jìn)步注塑機(jī)的電能的利用率，然后抵達(dá)高效節(jié)能。
首要參數(shù)
衡量伺服體系功能的首要指標(biāo)有頻帶寬度和精度。頻帶寬度簡(jiǎn)稱帶寬，由體系頻率呼應(yīng)特性來(lái)規(guī)則，反映伺服體系的盯梢的快速性。帶寬越大，快速性越好。伺服體系的帶寬首要受操控目標(biāo)和履行機(jī)構(gòu)的慣性的約束。慣性越大，帶寬越窄。一般伺服體系的帶寬小于15赫，大型設(shè)備伺服體系的帶寬則在1～2赫以下。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，因?yàn)榘l(fā)展了力矩電機(jī)及高靈敏度測(cè)速機(jī)，使伺服體系完成了直接驅(qū)動(dòng)，清除或減小了齒隙和彈性變形等非線性要素，使帶寬抵達(dá)50赫，并成功使用在遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、精細(xì)指揮儀等場(chǎng)所。伺服體系的精度首要決議于所用的丈量元件的精度。
因而，在伺服體系中有必要選用高精度的丈量元件，如精細(xì)電位器、自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器、光柵、磁柵和球柵等。此外，也可采納附加辦法來(lái)進(jìn)步體系的精度，例如將丈量元件（如自整角機(jī)）的丈量軸經(jīng)過(guò)減速器與轉(zhuǎn)軸相連，使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角得到擴(kuò)大，來(lái)進(jìn)步相對(duì)丈量精度。選用這種計(jì)劃的伺服體系稱為精測(cè)粗測(cè)體系或雙通道體系。經(jīng)過(guò)減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測(cè)角線路稱精讀數(shù)通道，直接取自轉(zhuǎn)軸的測(cè)角線路稱粗讀數(shù)通道。
伺服體系的使用
1、激光加工范疇
2、機(jī)器人范疇
3、數(shù)控車床范疇
4、大規(guī)模集成電路制作辦公主動(dòng)化設(shè)備
5、雷達(dá)等高科技范疇
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