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现代交流伺服系统分析与设计 第一章交流伺服系统概述 提出问题 1：如何认识交流伺服系统？ 应用特点：运动变量控制， “承上（接收控制器命令）启下（驱动机 构） 应用要求：高速高响应，高精度 第一节 伺服系统基本概念和主要应用 基本概念 ：变频控制系统： 压频变换建立电机的合适工作方式和工作 点 调速系统：宽调速范围和稳速精度 伺服系统：定位精度、跟随精度和跟随速度，关注机构的最 终控制性能 主要应用：数控机床、轻工自动化系统、半导体加工设备、机器人、 武器装备 第二节 伺服系统的基本应用结构形式 提出问题 2 ：交流伺服系统的应用结构是什么样的？各有什么样的特 点？ 伺服系统是如何接受信息？如何处理信息？如何对信息进行反应 的？作出正确的反应关键问题有那些？ 1、 开环伺服系统应用结构形式 2、 半闭环伺服系统应用结构形式 3、 全闭环伺服系统应用结构形式 4、 混合闭环伺服系统应用结构形式 控制器＋伺服驱动系统＋机械传动机构 应用要求：控制信号的处理（接口类型选择） ，机械负载特性的建模 计算（设计选型、系统调整） 控制形式：转矩 / 电流、速度、位置 第三节 伺服系统的基本组成结构和性能指标 提出问题 3 ：伺服系统的信息传递通道是怎么样构建的？为什么要如 此设计？ 结合伺服系统诸多特点和要求，如何分析和构建伺服系统 的内部结构？它的物理结构和控制结构是什么样的？在指标上如何 定义才能反映应用的要求和性能的要求 外部接口： 1） 与控制器的接口， （1）＋/-10V 模拟接口实现速度或转矩控制 （2）脉冲接口实现位置控制 （3 ）网络通讯接口，全面的诊断、控制、协 调功能 （4 ）逻辑功能接口实现辅助逻辑控制或 组合工艺控制 2） 与伺服电机的接口： （1）提供电机动力电源， PWM 电压 （2 ）位置反馈接口， 检测位置或速度反馈信 息 基本组成 ： 1） 硬件角度：功率回路，电源回路，控制回路 2 ） 控制结构角度：轨迹 / 位置控制＋速度控制＋转矩控制 实 现运动控制或伺服控制 基本组成结构 ： 1） 全硬件伺服系统（集成电路或 ASIC/FPGA ） 2 ） 全数字半软件伺服系统（ CPU＋ASIC/FPGA ） 3 ） 全数字软件伺服系统（ DSP/MCU ） 性能指标：精度、快速性、稳定性 1) 技术要求：基础可适用性、可靠性、环境、体积、经济性 2) 系统性能指标要求：稳态跟踪精度、定位精度、最高频率、瞬时 最大电流和额定电流、速度变动率、转速不均匀度； 3) 系统控制特性指标要求：稳定性、时频域特性、鲁棒性 第四节伺服系统的知识背景和发展趋势 提出问题 4 ：伺服系统的专业知识背景和发展的趋势？ 知识基础： 1) 电学：电子、电路、电气 2) 磁学：电机 3) 力学：机构建模 4) 自动控制：控制器算法设计 5) 计算机软件：编程 发展趋势：高速化（带宽增加）高精度化（处理信息更精确）网络化 （诊断、互换性、开放性）绿色化（功率因数、电磁干扰）大容量化 （高效节能）小型微细化（应用领域高扩散性） 主流厂商： 美国： A －B ，Pacific Science，Danaher 日本：三菱、安川、松下、 FANUC 欧洲：西门子、 Indramat、CT 国内：广州数控、华中数控、