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、自動控制和機械結構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數控系統(tǒng)為代表的伺服系統(tǒng)主要在精密加工等數控機床領域，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、伺服驅動器、指令機構三大部分構成，伺服電機是執(zhí)行機構，就是靠它來實現(xiàn)運動的，伺服驅動器是伺服電機的功率電源，指令機構是發(fā)脈沖或者給速度伺服驅動器的。上位機是給伺服指令，如PLC、工控機等，伺服驅動器是接收上位機的指令，控制電機轉動角度和速度，伺服電機是執(zhí)行機構，其自帶的編碼器把電機旋轉的角度和速度反饋給伺服放大器，構成閉環(huán)，確保精度。

2.伺服系統(tǒng)分類

伺服系統(tǒng)按其驅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)構成主要由驅動部分、執(zhí)行元件和被控對象三大部分組成。由驅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，經驅動電路，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驅動電路。由于比較環(huán)節(jié)輸出的信號比較微弱，不能夠驅動執(zhí)行元件，所以要對其進行放大，驅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控制信號，將電信號轉化為機械位移，驅動被控對象工作，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)是指能夠對輸出進行測量并轉換成比較環(huán)節(jié)所需要的裝置，一般包括是傳感器和轉換電路。

2.3直流伺服驅動與交流伺服驅動

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，汽車生產企業(yè)的自動焊接機，電子廠內抓取手等。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在數控自動化機床中的應用

伺服系統(tǒng)在數控機床中的作用，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，以此使得數控自動化系統(tǒng)的運行質量水平得到極大強化。要想使數控機床自動化系統(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，這從側面表明應當運用更高控制精度的伺服驅動系統(tǒng)。高控制精度的伺服控制系統(tǒng)，在數控機床數據采集以及收集環(huán)節(jié)上，能夠準確地把控好有效數據的選取質量，并使數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，才能在數控機床生產過程中應用更高質量的加工器件。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控自動化機床中的應用，能較大程度地提升工作開展的質量與效率。

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整、補償的問題，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）能做好大范圍的調速工作。自動化控制系統(tǒng)的調速問題往往也決定著最終工作運行的質量水平。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)化調整，其調節(jié)范圍也比一般的技術調控范圍大。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，滿足社會生產生活的實際要求。

結語：

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，國內伺服控制技術應用的質量水平必將得到提升，同時自動化系統(tǒng)的運轉質量也能得到極大優(yōu)化，進而滿足生產建設的需要。

參考文獻

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（駐馬店技師學院）