航天公开课伺服系统分类思维导图

采用步进电动机驱动的开环伺服系统，开环控制系统是指不带位置反馈装置的控制方式

由功率型步进电动机作为驱动元件的控制系统是典型的开环控制系统

数控装置根据所要求的运动速度和位移量，向环形分配器和功率放大电路输出一定频率和数量的脉冲

不断改变步进电动机各相绕组的供电状态，使相应坐标轴的步进电动机转过相应的角位移

再经过机械传动链，实现运动部件的直线移动或转动

运动部件的速度与位移量是由输入脉冲的频率和脉冲数所决定

开环控制系统具有结构简单、调试维修方便和价格低廉等优点

缺点是精度较低，输出扭矩值的大小受到限制

而且当输入较高的脉冲频率时，容易产生失步，难以实现运动部件的快速控制

一般开环控制系统适用于中小型和经济型数控机床，以及普通机床的数控化改造

近年来，随着高精度步进电动机特别是混合式步进电动机的应用

以及PWM技术及微步驱动、超微步驱动技术的发展

步进伺服系统的高频出力与低频振荡得到极大的改善，开环控制数控机床的精度和性能也大为提高

闭环伺服系统的结构，它带有直线位置检测装置，可直接对被控对象的实际位移量进行检测

加工过程中，将速度反馈信号送到速度控制电路，将被控对象的实际位移量反馈给位置比较电路

与数控装置发出的位移指令值进行比较，用比较后的误差信号作为控制量去控制被控对象的运动

直到误差等于零为止，常用的伺服驱动元件为直流或交流伺服电动机

闭环控制可以消除包括被控对象传动链在内的传动误差，因而定位精度高、调节速度快

但由于被控对象惯量大，对系统的稳定性会带来不利影响，使系统的调试、维修困难

且控制系统复杂成本高，故一般应用在高精度控制场合上

它与闭环控制系统的区别在于检测反馈信号不是来自安装在被控对象上的直线位移测量元件

而是来自安装在电动机轴端或丝杠上的角位移测量元件

半闭环伺服系统通过测量电动机转角或丝杆转角推算出被控对象的位移量

并将此值与指令值进行比较，用差值来进行控制

由于被控对象未包括在控制回路中，因而称半闭环控制

这种控制方式排除了惯量很大的被控对象部分，使整个系统的稳定性得以保证

目前已普遍将角位移检测元件与伺服电动机做成一个部件，使系统结构简单、调试和维护也易于掌握

数字脉冲比较伺服系统是将数控装置发出的数字（或脉冲）指令信号与检测装置

测得的以数字（或脉冲）形式表示的反馈信号直接进行比较，获得位置误差，实现控制

数字脉冲比较伺服系统结构简单，容易实现，工作稳定，在一般数控伺服系统中应用十分普遍

在鉴相式伺服系统中，位置检测装置采用相位工作方式，指令信号与反馈信号都变成某个载波的相位

然后通过两者相位的比较，获得实际位置与指令位置的偏差，实现闭环、半闭环控制

鉴相式伺服系统适用于感应式检测元件（如旋转变压器、感应同步器）的工作状态，可得到满意的精度

此外，由于载波频率高，响应快，抗干扰性强，更适用于连续控制的伺服系统

鉴幅式伺服系统是以位置检测信号的幅值大小来反映机械位移的数值

并以此作为位置反馈信号，一般还要将此幅值信号转换成数字信号才能与指令数字信号进行比较

从而获得位置偏差信号构成闭环、半闭环控制系统