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伺服基础培训资料 制作人：制作者ppt时间：2024年X月目录第第1 1章章 简介简介第第2 2章章 伺服系统的组成部分伺服系统的组成部分第第3 3章章 伺服系统的工作原理伺服系统的工作原理第第4 4章章 伺服系统的性能指标伺服系统的性能指标第第5 5章章 伺服系统的应用伺服系统的应用第第6 6章章 总结总结 0101第1章 简介 课程目标课程目标本课程旨在介绍伺服系统的基本概念、组成部分、工作原理本课程旨在介绍伺服系统的基本概念、组成部分、工作原理和应用领域，并帮助您掌握伺服系统的性能指标。通过本课和应用领域，并帮助您掌握伺服系统的性能指标。通过本课程的学习，您将能够理解伺服系统的工作原理和应用场景，程的学习，您将能够理解伺服系统的工作原理和应用场景，能够设计和调试伺服系统。能够设计和调试伺服系统。组成部分组成部分伺服电机伺服电机伺服驱动器伺服驱动器编码器编码器控制器控制器工作原理工作原理闭环控制系统闭环控制系统PIDPID控制器控制器控制算法控制算法 课程大纲概述概述伺服系统的定义伺服系统的定义伺服系统的发展历史伺服系统的发展历史什么是伺服系统伺服系统是一种自动控制系统概念能够实现高精度控制和快速响应特点通过闭环控制实现精确位置、速度、力控制原理 伺服系统的组成部分提供运动能量伺服电机控制电机运行状态伺服驱动器反馈电机运行状态编码器控制电机运动控制器期望的位置、速度、力等控制量目标值0103PID控制算法计算误差，输出控制信号控制器02编码器反馈的实际位置、速度、力等状态量反馈信号伺服系统的应用领域生产线自动化、无人化操作工业自动化工业机器人、服务机器人机器人技术电机控制、能量回收电动汽车 常见伺服系统及其特点功率大、精度高、控制复杂交流伺服系统价格低、使用方便、维护容易直流伺服系统价格低、使用方便、控制简单步进伺服系统 0202第2章 伺服系统的组成部分 伺服电机直流电机、交流伺服电机、步进电机电机种类转速、扭矩、功率、效率电机参数依据负载特点、动态响应性、定位精度等因素进行选择电机的选择 减速机行星齿轮减速机、蜗轮减速机、齿轮减速机减速机的种类依据伺服电机的负载特点、效率等因素进行选择减速机的选择减速机密封性、润滑、安装位置的选择等减速机的安装 控制器位置控制、速度控制、扭矩控制、力矩控制控制器的基本功能位置控制器、速度控制器、扭矩控制器、力矩控制器控制器的种类调试前的准备、参数设定、操作流程控制器的调试 编码器绝对编码器、增量编码器、光电编码器编码器的种类安装位置、安装方法、调试编码器的安装初始位置的设定、编码器参数的设置编码器的调试 伺服电机伺服电机伺服电机是一种高性能、高精度的电机，通常应用于需要精伺服电机是一种高性能、高精度的电机，通常应用于需要精确定位、精准控制的机器设备中。伺服电机的运动轨迹由控确定位、精准控制的机器设备中。伺服电机的运动轨迹由控制器控制，而不是由机械结构决定。伺服电机能够实现高速制器控制，而不是由机械结构决定。伺服电机能够实现高速度、高扭矩、高精度、高稳定性的运动控制，应用非常广泛。度、高扭矩、高精度、高稳定性的运动控制，应用非常广泛。伺服电机的优点能够实现高精度的控制精度高响应速度快，能够实现高速运动速度快运动平稳，且抗干扰能力强稳定性好可以实现高精度的定位定位精度高减速机伺服电机通常不能直接驱动负载，需要减速机将伺服电机的高速度、低扭矩转换为低速度、高扭矩。减速机通常由行星齿轮减速机、蜗轮减速机、齿轮减速机等组成，选择减速机需要依据伺服电机的特点进行选择。蜗轮减速机蜗轮减速机可以实现高精度、低噪音的减可以实现高精度、低噪音的减速速适合低速、大扭矩的场合适合低速、大扭矩的场合齿轮减速机齿轮减速机结构简单，价格较便宜结构简单，价格较便宜具有较高的传动效率具有较高的传动效率 减速机的种类比较行星齿轮减速机行星齿轮减速机当需要高级别减速比时，可选当需要高级别减速比时，可选行星齿轮减速机行星齿轮减速机可以实现高扭矩输出可以实现高扭矩输出用于控制伺服电机的位置位置控制器0103用于控制伺服电机的扭矩扭矩控制器02用于控制伺服电机的转速速度控制器编码器编码器编码器是一种能够将机械运动转化为数字信号的装置，伺服编码器是一种能够将机械运动转化为数字信号的装置，伺服控制系统中的编码器通常用于精确测量电机的位置和转速。