一

、機電一體化及其機床電氣控製技術的發展概況

機電一體化技術是隨著科學技術不斷發展，生產工藝不斷提出新要求而迅速發展的。在控製方法上主要是從手動到自動；在控製功能上，是從簡單到複雜
；在操作上，是由笨重到輕巧。隨著新的控製理論和新型電器及電子器件的出現，又為電氣控製技術的發展開拓了新途徑。

傳統機床電氣控製是繼電器接觸式控製係統
，由繼電器
、接觸器、按鈕
、行程開關等組成
，實現對機床的啟動、停車、有極調速等控製。繼電器接觸式控製係統的優點是結構簡單、維護方便、抗幹擾強、jiagedi，yinciguangfanyingyongyugeleijichuanghejixieshebei。muqian，zaiwoguojidianqijiechushikongzhirengranshijichuangheqitajixieshebeizuijibendedianqikongzhixingshizhiyi。

在zai實shi際ji生sheng產chan中zhong，由you於yu大da量liang存cun在zai一yi些xie用yong開kai關guan量liang控kong製zhi的de簡jian單dan的de程cheng序xu控kong製zhi過guo程cheng，而er實shi際ji生sheng產chan工gong藝yi和he流liu程cheng又you是shi經jing常chang變bian化hua的de，因yin而er傳chuan統tong的de繼ji電dian器qi接jie觸chu式shi控kong製zhi係xi統tong常chang不bu能neng滿man足zu這zhe種zhong要yao求qiu
，因yin此ci曾zeng出chu現xian了le繼ji電dian器qi接jie觸chu控kong製zhi和he電dian子zi技ji術shu相xiang結jie合he的de控kong製zhi裝zhuang置zhi，叫jiao做zuo順shun序xu控kong製zhi器qi。它ta能neng根gen據ju生sheng產chan需xu要yao改gai變bian控kong製zhi程cheng序xu，而er又you遠yuan比bi電dian子zi計ji算suan機ji結jie構gou簡jian單dan
，價jia格ge低di廉lian，它ta是shi通tong過guo組zu合he邏luo輯ji元yuan件jian插cha接jie或huo編bian程cheng來lai實shi現xian繼ji電dian器qi接jie觸chu控kong製zhi的de。但dan它ta的de裝zhuang置zhi體ti積ji大da，功gong能neng也ye受shou到dao一yi定ding限xian製zhi。隨sui著zhe大da規gui模mo集ji成cheng電dian路lu和he微wei處chu理li機ji技ji術shu的de發fa展zhan及ji應ying用yong
，上shang述shu控kong製zhi技ji術shu也ye發fa生sheng了le根gen本ben性xing的de變bian化hua
，在zai上shang世shi紀ji70年代出現了將計算機的存儲技術引入順序控製器，產生了新型工業控製器――可編程序控製器(PLC)，它兼備了計算機控製和繼電器控製係統兩方麵的優點，故目前在世界各國已作為一種標準化通用裝置普遍應用於工業控製。

為解決占機械總加工量80％左右的單件和小批量生產的自動化難題，50年代出現了數控機床。它綜合應用了電子、計算機、檢測、自動控製和機床結構設計等各個技術領域的最新技術成就
，它是典型的機電一體化產品。數控機床經過40年nian來lai的de發fa展zhan，品pin種zhong日ri益yi增zeng多duo，性xing能neng不bu斷duan完wan善shan，其qi中zhong以yi輪lun廓kuo控kong製zhi的de數shu控kong機ji床chuang和he帶dai有you自zi動dong換huan刀dao裝zhuang置zhi和he工gong作zuo台tai能neng自zi動dong轉zhuan位wei的de數shu控kong加jia工gong中zhong心xin發fa展zhan更geng為wei迅xun速su。數shu控kong機ji床chuang由you控kong製zhi介jie質zhi、數控裝置、伺服係統和機床本體等部分組成
，其中伺服係統的性能是決定數控機床加工精度和生產率的主要因素之一。

二
、伺服係統在數控加工中的作用及組成

在zai自zi動dong控kong製zhi係xi統tong中zhong

，把ba輸shu出chu量liang能neng以yi一yi定ding準zhun確que度du跟gen隨sui輸shu入ru量liang的de變bian化hua而er變bian化hua的de係xi統tong稱cheng為wei隨sui動dong係xi統tong
，亦yi稱cheng伺si服fu係xi統tong。數shu控kong機ji床chuang的de伺si服fu係xi統tong是shi指zhi以yi機ji床chuang移yi動dong部bu件jian的de位wei置zhi和he速su度du作zuo為wei控kong製zhi量liang的de自zi動dong控kong製zhi係xi統tong，又you稱cheng為wei隨sui動dong係xi統tong。

