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伺服系统的分类

    1.按调节理论分类
    (1)开环伺服系统
    没有位置测量装置,信号流是单向的(数控装置→进给系统),故系统稳定性好。
    无位置反馈,精度相对闭环系统来讲不高,其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。
    一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。
    这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点,在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床
    (2)闭环伺服系统
    全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示,直接对运动部件的实际位置进行检测。
    从理论上讲,可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。
    由于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,使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。
    该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。
    (3)半闭环伺服系统
    半闭环数控系统的位置采样点如图所示,是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出,采样旋转角度进行检测,不是直接检测运动部件的实际位置。
    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,其系统的稳定性虽不如开环系统,但比闭环要好。
    由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此,其精度较闭环差,较开环好。但可对这类误差进行补偿,因而仍可获得满意的精度。
    半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高,因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。
    2.按使用的执行元件分类
    (1)电液伺服系统 电液脉冲马达和电液伺服马达。
    优点:在低速下可以得到很高的输出力矩,刚性好,时间常数小、反应快和速度平稳。
    缺点:液压系统需要供油系统,体积大。噪声、漏油。
    (2)电气伺服系统 伺服电机(步进电机、直流电机和交流电机)
    优点:操作维护方便,可靠性高。
    1)直流伺服系统 进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机;主运动系统采用他激直流伺服电机。
    优点:调速性能好。缺点:有电刷,速度不高。
    2)交流伺服系统 交流感应异步伺服电机(一般用于主轴伺服系统)和永磁同步伺服电机(一般用于进给伺服系统)。
    优点:结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作。动态响 应好、转速高和容量大。
    2.按使用的执行元件分类
    (1)电液伺服系统 电液脉冲马达和电液伺服马达。
    优点:在低速下可以得到很高的输出力矩,刚性好,时间常数小、反应快和速度平稳。
    缺点:液压系统需要供油系统,体积大。噪声、漏油。
    (2)电气伺服系统 伺服电机(步进电机、直流电机和交流电机)。
    优点:操作维护方便,可靠性高。
    1)直流伺服系统 进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机;主运动系统采用他激直流伺服电机。
    优点:调速性能好。
    缺点:有电刷,速度不高。
    2)交流伺服系统 交流感应异步伺服电机(一般用于主轴伺服系统)和永磁同步伺服电机(一般用于进给伺服系统)。
    优点:结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作。动态响 应好、转速高和容量大。
    3.按被控对象分类
    (1) 进给伺服系统 指一般概念的位置伺服系统,包括速度控制环和位置控制环。
    (2) 主轴伺服系统 只是一个速度控制系统。完成在转速范围内的无级变速和转速调节。当主轴伺服系统要求有位置控制功能时(如数控车床类机床),称为C轴控制功能,这时主轴与进给伺服系统一样,为一般概念的位置伺服控制系统。
    4.按反馈比较控制方式分类
    (1)脉冲、数字比较伺服系统
    该系统是闭环伺服系统中的一种控制方式。它是将数控装置发出的数字(或脉冲)指令信号与检测装置测得的以数字(或脉冲)形式表示的反馈信号直接进行比较,以产生位置误差,达到闭环控制。
    脉冲、数字比较伺服系统结构简单,容易实现,整机工作稳定.应用十分普遍。
    (2)相位比较伺服系统
    在该伺服系统中,位置检测装置采用相位工作方式。指令信号与反馈信号都变成了某个载波的相位,通过两者相位的比较,获得实际位置与指令位置的偏差,实现闭环控制。
    相位比较伺服系统适用于感应式检测元件(例如旋转变压器,感应同步器)的工作状态,可以得到满意的精度。
    (3)幅值比较伺服系统
    幅值比较伺服系统以位置检测信号的幅值大小来反映机械位移的数值,并以此信号作为位置反馈信号,一般还要进行幅值信号和数字信号的转换,进而获得位置偏差构成闭环控制系统。
    (4)全数字伺服系统
    随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展,数控机床的伺服系统已采用高速、高精度的全数字伺服系统。即由位置、速度和电流构成的三环反馈控制全部数字化,使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字化方式。该类伺服系统具有使用灵活、柔性好的特点。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施,使控制精度和品质大大提高。

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