伺服系統(tǒng)在工業(yè)自動化控制領域的應用

劉昕

摘要：隨著社會經(jīng)濟水平的不斷提升，工業(yè)技術也相應得到了創(chuàng)新與發(fā)展，在這樣的背景下，對工業(yè)自動化的需求也越發(fā)旺盛。在自動化系統(tǒng)中，伺服技術的運用越來越廣泛，這從某種程度上表明展開伺服技術的研究具有極其重要的意義。

關鍵詞：伺服控制技術;自動化系統(tǒng);應用

伺服控制系統(tǒng)綜合了電子技術、計算機技術、檢測技術、自動控制和機械結(jié)構(gòu)等各個領域的最新技術成就，是典型的機電一體化系統(tǒng)。以CNC數(shù)控系統(tǒng)為代表的伺服系統(tǒng)主要在精密加工等數(shù)控機床領域，而PLC作為控制的伺服系統(tǒng)兼具了高精度和經(jīng)濟性的特點，在一般精度要求的工業(yè)自動化設計和改造領域具有很好好的應用前景。

1.伺服系統(tǒng)的組成及原理

伺服系統(tǒng)主要有伺服電機、伺服驅(qū)動器、指令機構(gòu)三大部分構(gòu)成，伺服電機是執(zhí)行機構(gòu)，就是靠它來實現(xiàn)運動的，伺服驅(qū)動器是伺服電機的功率電源，指令機構(gòu)是發(fā)脈沖或者給速度伺服驅(qū)動器的。上位機是給伺服指令，如PLC、工控機等，伺服驅(qū)動器是接收上位機的指令，控制電機轉(zhuǎn)動角度和速度，伺服電機是執(zhí)行機構(gòu)，其自帶的編碼器把電機旋轉(zhuǎn)的角度和速度反饋給伺服放大器，構(gòu)成閉環(huán)，確保精度。

2.伺服系統(tǒng)分類

伺服系統(tǒng)按其驅(qū)動元件劃分有步進式伺服系統(tǒng)、直流電動機（簡稱直流電機）伺服系統(tǒng)、交流電動機（簡稱交流電機）伺服系統(tǒng);按控制方式劃分有開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)等。實際上數(shù)控系統(tǒng)也分成開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)3種類型，就是與伺服系統(tǒng)這3種方式相關。

2.1開環(huán)系統(tǒng)

開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成主要由驅(qū)動部分、執(zhí)行元件和被控對象三大部分組成。由驅(qū)動部分直接給出命令，執(zhí)行元件控制被控對象達到預先目的，被控對象并不把實際情況反饋給驅(qū)動部分，這種控制系統(tǒng)叫開環(huán)系統(tǒng)。

2.2閉環(huán)系統(tǒng)

閉環(huán)系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件、檢測單元、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動電路和被控對5個部分組成。在閉環(huán)系統(tǒng)中，檢測元件將被控對象移動部件的實際位置檢測出來并轉(zhuǎn)換成電信號反饋給比較環(huán)節(jié)。通常把安裝在電機軸端的檢測元件組成的伺服系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng);把安裝在被控對象上的檢測元件組成的伺服系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。由于電機軸端和被控對象之間傳動誤差的存在，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度要比閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低一些。

2.2.1比較環(huán)節(jié)。比較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號和反饋信號進行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差，經(jīng)驅(qū)動電路，控制執(zhí)行元件帶動工作臺繼續(xù)移動，直到跟隨誤差為零。

2.2.2驅(qū)動電路。由于比較環(huán)節(jié)輸出的信號比較微弱，不能夠驅(qū)動執(zhí)行元件，所以要對其進行放大，驅(qū)動電路正是解決此問題。

2.2.3執(zhí)行元件。執(zhí)行元件的作用是根據(jù)控制信號，將電信號轉(zhuǎn)化為機械位移，驅(qū)動被控對象工作，常用的執(zhí)行元件是伺服電機等。

2.2.4被控對象。被控對象包括位移、速度、加速度、力、和力矩為被控對象。

2.2.5檢測單元。檢測環(huán)節(jié)是指能夠?qū)敵鲞M行測量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的裝置，一般包括是傳感器和轉(zhuǎn)換電路。

2.3直流伺服驅(qū)動與交流伺服驅(qū)動

交流伺服系統(tǒng)使用交流異步伺服電機和永磁同步伺服電機，而直流伺服電機存在著固有的圈點，使其收到應用環(huán)境的限制。交流伺服電機則沒有這些缺點，且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機小，使得動態(tài)響應好。另外在同體積條件下，交流伺服電機的輸出功率可比直流伺服電機輸出功率要大的多，同時交流伺服電機的容量還比直流伺服電機大的多，可以達到更高的轉(zhuǎn)速和電壓。

