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2024.09.09

伺服系统由哪几个部分组成?

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  构成伺服机构的元件叫伺服元件。由驱动放大器(伺服放大器),驱动电动机(伺服驱动电动机)和检测器组成。在系统内包括了大量的电力电子器件,结构复杂,集成度高。位置、速度和电流环均由调节控制模块、检测和反馈部分组成;电力电子驱动装置由驱动信号产生电路和功率放大器组成。严格来说,位置控制包括位置、速度和电流控制;速度控制包括速度和电流控制。伺服系统一般由以下部分组成:

  一、控制器

  控制器是伺服系统的核心部分,它的主要功能包括:

  接收信号:接收来自外部的指令信号,这些信号包含了对系统运动的期望,例如位置、速度、加速度等信息。

  信号处理:对接收的指令信号进行处理,将其转化为伺服系统能够理解和执行的控制信号。这可能涉及到复杂的算法运算,如PID(比例-积分-微分)控制算法等,以确保系统的响应速度、精度和稳定性。

  生成控制指令:根据处理后的信号,生成相应的控制指令发送给驱动装置,指挥驱动装置和执行机构完成指定的动作。

  二、驱动装置

  驱动装置起到了功率放大和能量转换的作用,其主要构成与作用如下:

  功率放大器:将控制器输出的微弱控制信号进行功率放大,使其能够驱动执行机构。例如,在电机驱动的伺服系统中,功率放大器可以将控制信号放大为足够大的电流和电压信号,以驱动电机运转。

  驱动电路:根据不同的执行机构,驱动电路的类型也有所不同。对于电机类执行机构,驱动电路负责控制电机的相电流、相电压等参数,实现电机的正转、反转、调速等功能。

伺服电机图片

  三、执行机构

  执行机构是伺服系统中直接对外做功的部分,它的主要类型与特点如下:

  电机:电机是最常见的执行机构之一,如直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机等。不同类型的电机具有不同的性能特点,适用于不同的应用场景。例如,直流电机控制简单,但维护成本较高;交流电机结构简单、运行可靠,但控制相对复杂;伺服电机具有高精度、高响应速度等优点,但价格相对较贵。

  液压马达:在一些大功率、高负载的场合,液压马达作为执行机构被广泛应用。它利用液压油的压力能转化为机械能,输出较大的扭矩和功率,能够承受较大的负载冲击。

  气缸:在一些需要直线运动的场合,气缸可以作为执行机构。它通过压缩空气推动活塞运动,实现直线往复运动,具有结构简单、成本低、无污染等优点。

  四、检测装置

  检测装置用于实时监测伺服系统的运行状态,并将检测到的信息反馈给控制器,以实现闭环控制。主要的检测装置包括:

  位置传感器:用于检测执行机构的位置信息,常见的位置传感器有编码器、旋转变压器、光栅尺等。编码器可以精确地测量电机的转角或直线位移,分辨率高,广泛应用于高精度的伺服系统中;旋转变压器具有可靠性高、抗干扰能力强等优点,适用于恶劣环境下的位置检测;光栅尺则主要用于直线位移的高精度测量。

  速度传感器:速度传感器用于测量执行机构的运动速度,例如测速发电机、霍尔传感器等。测速发电机通过测量电机旋转产生的感应电动势来计算速度,输出信号稳定;霍尔传感器则利用霍尔效应检测磁场变化,从而测量速度,具有响应速度快、体积小等优点。

  电流传感器:电流传感器用于检测驱动装置输出的电流,它可以实时监测电机的工作电流,防止电机过载。常见的电流传感器有霍尔电流传感器、互感器等。霍尔电流传感器精度高、响应速度快,能够实现非接触式测量;互感器则具有结构简单、成本低等优点。


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