什么是伺服控制系統

伺服控制系統是一種能對試驗裝置的機械運動按預定要求進行自動控制的操作系統。在很多情況下，伺服系統專指被控制量（系統的輸出量）是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統，其作用是使輸出的機械位移（或轉角）準確地跟蹤輸入的位移（或轉角）。伺服系統的結構組成和其他形式的反饋控制系統沒有原則上的區別。

伺服控制系統的主要指標

衡量伺服控制系統性能的主要指標系統精度、穩定性、響應特性、工作頻率四大方面，特別在頻帶寬度和精度方面。

頻帶寬度簡稱帶寬，由系統頻率響應特性來規定，反映伺服系統的跟蹤的快速性。帶寬越大，快速性越好。伺服系統的帶寬主要受控制對象和執行機構的慣性的限制。慣性越大，帶寬越窄。一般伺服系統的帶寬小于15赫，大型設備伺服系統的帶寬則在1～2赫以下。自20世紀70年代以來，由于發展了力矩電機及高靈敏度測速機，使伺服系統實現了直接驅動，革除或減小了齒隙和彈性變形等非線性因素，使帶寬達到50赫，并成功應用在遠程導彈、人造衛星、精密指揮儀等場所。伺服系統的精度主要決定于所用的測量元件的精度。因此，在伺服系統中必須采用高精度的測量元件，如精密電位器、自整角機和旋轉變壓器等。此外，也可采取附加措施來提高系統的精度，例如將測量元件（如自整角機）的測量軸通過減速器與轉軸相連，使轉軸的轉角得到放大，來提高相對測量精度。采用這種方案的伺服系統稱為精測粗測系統或雙通道系統。通過減速器與轉軸嚙合的測角線路稱精讀數通道，直接取自轉軸的測角線路稱粗讀數通道。

伺服控制系統的應用

在數控機床上，伺服調控系統是其不可缺少的一部分。其任務是把數控信息轉化為機床進給運動，從而實現精準控制。由于數控機床對產品加工時要求高，所以采用的伺服控制系統十分關鍵。

在數控機床上使用的伺服控制系統，其優點主要有：精度高，伺服系統的精度是指輸出量能復現輸入量的精確程度。包括定位精度和輪廓加工精度；穩定性好，穩定是指系統在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調節過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態。直接影響數控加工的精度和表面粗糙度；快速響應，快速響應是伺服系統動態品質的重要指標，它反映了系統的跟蹤精度；調速范圍寬，其調速范圍可達0—30m/min；低速大轉矩，進給坐標的伺服控制屬于恒轉矩控制，在整個速度范圍內都要保持這個轉矩，主軸坐標的伺服控制在低速時為恒轉矩控制，能提供較大轉矩，在高速時為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。

在機床進給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系統，有三種類型：模擬形式、數字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號，位置控制通常由上位機實現。數字伺服可實現一機多用，如做速度、力矩、位置控制。可接收模擬指令和脈沖指令，各種參數均以數字方式設定，穩定性好。具有較豐富的自診斷、報警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數字伺服系統。其將各種控制方式和不同規格、功率的伺服電機的監控程序以軟件實現。使用時可由用戶設定代碼與相關的數據即自動進入工作狀態。配有數字接口，改變工作方式、更換電動機規格時，只需重設代碼即可，故也稱萬能伺服。

交流伺服已占據了機床進給伺服的主導地位，并隨著新技術的發展而不斷完善，具體體現在三個方面。一是系統功率驅動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發展，智能化功率模塊得到普及與應用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術的成熟，將促進先進控制算法的應用；三是網絡化制造模式的推廣及現場總線技術的成熟，將使基于網絡的伺服控制成為可能。