3.伺服系統(tǒng)的應用

3.1在機械人中的應用

在自動化不斷發(fā)展的今天，機器人已經(jīng)被廣泛地應用到各個領域，如果超薄玻璃上使用的在線運動抓片機械手，汽車生產(chǎn)企業(yè)的自動焊接機，電子廠內(nèi)抓取手等。機器人控制過程中最重要的一個環(huán)節(jié)就是伺服控制系統(tǒng)，它可以通過PLC、觸摸屏等設備控制各個伺服電機產(chǎn)生不同的扭矩和不同的方向，可直接或者間接地控制終端設備，以達到想要的效果和功能。同時也是因為伺服電動機具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且具有較大的短時過載能力，所以，伺服系統(tǒng)在工業(yè)機器人領域的應用也是得到了廣泛發(fā)展。

3.2在數(shù)控自動化機床中的應用

伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中的作用，往往集中于接收來自控制中心的指令信號，并且驅(qū)動機床各個部件的移動，都能在科學指令的引導下展開運動，以此使得數(shù)控自動化系統(tǒng)的運行質(zhì)量水平得到極大強化。要想使數(shù)控機床自動化系統(tǒng)的這一目標得到實現(xiàn)，就需要提高伺服控制技術的操作速度和精度，這從側(cè)面表明應當運用更高控制精度的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。高控制精度的伺服控制系統(tǒng)，在數(shù)控機床數(shù)據(jù)采集以及收集環(huán)節(jié)上，能夠準確地把控好有效數(shù)據(jù)的選取質(zhì)量，并使數(shù)控自動化機床工作的各個流程都表現(xiàn)得更加合理，從而滿足生產(chǎn)建設的實際要求。只有提升伺服控制系統(tǒng)的精度，才能在數(shù)控機床生產(chǎn)過程中應用更高質(zhì)量的加工器件。因為在科學技術不斷發(fā)展的今天，人們對于加工精度的要求變得越來越高，所以注重伺服控制技術在數(shù)控自動化機床中的應用，能較大程度地提升工作開展的質(zhì)量與效率。

3.3伺服控制技術在自動系統(tǒng)優(yōu)化環(huán)節(jié)中的應用

交流伺服電機的出現(xiàn)以及大規(guī)模應用，極大提升了伺服系統(tǒng)技術的基本性能，包括應用交流伺服系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)的性能。

（1）能提升自動化控制系統(tǒng)精度。自動控制系統(tǒng)設備同普通設備有著較大的差別，當自動控制系統(tǒng)設備出現(xiàn)相應問題，并不能第一時間對誤差等展開科學調(diào)整與補償，因此自動化控制設備的精度要求往往較高。當伺服控制技術應用到自動化系統(tǒng)中后，能有效避免誤差不能及時調(diào)整、補償?shù)膯栴}，并且還能使各個環(huán)節(jié)的精度達到微米級別，這樣也就提升了自動化系統(tǒng)的精度。

（2）能做好大范圍的調(diào)速工作。自動化控制系統(tǒng)的調(diào)速問題往往也決定著最終工作運行的質(zhì)量水平。以往的技術并不能很好地處理這一環(huán)節(jié)的工作，但伺服控制技術憑借其多方面的優(yōu)勢，能在根本上使自動化系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的速率得到連續(xù)化調(diào)整，其調(diào)節(jié)范圍也比一般的技術調(diào)控范圍大。因此，當伺服控制技術在自動化系統(tǒng)中得到應用后，勢必能極大提升自動化系統(tǒng)的基本性能，為后續(xù)工作的

開展打下良好的基礎。因此，將伺服控制技術應用在自動化系統(tǒng)中，能在各個環(huán)節(jié)中優(yōu)化自動化系統(tǒng)的性能，從而使得各種類型的自動化系統(tǒng)都能獲得較高水平的應用效果，滿足社會生產(chǎn)生活的實際要求。

結(jié)語：

伺服控制技術是一項極具系統(tǒng)性的技術，將其應用到工業(yè)自動化系統(tǒng)中，能從根本上提升自動化系統(tǒng)的性能，所以需要人們引起高度重視。相信隨著有關人士的不斷分析與研究，國內(nèi)伺服控制技術應用的質(zhì)量水平必將得到提升，同時自動化系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)質(zhì)量也能得到極大優(yōu)化，進而滿足生產(chǎn)建設的需要。

參考文獻

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（駐馬店技師學院）