其他
与材料有关
压电元件
12 伺服系统概述
1. 电气执行元件 电气执行元件包括直流(DC)伺服电机、交流（AC） 伺服电机、步进电机以及电磁铁等，是最常用的执行元 件。对伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态 性能好，适合于频繁使用，便于维修等 2．液压式执行元件 液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、 液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况 下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点 3．气压式执行元件 气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液 压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动 力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩 性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。
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第二节 伺服系统的执行元件概述
执行元件的种类及特点 执行元件的基本要求 常用的控制用电机
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一、执行元件的种类及其特点
电磁式
电动机 电磁铁及其他
交流伺服电机 直流伺服电机
执
液压式
行
元
件 气压式
油缸 液压马达 气缸 气压马达
步进电机 其他电机 双金属片 状态记忆金属
要求：
• Rn＝
nmax nmin
要大，并且在该范围内，速度稳定；
• 无论高速低速下，输出力或力矩稳定，低速驱动时， 能输出额定的力 或力矩；
• 在零速时，伺服系统处于 “锁定” 状态，即惯性小。
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低速大转矩
应变能力指能承受频繁的启动、制动、加速、减速的 冲击； 过载能力指在低速大转矩时，能承受较长时间的过载 而不致损坏。
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第12讲内容
伺服系统概述 伺服系统的执行元件概述 控制电动机 伺服系统设计
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第一节 伺服系统概述
伺服系统基本概念 伺服系统基本类型 伺服系统基本要求
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一、伺服系统基本概念
伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行 人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。
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3.执行环节 执行环节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
5.检测环节 检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所 需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。
气体压力源压力 5~7×Mpa；要求操作 人员技术熟练。
液体压力源压力 20~80×Mpa；要求 操作人员技术熟练。
优点
缺点
操作简便；编程容易； 瞬时输出功率大；过载
能实现定位伺服控制； 差；一旦卡死，会引起
响应快、易与计算机
烧毁事故；受外界噪音
（CPU）连接；体积小、 影响大。
动力大、无污染。
气源方便、成本低；无 泄露而污染环境；速度 快、操作简便。
稳态误差表示
影响伺服系统精度的因素： 传感器的灵敏度和精度
组成元件本身误 差
伺服放大器的零点漂移和死区误差 机械装置反向间隙和传动误差
各元器件的非线性因素等
系统本身
结构形式 输入指令信号的形式
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▪ 响应速度:是衡量伺服系统动态性能的重要指标
调速范围 是伺服系统提供的最高速与最低速之比
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气压系统与液压系统的比较
1. 空气可以从大气中取之不竭且不易堵塞；将用过的气体排入大 气，无需回气管路处理方便；泄漏不会严重的影响工作，不污 染环境。
2. 空气粘性很小，在管路中的沿程压力损失为液压系统的干分之 一，易于远距离控制。
3. 工作压力低．可降低对气动元件的材料和制造精度要求。 4. 对开环控制系统，它相对液压传动具有动作迅速、响应快的优
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伺服系统的特点和功用
• 伺服系统与一般机床的进给系统有本质上差别，它能根据 指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置
• 伺服系统是数控装置和机床的联系环节，是数控系统的重 要组成
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二、伺服系统基本类型
➢ 按控制原理分 有开环、闭环和半闭环三种形式 ➢ 按被控制量性质分 有位移、速度、力和力矩等伺
Hale Waihona Puke 功率小、体积大、难于 小型化；动作不平稳、 远距离传输困难；噪音 大；难于伺服。
输出功率大，速度快、 动作平稳，可实现定位 伺服控制；易与计算机 （CPU）连接。
设备难于小型化；液压 源和液压油要求严格； 易产生泄露而污染环境。
应用：液压系统用于需大的功率重型设备;气动用于工件夹紧、输送等 自动化生产线; 电动应用最广泛.
输入指令 比较 元件
调节 元件
执行 元件
被控 对象
输出量
测量、反 馈元件
伺服系统组成原理框图
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1.比较环节 比较环节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.控制器 控制器通常是计算机或PID（比例、积分和微分）控 制电路，其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。
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电磁式
感应电动机
永磁同步电动机
异步电动机
离合器电动机
微型直流减速电动机
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液压式
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气压式
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种类
电 气 式
气 压 式
液 压 式
特点
可用商业电源；信号 与动力传送方向相同； 有交流直流之分；注意 使用电压和功率。
伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服 系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。
电气控制装置
由两部分组成：
电气控制装置部分 机械执行装置部分
执行元件
机械执行 装置
传 感 器
伺服系统组成图
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伺服系统的结构组成
机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从 自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控 制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五 部分。
服系统形式 ➢ 按驱动方式分 有电气、液压和气压等伺服驱动形式 ➢ 按执行元件分 有步进电机伺服、直流电机伺服和交
流电机伺服形式
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三、伺服系统基本要求
✓精度高： ✓稳定性好： ✓快速响应： ✓调速范围宽： ✓低速大转矩：
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三、伺服系统基本要求 ▪ 精度:指输出量复现输入指令信号的精确程度，通常用