伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性，決定了其設(shè)計(jì)過程的復(fù)雜性。實(shí)際伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是很難一次成功的，往往都要經(jīng)過多次反復(fù)修改和調(diào)試才能獲得滿意的結(jié)果。下面僅對伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟和方法作一簡單介紹。

伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1、穩(wěn)定性

伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性指在系統(tǒng)上的擾動信號消失后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行，或者在輸入的指令信號作用下，能夠達(dá)到的新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。

穩(wěn)定性要求是一項(xiàng)最基本的要求，是保證伺服系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的最基本條件。

2、精度

伺服系統(tǒng)的精度是指其輸出量復(fù)現(xiàn)輸入指令信號的精確程度。

系統(tǒng)中各個元件的誤差都會影響到系統(tǒng)的精度，如傳感器的靈敏度和精度、伺服放大器的零點(diǎn)漂移和死區(qū)誤差、機(jī)械裝置中的反向間隙和傳動誤差、各元器件的非線性因素等。反映在伺服系統(tǒng)_上就會表現(xiàn)出動態(tài)誤差、穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差，伺服系統(tǒng)應(yīng)在比較經(jīng)濟(jì)的條件下達(dá)到給定的精度。

3、快速響應(yīng)性

快速響應(yīng)性是指系統(tǒng)輸出量快速跟隨輸入指令信號變化的能力，它主要取決于系統(tǒng)的阻尼比和固有頻率可以提高快速響應(yīng)性，但對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和最大超調(diào)量有不利影響，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時應(yīng)該對兩者進(jìn)行優(yōu)化，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)速度盡可能快。

4、靈敏度

系統(tǒng)各元件的參數(shù)變化等都會影響系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)對這些變化的靈敏度要小，即系統(tǒng)的性能應(yīng)不受參數(shù)變化的影響。具體措施為：對于開環(huán)系統(tǒng)，應(yīng)嚴(yán)格挑選各元件;對于閉環(huán)系統(tǒng)，對輸出通道中元件的挑選標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)放寬，對反饋通道的各元件必須嚴(yán)格挑選，以改善系統(tǒng)的靈敏度。

伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟及方法

1、設(shè)計(jì)要求分析，系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

首先對伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，明確其應(yīng)用場合和目的、基本性能指標(biāo)及其它性能指標(biāo)，然后根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件擬定幾種技術(shù)方案，經(jīng)過評價(jià)、對比，選定一種比較合理的方案。

方案設(shè)計(jì)應(yīng)包括下述一些內(nèi)容：控制方式選擇；執(zhí)行元件選擇；傳感器及其檢測裝置選擇；機(jī)械傳動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇等。方案設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步，各構(gòu)成環(huán)節(jié)的選擇只是初步的，還要在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段進(jìn)一步修改確定。

2、系統(tǒng)性能分析

方案設(shè)計(jì)出來后，盡管各具體結(jié)構(gòu)參數(shù)還沒有確定，也應(yīng)先根據(jù)基本結(jié)構(gòu)形式對其基本性能進(jìn)行初步分析。

首先畫出系統(tǒng)方框圖，列出系統(tǒng)近似傳遞函數(shù)，并對傳遞函數(shù)及方框圖進(jìn)行化簡（一般應(yīng)簡化成二階以下系統(tǒng)），然后在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)穩(wěn)定性、精度及快速響應(yīng)性進(jìn)行初步分析，其中最主要的是穩(wěn)定性分析，如不能滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)考慮修改方案或增加校正環(huán)節(jié)。

3、執(zhí)行元件及傳感器的選擇

方案設(shè)計(jì)只是對執(zhí)行元件及傳感器進(jìn)行了初步選型，這一步應(yīng)根據(jù)具體速度、負(fù)載及精度要求來具體確定執(zhí)行元件及傳感器的參數(shù)和型號。

4、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)及參數(shù)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中應(yīng)注意消除各種傳動間隙，盡量提高系統(tǒng)剛度、減小慣量及摩擦，尤其在設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌時要防止會產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象。

5、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)沒計(jì)包括信號處理及放大電路、校正裝置、伺服電動機(jī)驅(qū)動電路等的詳細(xì)設(shè)計(jì)，如果采用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，還應(yīng)包括接口電路及控制器算法軟件的設(shè)計(jì)。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意各環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇及與機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)的匹配，以使系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度和快速響應(yīng)性，并滿足精度要求。

6、系統(tǒng)性能復(fù)查

所有結(jié)構(gòu)參數(shù)確定之后，可重新列出系統(tǒng)精確的傳遞函數(shù)，但實(shí)際的伺服系統(tǒng)一般都是高階系統(tǒng)，因而還應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)化簡，才可進(jìn)行性能復(fù)查。經(jīng)過復(fù)查如發(fā)現(xiàn)性能不夠理想，則可調(diào)整控制系統(tǒng)的參數(shù)或修改算法，甚至重新設(shè)計(jì)，直到滿意為止。

7、系統(tǒng)測試實(shí)驗(yàn)

上述設(shè)計(jì)與分析都還處于理論階段，實(shí)際系統(tǒng)的性能，還需通過測試實(shí)驗(yàn)來確定。測試實(shí)驗(yàn)可在模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行，也可在試制的樣機(jī)上進(jìn)行。通過測試實(shí)驗(yàn)，往往還會發(fā)現(xiàn)一些問題，必須采取措施加以解決。

8、系統(tǒng)設(shè)計(jì)定案

經(jīng)過上述7個步驟及其中多次反復(fù)而得到滿意的結(jié)果后，可以將設(shè)計(jì)方案確定下來，然后整理設(shè)計(jì)圖樣及設(shè)計(jì)計(jì)算說明書等技術(shù)文件，準(zhǔn)備投入正式生產(chǎn)。