量变为数字量，或再将数字量变为模拟量，前者就是模/数转换，后者就是数/模转换 单元四机电一体化伺服驱动技术 41概述 伺服的意思就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动。 同服系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系 统。伺服系统主要用于机械设备位置和速度的动态控制。 4.1.1伺服驱动系统的种类及特点 绝大部分机电一体化系统都具有伺服功能，机电一体化系统中的伺服控制是为执行机构按设计要 求实现运动而提供控制和动力的重要环节。 伺服系统本身就是一个典型的机电一体化系统。 ()比较元件是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环 节，通常由专门的电路或计算机来实现。 (2调节元件又称控制器，通常是计算机或PD控制电路，主要任务是对比较元件输出的偏差信号 进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。 (3)执行元件的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象 工作。机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动同服机构等。 (4被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体。一般包括传动系统、执行装 置和负载。 (⑤)测量反馈元件是指能够对输出进行测量，并转换成比较元件所需要的量纲的装置一般包括传感器利 转换电路。无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是低于检测装置的精度 伺服系统的种类很多，按其驱动元件的类型分类，可分为电气伺服系统、液压伺服系统、气动伺 服系统。电气伺服系统根据电机类型的不同又可分为直流伺服系统、交流伺服系统和步进电机控制同服系 。 一般我们也将驱动元件称作执行元件或执行器、执行机构。 按控制方式分类，伺服系统又可分为开环控制同服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制同服系统。 4.1.2执行器及其选取依据 执行器通常又称为驱动器、调节器等，是驱动、传动、拖动、操纵等装置、机构或元器件的总称。 根据主要被控参数选择能量和运动转换装置的大致原则如下。 ()直线运动能量转换装置：根据力和距离。 (2)旋转运动能量转换装置根据扭矩和速度 3)运动转换机构：根据输入输出速度大小和方向的变化。 4.1.3输出接口装置 执行元件与负载之间的连接方式一般有两种形式：一种是与负载固连，直接驱动：另一种是通过不 同的机械传动装置（如齿轮传动链、带传动）与负载相连。这些机械传动装置就是执行元件的输出接口装置。 4.2典型执行元件 执行元件是将控制信号转换成机械运动和机械能量的转换元件 4.2.1电气执行元件 电气式执行元件是将电能转化成电磁力，并用电磁力驱动执行机构运动。 电气执行元件的特点是操作简便、便于控制、能实现定位同服、响应快、体积小、动力较大和无污染 等代点，但时能力差、易干烧毁线圈、容易晒声干扰 、步进 机及其控制系统 步进电动机伺服系统一般构成典型的开环伺服系统，执行元件是步进电动机，它能将CC装置 输出的进给脉冲转换成机械角位移运动，并通过齿轮、丝杠带动工作台直线移动。步进电动机同服系统中 无位置、速度检测环节，其精度主要取决于步进电动机的步距角以及与之相连传动链的精度。 (步进电动机的结构。磁极数越多，转子上的齿数越多，步距角越小，步进电动机的位置精度越高， 1111 量变为数字量，或再将数字量变为模拟量，前者就是模/数转换，后者就是数/模转换。 单元四 机电一体化伺服驱动技术 4. 1 概述 伺服的意思就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动。 伺服系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系 统。伺服系统主要用于机械设备位置和速度的动态控制。 4.1.1 伺服驱动系统的种类及特点 绝大部分机电一体化系统都具有伺服功能，机电一体化系统中的伺服控制是为执行机构按设计要 求实现运动而提供控制和动力的重要环节。 伺服系统本身就是一个典型的机电一体化系统。 (1)比较元件是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环 节，通常由专门的电路或计算机来实现。 (2)调节元件又称控制器，通常是计算机或 PID 控制电路，主要任务是对比较元件输出的偏差信号 进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。 (3)执行元件的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象 工作。机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。 (4)被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体。一般包括传动系统、执行装 置和负载。 (5)测量反馈元件是指能够对输出进行测量，并转换成比较元件所需要的量纲的装置一般包括传感器和 转换电路。无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是低于检测装置的精度 伺服系统的种类很多，按其驱动元件的类型分类，可分为电气伺服系统、液压伺服系统、气动伺 服系统。电气伺服系统根据电机类型的不同又可分为直流伺服系统、交流伺服系统和步进电机控制伺服系 统。一般我们也将驱动元件称作执行元件或执行器、执行机构。 按控制方式分类，伺服系统又可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。 4. 1. 2 执行器及其选取依据 执行器通常又称为驱动器、调节器等，是驱动、传动、拖动、操纵等装置、机构或元器件的总称。 根据主要被控参数选择能量和运动转换装置的大致原则如下。 (1)直线运动能量转换装置:根据力和距离。 (2)旋转运动能量转换装置:根据扭矩和速度。 (3)运动转换机构:根据输入/输出速度大小和方向的变化。 4. 1. 3 输出接口装置 执行元件与负载之间的连接方式一般有两种形式:一种是与负载固连，直接驱动;另一种是通过不 同的机械传动装置(如齿轮传动链、带传动)与负载相连。这些机械传动装置就是执行元件的输出接口装置。 4. 2 典型执行元件 执行元件是将控制信号转换成机械运动和机械能量的转换元件。 4. 2. 1 电气执行元件 电气式执行元件是将电能转化成电磁力，并用电磁力驱动执行机构运动。 电气执行元件的特点是操作简便、便于控制、能实现定位伺服、响应快、体积小、动力较大和无污染 等优点，但过载能力差、易于烧毁线圈、容易受噪声干扰。 1.步进电机及其控制系统 步进电动机伺服系统一般构成典型的开环伺服系统，执行元件是步进电动机，它能将 CNC 装置 输出的进给脉冲转换成机械角位移运动，并通过齿轮、丝杠带动工作台直线移动。步进电动机伺服系统中 无位置、速度检测环节，其精度主要取决于步进电动机的步距角以及与之相连传动链的精度。 (1)步进电动机的结构。磁极数越多，转子上的齿数越多，步距角越小，步进电动机的位置精度越高