閉環極點對閉環系統性能有何影響

什麼是伺服系統

伺服系統（servomechanism）又稱隨動系統，是用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統。

伺服系統是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變化的自動控制系統。它的主要任務是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調控等處理，使驅動裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。

在很多情況下，伺服系統專指被控制量（系統的輸出量）是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統，其作用是使輸出的機械位移（或轉角）準確地跟蹤輸入的位移（或轉角），其結構組成和其他形式的反饋控制系統沒有原則上的區別。伺服系統最初用於國防軍工， 如火炮的控制， 船艦、飛機的自動駕駛，導彈發射等，後來逐漸推廣到國民經濟的許多部門，如自動機床、無線跟蹤控制等。

伺服系統的組成部分

伺服系統的基本原理

位置檢測裝置將檢測到的移動部件的實際位移量進行位置反饋，與位置指令訊號進行比較，將兩者的差值進行位置調節，變換成速度控制訊號，控制驅動裝置驅動伺服電動機以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到指令位置與反饋的實際位置的差值等於零為止。

伺服系統的分類

1、開環伺服系統

開環伺服系統即無位置反饋的系統，其驅動元件主要是功率步進電機或液壓脈衝馬達。這兩種驅動元件的工作原理的實質是數字脈衝到角度位移的變換，它不用位置檢測元件實現定位，而是靠驅動裝置本身，轉過的角度正比與指令脈衝的個數；運動速度由進給脈衝的頻率決定。

開環伺服系統的結構簡單，易於控制，但精度差，低速不平穩，告訴扭矩小。一般用於輕載負載變化不大或經濟型數控機床上。

2、閉環伺服系統

閉環伺服系統是誤差控制隨動隨動系統。數控機床進給系統的誤差，是CNC輸出的位置指令和機床工作臺（或刀架）實際位置的差值。閉環系統運動執行元件不能反映運動的位置，因此需要有位置檢測裝置。該裝置測出實際位移量或者實際所處的位置，並將測量值反饋給CNC裝置，與指令進行比較，求得誤差，依次構成閉環位置控制。

由於閉環伺服系統是反饋控制，反饋測量裝置精度很高，所以系統傳動鏈的誤差，環內各元件的誤差以及運動中造成的誤差都可以得到補償，從而大大提高了跟隨精度和定位精度。

3、半閉環系統

位置檢測元件不直接安裝在進給座標的最終運動部件上，而是中間經過機械傳動部件的位置轉換，稱為間接測量。亦即座標運動的傳動鏈有一部分在位置閉環以外，在環外的傳動誤差沒有得到系統的補償，因而這種伺服系統的精度低於閉環系統。

半閉環和閉環系統的控制結構是一致的，不同點只是閉環系統環內包括較多的機械傳動部件，傳動誤差均可被補償。理論上精度可以達到很高。但由於受機械變形、溫度變化、振動以及其它因素的影響，系統穩定性難以調整。此外，機床執行一段時間後，由於機械傳動部件的磨損、變形以及其它因素的改變，容易使系統穩定性改變，精度發生變化。因此，目前使用半閉環系統較多。只在具備傳動部件緊密度高、效能穩定、使用過程溫差變化不大的高精度數控機床上使用全閉環伺服系統。

伺服系統的效能要求及引數

效能要求

對伺服系統的基本要求有穩定性、精度和快速響應性。

穩定性好：作用在系統上的擾動消失後，系統能夠恢復到原來的穩定狀態下執行或者在輸入指令訊號作用下，系統能夠達到新的穩定執行狀態的能力，在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調節過程後到達新的或者回復到原有平衡狀態；

精度高：伺服系統的精度是指輸出量能跟隨輸入量的精確程度。作為精密加工的數控機床，要求的定位精度或輪廓加工精度通常都比較高，允許的偏差一般都在 0。01～0。00lmm之間；

快速響應性好：有兩方面含義，一是指動態響應過程中，輸出量隨輸入指令訊號變化的迅速程度，二是指動態響應過程結束的迅速程度。快速響應性是伺服系統動態品質的標誌之一，即要求跟蹤指令訊號的響應要快，一方面要求過渡過程時間短，一般在200ms以內，甚至小於幾十毫秒；另一方面，為滿足超調要求，要求過渡過程的前沿陡，即上升率要大。

節能高：由於伺服系統的快速相應，注塑機能夠根據自身的需要對供給進行快速的調整，能夠有效提高注塑機的電能的利用率，從而達到高效節能。

主要引數

衡量伺服系統性能的主要指標有頻頻寬度和精度。頻頻寬度簡稱頻寬，由系統頻率響應特性來規定，反映伺服系統的跟蹤的快速性。頻寬越大，快速性越好。伺服系統的頻寬主要受控制物件和執行機構的慣性的限制。慣性越大，頻寬越窄。一般伺服系統的頻寬小於15赫，大型裝置伺服系統的頻寬則在1～2赫以下。自20世紀70年代以來，由於發展了力矩電機及高靈敏度測速機，使伺服系統實現了直接驅動，革除或減小了齒隙和彈性變形等非線性因素，使頻寬達到50赫，併成功應用在遠端導彈、人造衛星、精密指揮儀等場所。伺服系統的精度主要決定於所用的測量元件的精度。

因此，在伺服系統中必須採用高精度的測量元件，如精密電位器、自整角機、旋轉變壓器、光電編碼器、光柵、磁柵和球柵等。此外，也可採取附加措施來提高系統的精度，例如將測量元件（如自整角機）的測量軸透過減速器與轉軸相連，使轉軸的轉角得到放大，來提高相對測量精度。採用這種方案的伺服系統稱為精測粗測系統或雙通道系統。透過減速器與轉軸齧合的測角線路稱精讀數通道，直接取自轉軸的測角線路稱粗讀數通道。

伺服系統的應用

1、鐳射加工領域

2、機器人領域

3、數控車床領域

4、大規模積體電路製造辦公自動化裝置

5、雷達等高科技領域