伺服係統由伺服驅動裝置和驅動元件(或稱執行元件伺服電機)組成
，高性能的伺服係統還有檢測裝置，反饋實際的輸出狀態。

shukongjichuangsifuxitongdezuoyongzaiyujieshoulaizishukongzhuangzhidezhilingxinhao，qudongjichuangyidongbujiangensuizhilingmaichongyundong
，bingbaozhengdongzuodekuaisuhezhunque，zhejiuyaoqiugaozhiliangdesuduheweizhisifu。yishangzhidezhuyaoshijingeisifukongzhi，lingwaihaiyouduizhuyundongdesifukongzhi，buguokongzhiyaoqiuburuqianzhegao。shukongjichuangdejingduhesududengjishuzhibiaowangwangzhuyaoqujueyusifuxitong。 

三
、伺服係統的基本要求和特點

1.對伺服係統的基本要求

(1)穩定性好：穩定是指係統在給定輸入或外界幹擾作用下
，能在短暫的調節過程後到達新的或者回複到原有平衡狀態。

(2)精度高：sifuxitongdejingdushizhishuchuliangnenggensuishuruliangdejingquechengdu。zuoweijingmijiagongdeshukongjichuang，yaoqiudedingweijingduhuolunkuojiagongjingdutongchangdoubijiaogao，yunxudepianchayibandouzai0.01～0.00lmm之間。

(3)快速響應性好：快速響應性是伺服係統動態品質的標誌之一
，即要求跟蹤指令信號的響應要快，一方麵要求過渡過程時間短
，一般在200ms以內，甚至小於幾十毫秒；另一方麵
，為滿足超調要求，要求過渡過程的前沿陡
，即上升率要大。

2.伺服係統的主要特點

(1)精確的檢測裝置：以組成速度和位置閉環控製。

(2)有多種反饋比較原理與方法:根據檢測裝置實現信息反饋的原理不同
，伺服係統反饋比較的方法也不相同。目前常用的有脈衝比較
、相位比較和幅值比較3種。

(3)高性能的伺服電動機(簡稱伺服電機)：用(yong)於(yu)高(gao)效(xiao)和(he)複(fu)雜(za)型(xing)麵(mian)加(jia)工(gong)的(de)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)，伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)將(jiang)經(jing)常(chang)處(chu)於(yu)頻(pin)繁(fan)的(de)啟(qi)動(dong)和(he)製(zhi)動(dong)過(guo)程(cheng)中(zhong)。要(yao)求(qiu)電(dian)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)力(li)矩(ju)與(yu)轉(zhuan)動(dong)慣(guan)量(liang)的(de)比(bi)值(zhi)大(da)，以(yi)產(chan)生(sheng)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)加(jia)速(su)或(huo)製(zhi)動(dong)力(li)矩(ju)。要(yao)求(qiu)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)在(zai)低(di)速(su)時(shi)有(you)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)輸(shu)出(chu)力(li)矩(ju)且(qie)運(yun)轉(zhuan)平(ping)穩(wen)
，以(yi)便(bian)在(zai)與(yu)機(ji)械(xie)運(yun)動(dong)部(bu)分(fen)連(lian)接(jie)中(zhong)盡(jin)量(liang)減(jian)少(shao)中(zhong)間(jian)環(huan)節(jie)。

(4)寬調速範圍的速度調節係統，即速度伺服係統：從係統的控製結構看，數控機床的位置閉環係統可看作是位置調節為外環、sudutiaojieweineihuandeshuangbihuanzidongkongzhixitong，qineibudeshijigongzuoguochengshibaweizhikongzhishuruzhuanhuanchengxiangyingdesudugeidingxinhaohou，zaitongguotiaosuxitongqudongsifudianji，shixianshijiweiyi。shukongjichuangdezhuyundongyaoqiutiaosuxingnengyebijiaogao，yinciyaoqiusifuxitongweigaoxingnengdekuantiaosuxitong。

四、伺服係統的分類

伺服係統按其驅動元件劃分，有步進式伺服係統
、直流電動機(簡稱直流電機)伺服係統、交流電動機(簡稱交流電機)伺服係統。按控製方式劃分，有開環伺服係統、閉環伺服係統和半閉環伺服係統等
，實際上數控係統也分成開環、閉環和半閉環3種類型
，就是與伺服係統這3種方式相關。

1.開環係統

圖1是開環係統構成圖
，它主要由驅動電路，執行元件和機床3dabufenzucheng。changyongdezhixingyuanjianshibujindianji，tongchangchengyibujindianjizuoweizhixingyuanjiandekaihuanxitongweibujinshisifuxitong，zaizhezhongxitongzhong，ruguoshidagonglvqudongshi，yongbujindianjizuoweizhixingyuanjian。qudongdianludezhuyaorenwushijiangzhilingmaichongzhuanhuaweiqudongzhixingyuanjiansuoxudexinhao。

