现代交流伺服系统 课件 第1、2章 伺服系统概述、 交流永磁伺服电动机.pptx

第1章伺服系统概述

内容提要

1.1伺服系统的基本概念

1.2对伺服系统的基本要求

1.3伺服系统的分类

1.4伺服系统的发展历程

1.5交流伺服电动机与直流伺服电动机的综合比较

1.6交流永磁伺服系统简介

1.7伺服系统的典型输入信号

伺服系统概述

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伺服系统概述

随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、自动控制技术、新材料技术和新工艺的不断进步，当代伺服技术的发展已经达到相当高的水平。

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伺服技术的应用遍及各个领域，例如绕地飞行和高空探测的各类卫星，地面上飞驰的高速列车，在海上游弋的万吨邮轮和舰船，军事上的导弹发射架的天线驱动，特定环境下完成特殊任务的各类机器人，各种办公室自动化设备等。

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伺服系统概述

1.1伺服系统的基本概念

内容提要

1.1.1伺服系统的定义

1.1.2伺服系统发展回顾

1.1.3伺服系统的组成

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1.1.1伺服系统的定义

在自动控制系统中，被控对象的输出量能够以一定速度和足够的精度跟踪输入量的变化且复现输入量的系统，称为随动系统，也叫伺服系统。被控量可能是气体或液体的压力、流速、流量或温度等过程控制变量。

这种由动力及传感器所组成的负反馈闭环系统称为伺服机构，即伺服系统。

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1.1.2伺服系统发展回顾

“伺服”一词是英文servo的音译，它源于拉丁文servus，意为奴隶之意，奴隶必须无条件地服从主人的命令，从事繁重的体力劳动。从这里可以体会到“伺服”一词的寓意。后来，这个社会学中的名词被引申到工程技术领域中。1866年英国工程师罗伯特·怀特黑德发明了鱼雷，第一次用压缩空气做动力驱动鱼雷在水下运动击中水上目标。

罗伯特·怀特黑德

鱼雷下水准备中

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1868年，法国工程师法尔科发明了反馈调节器，又把它与蒸汽机阀连接起来操作蒸汽船的船舵，被称为伺服机构。在总结前人的经验基础上，美国人黑曾于1934年发表了《关于伺服机构理论》的论文，促进了经典控制理论的诞生。第二次世界大战不久，美国空军面临着研发新型飞机的任务，委托巴森兹公司与麻省理工学院的伺服机构研究所，在1951年研发出三坐标数控铣床，用于加工复杂的飞机叶片。

法尔科

飞机叶片

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1.1.2伺服系统发展回顾

1952年巴森兹公司的福雷斯特等人向美国专利局申请了“数控伺服机构”的专利，历经十年的考核，终于在1962年得到批准。这件事情震动了国际数控界。“伺服机构”专利的重要性由此可见一斑。

此后，由于经济发展和国防空间技术发展的需要，伺服技术得到了突飞猛进的发展，新产品层出不穷，理论也越来越成熟，尤其是日本和德国在数控机床的制造和应用上达到了国际领先水平。

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1.1.2伺服系统发展回顾

1.1.3伺服系统的组成

伺服系统应用场合千差万别，其系统的组成环节各异。但是伺服系统作为一种自动控制系统都有大致相同的结构和组成环节。如图1-1所示，它表示的是一般化的伺服系统的各功能环节及其组成的系统原理图。

图1-1伺服系统的一般结构

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1.1.3伺服系统的组成

图1-1伺服系统的一般结构

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1.1.3伺服系统的组成

（6）执行环节（执行机构）：控制信号获得功率放大后，激励被控机械对象使其被控的输出量产生出应有的变化；

（7）被控对象：是伺服控制系统所要控制的设备运动或生产过程动作，这些运动或动作称为伺服系统的被控对象；

（8）扰动：除给定的输入信号外，能使被控量偏离给定输入信号的要求值或规律地来自系统内部或外部的一种与给定信号要求相左的物理量，都称为扰动。

图1-1伺服系统的一般结构

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内容提要

1.2.1稳定性好

1.2.2动态特性快速精准

1.2.3稳态特性平稳无静差

1.2对伺服系统的基本要求

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1.2对伺服系统的基本要求

一般来说，可根据各种形式的被控量。实际上，在绝大多数情况下，一些非常重要的伺服机构都是机电式的。因为伺服机构的重要目的是用电动机和齿轮箱（机械变速箱）来确定受控物体的位置，所以伺服机构就是伺服系统，又称为随动系统。

各类伺服系统广泛应用于工业、国防武器、空间技术与科学实验中。由于被控对象不同，工作要求不同，对伺服系统的具体要求也千差万别，要针对实际要求具体对待。但是，对伺服系统来讲，普遍存在着一些共同的要求。为了说明这些普遍要求，需要充分认识伺服系统的输入输出过程。

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1.2.1稳定性好

稳定性是指伺服系统在给定输入信号或外界干扰信号作用下，经由暂短调节过程后，系统的输出量到达一个新的或恢复到原来的平衡状态。