项目一任务一：认识伺服系统(定义-结构组成-分类-发展)

项目一：伺服系统的认知TeachingProcess教学过程（大脑）（手）（篮球）输出量篮球落点位置预设篮球位置投掷力篮球落点位置与哪些因素有关？（眼睛）-投篮过程图解输入量篮球落点位置预设篮球位置人体控制系统TeachingProcess教学过程当你一走近感应玻璃门，它就会自动向左右打开；你一走远，它又自动关上。这是靠（）感应到人来的。A.震动B.人的移动C.紫外线D.红外线DTeachingProcess教学过程（控制电路）（电动机）（自动门）输入量（人热辐射发出的信号）输出量门的状态（开或闭）这就是日常生活中的一个简单的控制系统。门的状态（开或闭）人热辐射：红外线TeachingProcess教学过程电饭煲空调电冰箱蔬菜大棚电风扇台灯、感应灯身边的控制你还能举出你身边其他有关控制的例子吗？教学分析TeachingAnalysis自动控制技术，是20世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高技术之一。今天，技术、生产、军事、管理、生活等各个领域，都离不开自动控制技术。教学分析TeachingAnalysis生产过程的自动控制发展为例教学分析TeachingAnalysis教学分析TeachingAnalysis教学分析TeachingAnalysis教学分析TeachingAnalysis教学分析TeachingAnalysis教学分析TeachingAnalysis教学分析TeachingAnalysis教学分析TeachingAnalysis自动控制系统(automaticcontrolsystems)是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。简称自控系统。教学分析TeachingAnalysis伺服运动控制系统，在自动控制系统中，把输出量能以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统。伺服运动控制系统（伺服系统）也叫随动系统。自动控制系统伺服系统伺服系统TeachingProcess教学过程位置状态输出量......伺服系统使物体的位置、状态等输出被控量能够跟随输入指令的要求而做出快速、平滑、精确地响应的自动控制系统。从控制原理层面TeachingProcess教学过程位移速度输出量加速度伺服系统专指被控制量(输出量)是机械位移或速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移(转角)准确地跟随输入的位移(转角)。从行业角度：如机电伺服的任务就是要求执行机构能够快速、平滑、精确地执行上位控制装置的指令要求。从控制任务层面：伺服系统的基本概念总之：伺服系统是指经由闭环控制方式达到一个机械系统的位置、速度或加速度的控制；伺服的任务就是要求执行机构能够快速、平滑、精确地执行上位控制装置的指令要求，从而获得精确的位置、速度及动力输出的随动系统或自动跟踪系统。二、伺服系统的应用早期：伺服系统主要用于国防军工，如火炮的控制，船舰、飞机的自动驾驶，导弹发射等；后来：逐渐推广到国民经济的许多部门如：自动机床、无线跟踪控制等；目前：在机床工具、包装、纺织印刷、电子设备等行业的应用相对较多，尤以在机床行业上的应用最为广泛。三、伺服系统的发展伺服系统的发展经历了从：液压气动电气化的过程；由伺服电机、反馈装置和控制器组成的电气伺服系统已经走过了近50个年头。电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（DC）和交流（AC）伺服系统。20世纪50年代，无刷电机和直流电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。20世纪70年代是直流伺服电机应用最广泛的时代。但直流伺服电机存在机械结构复杂、维护工作量大等缺点，在运行过程中转子容易发热，影响了与其连接的其他机械设备的精度；难以应用到高速及大容量的场合，机械换向器则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。从20世纪70年代后期到80年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术与电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高；交流伺服技术—交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。交流伺服电机克服了直流伺服电机存在的电刷、换向器等机械部件所带来的各种缺点，特别是交流伺服电机的过负荷特性和低惯性体现出了交流伺服系统的优越性。•为什么伺服系统会比一般自控系统的的精度高，响应快，控制更灵活呢？伺服系统是反馈控制系统，那反馈又是什么？TeachingProcess教学过程伺服控制系统的结构GoonTeachingProcess教学过程（控制电路）（电动机）（自动门）输入量（人热辐射发出的信号）输出量门的状态（开或闭）感应自动门控制系统原理图被控对象执行器控制器控制器执行器被控对象TeachingProcess教学过程（定时器）（进水阀门）（游泳池）输入量输出量游泳池水位设定注水时间游泳池定时注水系统原理图被控对象执行器控制器控制器执行器被控对象控制系统TeachingProcess教学过程：是对接收到的信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。控制器执行器被控对象控制系统：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。：执行动作的最后单元。计算机或PID控制电路：电机机械手臂、机床运动轴等TeachingProcess教学过程（大脑）（手）（篮球）输入量输出量篮球落点位置预设篮球位置（眼睛）-，+投篮过程图解控制器执行器被控对象检测装置检测装置：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（光电编码器，旋转变压器）和转换电路。TeachingProcess教学过程输入量输出量大脑控制器执行器被控对象检测装置比较器：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。比较器控制电路加热/制冷元件花房花房温度温度传感器设定的温度温室控温图解TeachingProcess教学过程检测装置被控对象比较器控制器执行器伺服系统伺服系统的结构组成伺服系统的分类按被控量参数特性分类：可分为位移、速度、力矩等各种伺服系统；按驱动元件类型气动伺服系统电气伺服系统液压伺服系统步进电机控制直流伺服系统交流伺服系统二、伺服系统的分类按控制原理开环伺服系统闭环伺服系统半闭环伺服系统TeachingProcess教学过程输入量输出量控制器执行器被控对象检测装置比较器-，+（检测）反馈单元（检测）反馈装置输出量控制器执行器被控对象输入量开环伺服系统系统发出指令脉冲经过驱动电路变换与放大，传给步进电机。步进电机每接收一个指令脉冲，就旋转一个角度，再通过齿轮副（丝杠螺母副）带动机床工作台移动。1.无检测反馈装置；2.加工精度低、结构简单、成本较低；3.适用于对精度和速度要求不高的经济型、中小型数控系统。开环伺服系统特点工作台直接测量移动部件的实际位移。装在移动部件上装在电机或丝杠的端头检测角位移，间接获得工作台的位移闭环半闭环闭环伺服系统将位置检测装置装在移动部件上，直接测量移动部件的实际位移来进行位置反馈的进给系统称为闭环伺服系统。闭环伺服系统特点1、由于它将机械传动机构部分如丝杠、螺母副等惯性环节放在闭环内，所以系统在设计、调试时比较麻烦；2、位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定。1.精度高，取决于检测装置的精度，与传动链的误差无关；2.系统的设计、安装和调试都相当困难；3.适用于大型或比较精密的数控设备。闭环伺服系统特点半闭环伺服系统有位置检测装置，且装在电机或丝杠的端头，检测角位移，间接获得工作台的位移。1、丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除；2、半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能。半闭环伺服系统1.有位置检测反馈装置；2.精度较闭环差，较开环好，运动误差难以消除，但可进行补偿；3.稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好；4.适用于中小型数控机床。半闭环伺服系统特点•半闭环与闭环伺服系统的区别（示意图）•稳定性•精度闭环半闭环开环闭环半闭环开环做一做