一、伺服传动系统设计主要过程

包括开环伺服传动系统设计和闭环伺服传动系统设计，重点介绍前者系统方案确定

典型的开环控制位置伺服系统是数控机床的伺服进给系统、数控x、y工作台、机器人的关节移动等。

执行元件的选择：

开环伺服系统中可以采用步进电机、液压伺服阀控制的液压马达和液压缸、气压伺服阀控制的气压马达和气压缸等作为执行元件，其中步进电机应用广泛，当负载能力不够时，考虑后者。总之，要考虑负载能力、调速范围、体积、成本等因素。

传动机构方案的选择：

传动机构实质上是执行元件和执行机构之间的一个机械接口，用于对运动和力进行变换和传递，伺服系统中执行元件以输出转速和转矩为主，而执行机构多为直线运动或旋转运动，将旋转运动转换为直线运动的传动机构有:齿轮齿条传动、丝杠螺母传动、同步齿型带传动、直线电机传动。

步进电机与丝杠螺母间的运动传递可能有多种形式:

通过联轴器直接相连:结构简单，可获得高速，对电机负载能力要求较高

通过减速器传动丝杠:减速器作用是配凑脉冲当量、转矩放大、惯量匹配等

采用同步齿型带传动丝杠:中心距较大

执行机构方案的选择

执行机构是伺服系统中的被控对象，是进行实际操作的机构，执行机构中一般含有导向机构，执行机构方案的选择主要是指导向机构的选择，即

开环伺服机械系统误差分析

误差来源：

■步进电机:步进电机的步距误差，一般在土15' 左右，突然启动时有滞后，停止时有超前，从整个系统的误差看，这一误差较小， 通常忽略不计;

■齿轮传动:齿轮副的传动误差和间隙会对系统造成误差;滚珠丝杠副传动:滚珠丝杠副的轴向间隙产生误差，而且由于综合拉压刚度不足，会产生传动误差;

■其它传动装置:联轴器、齿型带传动和谐波齿轮传动等都会对系统造成传动误差。

误差校正：

1、机械校正:提高机械装置自身的精度，减少误差，如消隙、减少等效转动惯量、提高传动刚度、提高固有频率等;

2、电子校正:

反向死区补偿:利用反向死区补偿电路调整拨码开关进行补偿，补偿电路

电路具有自动判断方向的改变，并在反向时发出补偿命令的功能，补偿脉冲可以达到几百个。

例:测量得到的反向死区误差为0.016mm,系统的脉冲当量为0.005mm/ pul se,试问拨码开关应预置到哪一档才 能实现死区的补偿?

拨码开关应预置到3档，消除误差为30. 005=0. 015mm

数字仿真误差校正:预先将误差的数学模型输入计算机，计算机一边输出工作指令，一方面计算误差，输出校正指令，形成附加运动，用以校正位移误差。(安川机器人)

（图片来源于网络）

二、PLC是怎么控制伺服电机的？

首先要清楚伺服电机的用途，相对于普通的电机来说，伺服电机主要用于定位，因此大家通常所说的控制伺服，其实就是对伺服电机的位置控制。其实，伺服电机还用另外两种工作模式，那就是速度控制和转矩控制，不过应用比较少而已。速度控制一般都是有变频器实现，用伺服电机做速度控制，一般是用于快速加减速或是速度精准控制的场合，因为相对于变频器，伺服电机可以在几毫米内达到几千转，由于伺服都是闭环的，速度非常稳定。转矩控制主要是 控制伺服电机的输出转矩，同样是因为伺服电机的响应快。应用以上两种控制，可以把伺服驱动器当成变频器，一般都是用模拟量控制。

伺服电机主要的应用还是定位控制，位置控制有两个物理量需要控制，那就是速度和位置，确切的说，就是控制伺服电机以多快的速度到达什么地方，并准确的停下。

伺服驱动器通过接收的脉冲频率和数量来控制伺服电机运行的距离和速度。比如，我们约定伺服电机每10000个脉冲转一圈。如果PLC在一分钟内发送10000个脉冲，那么伺服电机就以1r/min的速度走完一圈，如果在一秒钟内发送10000个脉冲，那么伺服电机就以60r/min的速度走完一圈。

所以，PLC是通过控制发送的脉冲来控制伺服电机的，用物理方式发送脉冲，也就是使用PLC的晶体管输出是常用的方式，一般是低端PLC采用这种方式。而中高端PLC是通过通讯的方式把脉冲的个数和频率传递给伺服驱动器。比如：Profibus-DP CANopen、MECHATROlink-II、EtherCAT等等。

这两种方式只是实现的渠道不一样，实质是一样的，对我们编程来说，也是一样的。这也就是我想跟大家说的，要学习原理，触类旁通，而不是为了学习而学习。

对于程序编写，这个差别很大，日系PLC是采用指令的方式，而欧系PLC是采用功能块的形式。但实质是一样的，比如要控制伺服走一个定位，我们就需要控制PLC的输出通道，脉冲数，脉冲频率，加减速时间，以及需要知道伺服驱动器什么时候定位完成，是否碰到限位等等。无论哪种PLC，无非就是对这几个物理量的控制和运动参数的读取，只是不同PLC实现方法不一样。

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