伺服系统的发展(伺服系统的发展历程)

1. 伺服系统的发展历程

从应用的角度出发来分析伺服驱动器应该工作在位置、速度还是力矩模式下。如晶圆搬运、抓取应用。

抓取时：需要机器人精准点到点定位，这个时候伺服驱动器可以工作在位置模式下，去保证可以定位到负载，抓到负载后为防止负载掉下来，每个关节都需要输出一定的保持力矩，只要这个力够了，就可以维持抓住负载这个状态，所以这个时候，驱动器本质上也工作在位置模式就可以。

所以，对于抓取，伺服驱动器工作在位置模式，控制器只需要下发位置指令和执行抓取动作。

如果有双编码器，还可以在控制器上做位置全闭环。

搬运时：这个时候机器人走的是一定的轨迹。

控制器根据客户所需要的轨迹，实时计算每个伺服电机的位置，将位置指令下发给驱动器，故驱动器工作在位置模式。

对于拧螺丝应用。

力矩控制很重要，这个时候，驱动器就可以工作在力矩模式，按照工艺的要求在不同的位置输出合适的力矩。

这个时候，速度、位置控制都可以在控制器中完成。

多关节机器人包含三个控制部分：控制器，驱动器，电机。驱动器一般都支持三种模式：力矩，速度，位置。这三种模式都可以切换的。

控制器可以做一些复杂的多轴同步，轨迹规划。

控制器通过现场总线下发运动指令。

个人认为，应该结合具体应用的特点，以及控制器和驱动器的特点，来决定应该把位置闭环放在驱动器上还是控制器上。（以上仅供大家参考，如有疏漏不合适的地方，还请包涵指正，谢谢！）

2. 伺服系统发展现状

“伺服”—词源于希腊语“奴隶”的意思。

3. 伺服系统的主要研究内容

气动行业的发展也是趋向于保护环境、提高产品的性能、降低成本，同时由于性能的提高和成本的降低又助于节省能源从而利于环境保护，其关键在于提高气动行业的自动化水平，使其产品更加优越，所以气动行业的发展方向大致为： 1 .机电气一体化一体化一体化一体化 2.高压、小型化 3.高效、低成本 4.无油化 5.高寿命、高可靠性 6.集成化、复合型、多功能 7.高速化 随着气动产品越来越多地应用于生物工程、医药、原子能、微电子、机器人等各行业，相应地提出了许多新的要求，因此大力发展新材料、铸造技术、表面热处理、密封技术、计算机技术、传感技术等许多基础技术越来越受到人们的重视。

