項(xiàng)目一任務(wù)一：認(rèn)識(shí)伺服系統(tǒng)(定義,結(jié)構(gòu)組成,分類,發(fā)展).ppt

1、項(xiàng)目一：伺服系統(tǒng)的認(rèn)知,（大腦）,（手）,（籃球）,輸出量,籃球 落點(diǎn)位 置,預(yù)設(shè)籃球位置,投擲力,籃球落點(diǎn)位置與哪些因素有關(guān)？,（眼睛）,-,投籃過程圖解,輸入量,籃球落點(diǎn)位置,預(yù)設(shè)籃球位置,人體控制系統(tǒng),當(dāng)你一走近感應(yīng)玻璃門，它就會(huì)自動(dòng)向左右打開；你一走遠(yuǎn)，它又自動(dòng)關(guān)上。這是靠（ ）感應(yīng)到人來的。,A.震動(dòng) B. 人的移動(dòng) C. 紫外線 D. 紅外線,D,（控制電路）,（電動(dòng)機(jī)）,（自動(dòng)門）,輸入量,（人熱輻射發(fā)出的信號(hào)）,輸出量,門的狀態(tài) （開或閉）,這就是日常生活中的一個(gè)簡單的控制系統(tǒng)。,門的狀態(tài) （開或閉）,人熱輻射：紅外線,電飯煲,空調(diào),電冰箱,蔬菜大棚,電風(fēng)扇,臺(tái)燈、感應(yīng)燈,你還

2、能舉出你身邊其他有關(guān)控制的例子嗎？,自動(dòng)控制技術(shù)，是20世紀(jì)發(fā)展最快、影響最大的技術(shù)之一，也是21世紀(jì)最重要的高技術(shù)之一。今天，技術(shù)、生產(chǎn)、軍事、管理、生活等各個(gè)領(lǐng)域，都離不開自動(dòng)控制技術(shù)。,生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制發(fā)展為例,自動(dòng)控制系統(tǒng)(automatic control systems),是在無人直接參與下可使生產(chǎn)過程或其他過程按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng)。,簡稱自控系統(tǒng)。,伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，把輸出量能以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)。,伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）也叫隨動(dòng)系統(tǒng)。,自動(dòng)控制系統(tǒng),伺服系統(tǒng),伺服系統(tǒng),位置,狀態(tài),.,伺服系統(tǒng)使物體的位置、

3、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入指令的要求而做出快速、平滑、精確地響應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。,從控制原理層面,位移,速度,加速度,伺服系統(tǒng)專指被控制量(輸出量)是機(jī)械位移或速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移(轉(zhuǎn)角)準(zhǔn)確地跟隨輸入的位移(轉(zhuǎn)角)。,從行業(yè)角度：如機(jī)電,伺服的任務(wù)就是要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠快速、平滑、精確地執(zhí)行上位控制裝置的指令要求。,從控制任務(wù)層面：,伺服系統(tǒng)的基本概念,總之： 伺服系統(tǒng)是指經(jīng)由閉環(huán)控制方式達(dá)到一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的位置、速度或加速度的控制； 伺服的任務(wù)就是要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠快速、平滑、精確地執(zhí)行上位控制裝置的指令要求，從而獲得精確的位置、速度及動(dòng)力輸出的隨動(dòng)系統(tǒng)或自動(dòng)跟

4、蹤系統(tǒng)。,二、伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,早期：伺服系統(tǒng)主要用于國防軍工，如火炮的控制， 船艦、飛機(jī)的自動(dòng)駕駛，導(dǎo)彈發(fā)射等； 后來：逐漸推廣到國民經(jīng)濟(jì)的許多部門如：自動(dòng)機(jī)床、無線跟蹤控制等； 目前：在機(jī)床工具、包裝、紡織印刷、電子設(shè)備等行業(yè)的應(yīng)用相對(duì)較多，尤以在機(jī)床行業(yè)上的應(yīng)用最為廣泛。,三、伺服系統(tǒng)的發(fā)展,伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從： 液壓 氣動(dòng) 電氣化的過程； 由伺服電機(jī)、反饋裝置和控制器組成的電氣伺服系統(tǒng)已經(jīng)走過了近50個(gè)年頭。電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)類型分為直流（DC）和交流（AC）伺服系統(tǒng)。,20世紀(jì)50年代，無刷電機(jī)和直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，并在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和機(jī)械設(shè)備上獲得了廣泛的應(yīng)用。 20

5、世紀(jì)70年代是直流伺服電機(jī)應(yīng)用最廣泛的時(shí)代。但直流伺服電機(jī)存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)，在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，影響了與其連接的其他機(jī)械設(shè)備的精度；難以應(yīng)用到高速及大容量的場合，機(jī)械換向器則成為直流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。,從20世紀(jì)70年代后期到80年代初期， 隨著微處理器技術(shù)、大功率高性能半導(dǎo)體功率器件技術(shù)與電機(jī)永磁材料制造工藝的發(fā)展及其性能價(jià)格比的日益提高； 交流伺服技術(shù)交流伺服電機(jī)和交流伺服控制系統(tǒng)逐漸成為主導(dǎo)產(chǎn)品。 交流伺服電機(jī)克服了直流伺服電機(jī)存在的電刷、換向器等機(jī)械部件所帶來的各種缺點(diǎn)，特別是交流伺服電機(jī)的過負(fù)荷特性和低慣性體現(xiàn)出了交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)越性。,為什么伺服系統(tǒng)

