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伺服系统技术的发展

2017-3-17 16:19:17      点击:
随着信息、通讯与自动化技术的发展,种类繁多的自动控制装置逐渐进进了人们的日常生活。网络通讯技术不仅为人们提供了方便的通讯手段,实际上也为各式各样的电子裝置提供了简易可靠的通讯渠道,借助于新式的网络通讯技术与计算功能强大的数字信号处理器芯片(DSP),可以开展出多种具有基本智能的信息家电设备,例如可以帮助清洁工作的机器人、可供娱乐的电子机械宠物等等。这些结合机械、电子、通讯、控制、信息技术融合装置的核心部分就是具有网络界面的伺服系统控制器。伺服技术已广泛的应用于我们的日常生活,例如光碟机光学读取头的伺服控制、远控飞机的机翼控制、数字相机的自动对焦控制、具有影像追踪功能的网络摄像监控系统、汽车自动驾驶等等,伺服系统涉及范围涵盖广泛,多学科交叉色彩浓厚。
伺服系统—-机电一体化关键技术
“伺服机构系统”源自servomechanism system,系指经过闭环控制方式达到一个机械系统位置、速度、或加速度控制的系统。一个伺服系统的构成通常包含被控对象(plant)、驱动器(actuator)、控制器(controller)等几个部分,被控对象系指被控制的物体,例如一个机械手臂,或是一个机械工作平台。驱动器的功能在于主要提供被控对象的动力,可能以气压、液压、或是电力驱动的方式呈现,若是采用液压驱动方式,一般称之为液压伺服系统。目前尽大多数伺服系统采用电力驱动方式,驱动器包含了电机与功率放大器,特别设计应用于伺服系统的电机蒙古自治区称之为伺服电机(servo motor),通常内部含有位置反馈装置,如光电编码器(optical encoder)或是旋转变压器(resolver),目前主要应用于产业界的伺服电机包括直流伺服电机、永磁交流伺服电机和感应交流伺服电机,其中又以永磁交流伺服电机占尽大多数。控制器的功能在于提供整个伺服系统的闭环控制,如转矩控制、速度控制和位置控制等。目前一般产业用伺服驱动器(servo drive)通常包含了控制器和功率放大器。
一个传统伺服机构系统的组成如图1所示,伺服驱动器主要包含功率放大器与伺服控制器,伺服控制器通常包含速度控制器与转矩控制器,电机通常提供模拟式的速度反馈信号,控制界面采用±10V的模拟信号,经过外回路的模拟命令,可直接控制电机的转速或转矩。采用这种伺服驱动器,通常必须再加上一个位置控制器(position controller)才能完成位置控制。图2所示是一个现代的伺服机构系统结构图,其中的伺服驱动器包含了伺服控制器与功率放大器,伺服电机提供高分辨率的光电编码器反馈信号。
多轴运动控制系统
精密伺服系统多应用于多轴运动控制系统,如产业机器人、数控机床、电子零件组装系统、PCB自动插件机等等。图3所示是一个运动控制平台的方块图,工作对象的位置控制可通过平台的移动来实现,平台位置的检测有两种方式,一种是由伺服电机本身所安装的光电编码器,由于是以间接的方式反馈工作对象的位置,再通过闭环控制达到位置控制的目的,因此也称之为间接位置控制(indirect position control)。另一种方式是直接将位置传感组件安装在平台上,如光学尺、激光位置检测计等等,直接反馈工作对象的位置,再通过闭环控制达到位置控制的目的,称之为直接位置控制(direct position control)。