控制系统中的编码器通常用于精确测量电机的位置和转速。编码器的作用伺服电机的控制需要通过对电机的位置和速度进行精确测量来实现，而编码器正是用来测量电机的位置和速度的重要装置。通过对编码器信号的解码，我们可以得到精确的电机位置和速度信息，从而进行精准的控制。0303第3章 伺服系统的工作原理 开环控制和闭环控制的区别基于输入的控制方法开环控制基于输出的控制方法，包含反馈环节闭环控制 闭环控制的优势闭环控制通过反馈环节可以校正系统误差，可以保证输出的准确性和稳定性位置伺服系统的位置伺服系统的工作原理工作原理位置伺服系统是通过位置传感器和位置反馈环节实现位置控位置伺服系统是通过位置传感器和位置反馈环节实现位置控制的。在运动中，位置传感器不断地采集位置信息，经过控制的。在运动中，位置传感器不断地采集位置信息，经过控制器的计算和处理后，输出控制信号驱动伺服电机控制位置。制器的计算和处理后，输出控制信号驱动伺服电机控制位置。速度反馈环节可以实现位置调节，保证位置的准确性。速度反馈环节可以实现位置调节，保证位置的准确性。位置伺服系统的组成采集位置信息位置传感器实现位置控制位置反馈环节实现位置调节，保证位置准确性速度反馈环节 速度伺服系统的速度伺服系统的工作原理工作原理速度伺服系统是通过速度传感器和速度反馈环节实现速度控速度伺服系统是通过速度传感器和速度反馈环节实现速度控制的。在运动中，速度传感器不断地采集速度信息，经过控制的。在运动中，速度传感器不断地采集速度信息，经过控制器的计算和处理后，输出控制信号驱动伺服电机控制速度。制器的计算和处理后，输出控制信号驱动伺服电机控制速度。调试方法包括基于速度曲线的调试和基于系统响应的调试。调试方法包括基于速度曲线的调试和基于系统响应的调试。速度伺服系统的组成采集速度信息速度传感器实现速度控制速度反馈环节基于速度曲线的调试和基于系统响应的调试调试方法 力控伺服系统的力控伺服系统的工作原理工作原理力控伺服系统是通过力力控伺服系统是通过力/扭矩传感器和力反馈环节实现力控制扭矩传感器和力反馈环节实现力控制的。在运动中，力的。在运动中，力/扭矩传感器不断地采集力扭矩传感器不断地采集力/扭矩信息，经扭矩信息，经过控制器的计算和处理后，输出控制信号驱动伺服电机控制过控制器的计算和处理后，输出控制信号驱动伺服电机控制力。力反馈环节可以实现力调节，保证力的准确性。力。力反馈环节可以实现力调节，保证力的准确性。力控伺服系统的组成采集力/扭矩信息力/扭矩传感器实现力控制力反馈环节 0404第4章 伺服系统的性能指标 静态特性定义及计算公式稳态误差定义及影响因素精度对静态特性的影响响应速度 动态特性定义及计算公式响应时间定义及计算公式调节时间定义及计算公式超调量 控制性能的改善方法基本原理及参数调节方法PID控制器基本原理及应用领域模糊控制器基本原理及应用场景自适应控制器 稳定性分析对伺服系统稳定性评估的影响极点分布稳定性分析常用方法之一Nyquist图稳定性分析常用方法之一根轨迹法 静态特性静态特性伺服系统的静态特性是指在恒定输入条件下，系统输出与输伺服系统的静态特性是指在恒定输入条件下，系统输出与输入之间的关系。静态特性的主要指标是稳态误差和精度。稳入之间的关系。静态特性的主要指标是稳态误差和精度。稳态误差是指输入信号达到恒定值后，输出信号与稳定值之间态误差是指输入信号达到恒定值后，输出信号与稳定值之间的偏差量，精度则是伺服系统输出值的准确度。静态特性的的偏差量，精度则是伺服系统输出值的准确度。静态特性的好坏会直接影响到伺服系统的整体性能。好坏会直接影响到伺服系统的整体性能。响应时间是指系统从开始接收到输入信号到开始响应的时间间隔。响应时间0103可以通过提高伺服系统的升级频率、减小系统中惯性负载的大小等方式来改善响应时间。改善方法02由惯性负载、机械传动系、电子控制系统等因素综合影响。影响因素PID控制器PID控制器是一种常见的，基于反馈控制的系统控制器，它主要由比例环节、积分环节和微分环节组成。基本原理常用的参数调节方法有手动调节法、调节模式法、自整定法等。参数调节PID控制器适用于各种不同的控制场合，如工业生产、自动化仪表、机器人等。应用场景 模糊控制器模糊控制器优点：适用于非线性系统、容优点：适用于非线性系统、容易优化、具有自适应性。