6、會(huì)比一般自控系統(tǒng)的的精度高，響應(yīng)快，控制更靈活呢？,伺服系統(tǒng)是反饋控制系統(tǒng)，那反饋又是什么？,Go on,（控制電路）,（電動(dòng)機(jī)）,（自動(dòng)門）,輸入量,（人熱輻射發(fā)出的信號(hào)）,輸出量,門的狀態(tài) （開或閉）,感應(yīng)自動(dòng)門控制系統(tǒng)原理圖,被控對(duì)象,執(zhí)行器,控制器,控制器,執(zhí)行器,被控對(duì)象,（定時(shí)器）,（進(jìn)水閥門）,（游泳池）,輸入量,輸出量,游泳池水位,設(shè)定注水時(shí)間,游泳池定時(shí)注水系統(tǒng)原理圖,被控對(duì)象,執(zhí)行器,控制器,控制器,執(zhí)行器,被控對(duì)象,：是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行變換處理，以控制執(zhí)行元件按要求動(dòng)作。,控制器,執(zhí)行器,被控對(duì)象,：按控制信號(hào)的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作

7、。,：執(zhí)行動(dòng)作的最后單元。,計(jì)算機(jī)或PID控制電路,：電機(jī),機(jī)械手臂、機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸等,（大腦）,（手）,（籃球）,輸入量,輸出量,籃球落 點(diǎn)位置,預(yù)設(shè)籃球位置,（眼睛）,-，+,投籃過程圖解,控制器,執(zhí)行器,被控對(duì)象,檢測裝置,檢測裝置：能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器（光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器）和轉(zhuǎn)換電路。,輸入量,輸出量,大腦,控制器,執(zhí)行器,被控對(duì)象,檢測裝置,比較器：將輸入的指令信號(hào)與系統(tǒng)的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號(hào)的環(huán)節(jié)。通常由專門的電路或計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。,比較器,控制電路,加熱/制冷元件,花房,花房溫度,溫度傳感器,設(shè)定的溫度,溫室

8、控溫圖解,檢測裝置,被控對(duì)象,比較器,控制器,執(zhí)行器,伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成,伺服系統(tǒng)的分類,按被控量參數(shù)特性分類：可分為位移、速度、力矩等各種伺服系統(tǒng)；,按驅(qū)動(dòng)元件類型,氣動(dòng)伺服系統(tǒng),電氣伺服系統(tǒng),液壓伺服系統(tǒng),步進(jìn)電機(jī)控制,直流伺服系統(tǒng),交流伺服系統(tǒng),二、伺服系統(tǒng)的分類,按控制原理,開環(huán)伺服系統(tǒng),閉環(huán)伺服系統(tǒng),半閉環(huán)伺服系統(tǒng),輸入量,輸出量,控制器,執(zhí)行器,被控對(duì)象,檢測裝置,比較器,-，+,（檢測）反饋單元,（檢測）反饋裝置,輸出量,控制器,執(zhí)行器,被控對(duì)象,輸入量,開環(huán)伺服系統(tǒng),系統(tǒng)發(fā)出指令脈沖經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路變換與放大，傳給步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)每接收一個(gè)指令脈沖，就旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再通過齒輪副（

9、絲杠螺母副）帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)。,1. 無檢測反饋裝置； 2. 加工精度低、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低； 3. 適用于對(duì)精度和速度要求不高的經(jīng)濟(jì)型、中小型數(shù)控系統(tǒng)。,開環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn),工作臺(tái),直接測量移動(dòng)部件的實(shí)際位移。,裝在移動(dòng)部件上,裝在電機(jī)或絲杠的端頭,檢測角位移，間接獲得工作臺(tái)的位移,閉環(huán),半閉環(huán),閉環(huán)伺服系統(tǒng),將位置檢測裝置裝在移動(dòng)部件上，直接測量移動(dòng)部件的實(shí)際位移來進(jìn)行位置反饋的進(jìn)給系統(tǒng)稱為閉環(huán)伺服系統(tǒng)。,閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn),1、由于它將機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分如絲杠、螺母副等慣性環(huán)節(jié)放在閉環(huán)內(nèi)，所以系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、調(diào)試時(shí)比較麻煩； 2、位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。,1. 精度高，取決于檢測裝置的精度，與傳動(dòng)鏈的誤差無關(guān)； 2. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難； 3. 適用于大型或比較精密的數(shù)控設(shè)備。,閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn),半閉環(huán)伺服系統(tǒng),有位置檢測裝置，且裝在電機(jī)或絲杠的端頭，檢測角位移，間接獲得工作臺(tái)的位移。,1、絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差難以消除； 2、半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能。,半