2.閉環係統

閉環係統主要由執行元件、檢測單元、比較環節、驅動電路和機床5部分組成。其構成框圖如圖2所示。在閉環係統中
，檢測元件將機床移動部件的實際位置檢測出來並轉換成電信號反饋給比較環節。常見的檢測元件有旋轉變壓器、感應同步器、光柵
、磁柵和編碼盤等。通常把安裝在絲杠上的檢測元件組成的伺服係統稱為半閉環係統；baanzhuangzaigongzuotaishangdejianceyuanjianzuchengdesifuxitongchengweibihuanxitong。youyusiganghegongzuotaizhijianchuandongwuchadecunzai，banbihuansifuxitongdejingduyaobibihuansifuxitongdejingdudiyixie。

比(bi)較(jiao)環(huan)節(jie)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)將(jiang)指(zhi)令(ling)信(xin)號(hao)和(he)反(fan)饋(kui)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)，兩(liang)者(zhe)的(de)差(cha)值(zhi)作(zuo)為(wei)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)的(de)跟(gen)隨(sui)誤(wu)差(cha)


，經(jing)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)，控(kong)製(zhi)執(zhi)行(xing)元(yuan)件(jian)帶(dai)動(dong)工(gong)作(zuo)台(tai)繼(ji)續(xu)移(yi)動(dong)
，直(zhi)到(dao)跟(gen)隨(sui)誤(wu)差(cha)為(wei)零(ling)。根(gen)據(ju)進(jin)入(ru)比(bi)較(jiao)環(huan)節(jie)信(xin)號(hao)的(de)形(xing)式(shi)以(yi)及(ji)反(fan)饋(kui)檢(jian)測(ce)方(fang)式(shi)
，閉(bi)環(huan)(半閉環)係統可分為脈衝比較伺服係統、相位比較伺服係統和幅值比較伺服係統3種。

由於比較環節輸出的信號比較微弱
，不足以驅動執行元件，故需對其進行放大，驅動電路正是為此而設置的。

zhixingyuanjiandezuoyongshigenjukongzhixinhao，jilaizibijiaohuanjiedegensuiwuchaxinhao，jiangbiaoshiweiyiliangdedianxinhaozhuanhuaweijixieweiyi。changyongdezhixingyuanjianyouzhiliukuantiaosudiandongji、交流電動機等。執行元件是伺服係統中必不可少的一部分，驅動電路是隨執行元件的不同而不同的。

最近，我校研製開發出了高性能交流伺服(數控機床)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)。該(gai)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)穩(wen)定(ding)，質(zhi)量(liang)可(ke)靠(kao)，可(ke)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)數(shu)碼(ma)雕(diao)刻(ke)

，包(bao)裝(zhuang)機(ji)械(xie)，模(mo)具(ju)生(sheng)產(chan)等(deng)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)應(ying)用(yong)場(chang)合(he)，更(geng)適(shi)用(yong)於(yu)高(gao)等(deng)學(xue)校(xiao)機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)，電(dian)子(zi)電(dian)器(qi)
，電(dian)氣(qi)自(zi)動(dong)化(hua)專(zhuan)業(ye)學(xue)生(sheng)(研究生)生產實習
，課程設計等課程的實驗研究。

五
、伺服係統的發展方向

隨著生產力不斷發展，要求伺服係統向高精度
、高速度、大功率方向發展。

(1)充chong分fen利li用yong迅xun速su發fa展zhan的de電dian子zi和he計ji算suan機ji技ji術shu，采cai用yong數shu字zi式shi伺si服fu係xi統tong
，利li用yong微wei機ji實shi現xian調tiao節jie控kong製zhi
，增zeng強qiang軟ruan件jian控kong製zhi功gong能neng，排pai除chu模mo擬ni電dian路lu的de非fei線xian性xing誤wu差cha和he調tiao整zheng誤wu差cha以yi及ji溫wen度du漂piao移yi等deng因yin素su的de影ying響xiang，這zhe可ke大da大da提ti高gao伺si服fu係xi統tong的de性xing能neng，並bing為wei實shi現xian最zui優you控kong製zhi、自適應控製創造條件。

(2)開發高精度、快速檢測元件。

(3)開發高性能的伺服電機(執行元件)。目前交流伺服電機的變速比已達1∶10000，使用日益增多。無刷電機因無電刷和換向片零部件
，加速性能要比直流伺服電機高兩倍
，維護也較方便
，常用於高速數控機床。