易优化、具有自适应性。缺点：控制精度低、难以推广、缺点：控制精度低、难以推广、调节参数多。调节参数多。自适应控制器自适应控制器优点：适用性强、能够自我学优点：适用性强、能够自我学习、具有较高的控制精度。习、具有较高的控制精度。缺点：计算量大、调节难度大、缺点：计算量大、调节难度大、稳定性差。稳定性差。神经网络控制器神经网络控制器优点：适用于复杂系统、容易优点：适用于复杂系统、容易优化、对噪声和扰动具有较强优化、对噪声和扰动具有较强的鲁棒性。的鲁棒性。缺点：模型复杂、参数难以确缺点：模型复杂、参数难以确定、计算量大。定、计算量大。控制器比较PIDPID控制器控制器优点：稳定性好、易于调节、优点：稳定性好、易于调节、普适性强。普适性强。缺点：响应速度较慢、耗能较缺点：响应速度较慢、耗能较高、容易产生超调。高、容易产生超调。Nyquist图Nyquist图是用于分析控制系统稳定性的一种图表。通过将传递函数绘制成极坐标形式，可以直观地分析控制系统的稳定性和振荡特性。Nyquist图的中心点对应于控制系统的闭环稳态增益，而图形的环路则反映了系统中存在的稳态误差、振荡等问题。0505第5章 伺服系统的应用 工业自动化包括钻床、铣床、车床等机床加工包括电子元件的生产和组装电子制造包括自动化包装生产线、物流输送系统等包装和输送系统 机器人技术包括工业机器人、服务机器人等机器人的种类包括制造业、医疗、军事等机器人的应用 电动汽车电动汽车随着环保意识的增强，电动汽车正在逐步取代传统燃油汽车。随着环保意识的增强，电动汽车正在逐步取代传统燃油汽车。伺服系统在电动汽车中的应用包括电机控制、电池管理系统伺服系统在电动汽车中的应用包括电机控制、电池管理系统等。等。夹具和工装包括定位夹具、支撑夹具、成型工装等夹具和工装的种类包括夹具和工装的自动化操作、夹紧力的控制等夹具和工装在伺服系统中的应用 伺服系统在机器人中的应用伺服系统通过精确的定位控制实现机器人的准确移动定位控制伺服系统可以实现对机器人负载的精确控制，保证机器人的稳定性负载控制伺服系统可以对机器人的力矩进行精确控制，确保机器人的精确定位力矩控制伺服系统可以实现对机器人速度的快速响应和精确控制速度控制伺服系统通过精确的电机控制实现电动汽车的高效运行电机控制0103伺服系统可以实现高精度的驱动控制，提高电动汽车的性能驱动控制02伺服系统可以实现电池的精确管理，延长电池寿命电池管理系统步进系统步进系统基本精度高基本精度高适用于低精度的位置控制适用于低精度的位置控制控制成本低控制成本低易于控制易于控制共同点共同点运动控制运动控制精度控制精度控制 伺服系统和步进系统的比较伺服系统伺服系统速度范围广速度范围广精度高精度高适用于高精度的位置控制适用于高精度的位置控制控制成本高控制成本高总结伺服系统作为一种常见的运动控制系统，具有广泛的应用前景。在工业自动化、机器人技术、电动汽车和夹具工装等领域都有着重要的应用。伺服系统具有速度范围广、精度高等优点，但控制成本较高。要合理选择伺服系统、步进系统等控制器，以满足系统的要求。0606第6章 总结 课程回顾控制器、电机、编码器、驱动器等伺服系统的组成部分闭环控制、反馈控制、PID控制等伺服系统的工作原理精度、速度、稳定性等伺服系统的性能指标 应用展望智能化、数字化、网络化等伺服系统的发展趋势工业机器人、医疗器械、智能家居等伺服系统的未来应用领域 学习收获在本次课程中，我深入了解了伺服系统的组成部分、工作原理和性能指标，对伺服系统有了更深入的认识。同时，我也学会了如何进行伺服系统的编程和调试，收获颇丰。课程内容全面，讲解详细。对课程的评价0103 02希望讲师能多分享一些实际应用案例。对讲师的建议联系方式联系方式 机机器器人人技技术术发发展展与与应用应用李四，电子工业出版社，李四，电子工业出版社，20122012年年介绍了机器人技术的最新发展介绍了机器人技术的最新发展和应用和应用电动汽车原理与应用电动汽车原理与应用张三，化学工业出版社，张三，化学工业出版社，20142014年年介绍了电动汽车的原理和应用介绍了电动汽车的原理和应用 参考文献伺伺服服系系统统设设计计与与应应用用王五，机械工业出版社，王五，机械工业出版社，20102010年年介绍了伺服系统的详细设计和介绍了伺服系统的详细设计和应用应用 再会！