我国气动行业通过产品结构调整，改善经营管理，自20世纪90年代后期开始，一直保持着良好的经济运行态势，生产稳步、持续增长。由于它具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单等优点，广泛应用于各种机械和生产线上。气动技术应用面的扩大是气动工业发展的标志。气动元件的应用主要为两个方面：维修和配套。过去国产气动元件的销售要用于维修，近几年，直接为主要配套的销售份额逐年增加。国产气动元件的应用，从价值数千万元的冶金设备到只有1~2百元的椅子。铁道扳岔、机车轮轨润滑、列车的煞车、街道清扫、特种车间内的起吊设备、军事指挥车等都用上了专门开发的国产气动元件。这说明气动技术已“渗透”到各行各业，并且正在日益扩大。1. 与电子技术结合，大量使用传感器，气动元件智能化. 带开关的气缸国内已普遍使用，开关体积将更小，性能更高，可嵌入气缸缸体；有些还带双色显示，可显示出位置误差，使系统更可靠。用传感器代替流量计、压力表、能自动控制压缩空气的流量、压力，可以节能并保证使用装置正常运行。气动伺服定位系统已有产品进入市场。该系统采用三位五通气动伺服阀，将预定的定位目标与位置传感器的检测数据进行比较，实施负反馈控制。气缸最大速度达2m/s、行程300mm时，系统定位精度±0.1mm。日本试制成功一种新型智能电磁阀，这种阀配带有传感器的逻辑回路，是气动元件与光电子技术结合的产物。它能直接接受传感器的信号，当信号满足指定条件时，不必通过外部控制器，即可自行完成动作，达到控制目的。它已经应用在物体的传送带上，能识别搬运物体的大小，使大件直接下送，小件分流。2.体积更小，重量更轻，功耗更低. 在电子元件、药品等制造行业中，由于被加工件体积很小，势必限制了气动元件的尺寸，小型化、轻型化是气动元件的第一个发展方向。国外已开发了仅大拇指大小、有效截面积为0.2mm2的超小型电磁阀。能开发出外形尺寸小而流量较大的元件更为理想。为此，相同外形尺寸的阀，流量已提高2~3.3倍。有一种系列的小型电磁阀，其阀体宽仅10mm，有效面积可达5mm2;宽15mm,有效面积达10mm2等。国外电磁阀的功耗已达0.5W，还将进一步降低，以适应与微电子相结合。3.执行元件的定位精度提高刚度增加，活塞杆不回转，使用更方便. 为了提高气缸的定位精度，附带制动机构和伺服系统的气缸应用越来越普遍。带伺服系统的气缸，即使供气压力和所负的载荷变化，仍可获得±0.1mm的定位精度。在国际展览会上，各种异型截面缸筒和活塞杆的气缸甚多 4. 更高的安全性和可靠性 从近几年的气动技术国际标准可知，标准不仅提出了互换性要求，并且强调了安全性。管接头、气源处理外壳等耐压试验的压力提高到使用压力的4~5倍，耐压时间增加到5~15min，还要在高、低温度下进行试验。如果贯彻这些国际标准，国内的缸筒、端盖、气源处理铸件和管接头等都难达到标准要求。除耐压试验处，结构上也作了某些规定，如气源处理的透明壳外部规定要加金属防护罩。5. 向高速、高频、高响应、高寿命方向发展 为了提高生产设备的生产效率，提高执行元件的工作速度势在必行。现在我国的气缸工作速度一般在0.5m/s以下。根据日本专家预测，五年以后大部分的气缸工作速度将提高到1~2m/s，有的要求达5m/s。气缸工作速度的提高，不仅要求气缸的质量提高，而且结构上也要相应改进，例如要配置油压吸震器以增加缓冲效果等。电磁阀的响应时间将小于10ms，寿命提高到5000万次以上。美国有一种间隙密封的阀，由于阀芯悬浮在阀体内，相互不接触，在无需润滑下，寿命高达2亿次。6.各种异型截面缸筒和活塞杆的气缸甚多 这类气缸由于活塞杆不会回转，应用在主机上时，无须附加导向装置即可保持一定精度。此外还开发了不少带各种导向机构的气缸和气缸滑动组件，例如具有两根导向杆的气缸、双活塞杆双缸筒气缸等y。气缸筒外形已不限于圆形、而是方形、米字形或其它形状，在型材上开了导向槽、传感器和开关的安装槽等，让用户安装使用更方便。多功能化，复合化.为了方便用户，适应市场的需要开发了各种由多只气动元件组合并配有控制装置的小型气动系统。如用于移动小件物品的组件，是将带导向器的两只气缸分别按X轴和Z轴组合而成。该组件可搬动3kg重物，配有电磁阀、程控器，结构紧凑，占有空间小，行程可调整。又如一种上、下料模块，有七种不同功能的模块形式，能完成精密装配线上的上、下料作业，可按作业内容将不同模块任意组合。还有一种机械手是由外形小并能改变摆动角度的摆动气缸与夹头的组合件，夹头部位有若干种夹头可选配。7. 普遍使用无油润滑技术，满足某些特殊要求 由于环境污染以及电子、医疗、食品等行业的要求，环境中不允许有油，因此无油润滑是气动元件的发展趋向，同时无油润滑可使系统简化。欧洲市场上油雾器已属淘汰的产品，普遍做到了无油润滑。此外，为了满足某些 特殊要求，除臭、除菌和精密过滤器正在不断开发，过滤精度已达0.1~0.3μm，过滤效率已达99.9999%。针对某些特殊要求，改进和开发气动产品，即可占领一块市场，获得不小的经济效益，这已被大家共识。济南华能气动元器件公司为铁路编组和轮轨润滑的特殊要求开发了气缸和阀，受到了铁道部门的关注。使用新材料，与新技术相结合.国外开发了膜式干燥器，该干燥器利用高科技的反渗析薄膜滤去压缩空气中的水分，有节能、寿命长、可靠性高、体积小、重量轻等特点、适用于流量不大的场合。以聚四氟乙稀为主体的复合材料制造的气动密封件能耐热（260℃），耐寒（-55℃）和耐磨，其使用场合越来越多。为了提高质量，真空压铸、氢氧爆炸去毛刺等新技术正在气动元件制造中逐步推广。便于保养、维修和使用.国外正在研究使用传感器实现气动元件及系统具有故障预报和自诊断功能。

4. 伺服系统的发展历程简述

统一描述：用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统（又称为随动系统）。

学术描述：伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统。其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。

性质描述：伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统（如生物上的绝大多数的激素调节，日常生活中用到的电冰箱、空调等的调温系统）没有原则上的区别。注意：伺服上的反馈系统为负反馈。

扩展：

伺服系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中，后来逐渐推广到很多领域，特别是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。

1，采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的：

以小功率指令信号去控制大功率负载。

火炮控制和船舵控制就是典型的例子。

2，在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位

于远处的输出轴，实现远距同步传动。

3，使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录

和指示仪表等。

衡量伺服系统性能的主要指标（硬性指标）是频带宽度和精度。

伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。

伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。

5. 伺服系统主要有

伺服系统（servo mechanism）是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。

伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。

6. 伺服系统的发展历程图

     伺服电机是自动控制装置中被用作执行元件的微特电机，其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。

伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。               交流伺服电机的基本构造与交流感应电动机(异步电机)相似。在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf，接恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电机运行的目的。

       交流伺服电机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格(要求分别小于10%～15%和小于15%～25%)等特点。               直流伺服电机基本构造与一般直流电动机相似。电机转速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，式中E为电枢反电动势，K为常数，j为每极磁通，Ua、Ia为电枢电压和电枢电流，Ra为电枢电阻，改变Ua或改变φ，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法，在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永 久磁铁所取代，磁通φ恒定。

      直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。        

7. 伺服系统的概念与组成

构件和部件含义一样.就是把整体的机件分成几个部分,比如上部、中部,下部构件,构件或部件还可以继续分解成各个零件,零件是最小的单位,不能够再分解. 机械就是两个或两个以上的部件相互作用构成的一个整体,机器大体上也就是这个意思.机构就是指他们以什么样的运动形式存在,比如把回转运动变成往复运动就叫凸轮机构.一个机器或机械,可能不止存在一种机构,就拿牛头刨床来讲,它包括凸轮机构和曲柄摇杆机构. 个人不成熟的理解,希望对你有用