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伺服控制系统
用来精确地跟随或复现某个过程的。在很多情况下，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，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）。伺服系统的结构组成和其他形式的没有原则上的区别。[1]
伺服控制系统基本释义
伺服控制系统是一种能对试验装置的机械运动按预定要求进行自动控制的操作系统。[2]
在很多情况下，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，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）。伺服系统的结构组成和其他形式的没有原则上的区别。
伺服控制系统主要指标
衡量伺服控制系统性能的主要指标系统精度、稳定性、响应特性、工作频率四大方面，特别在频带宽度和精度方面。
频带宽度简称，由系统特性来规定，反映伺服系统的跟踪的。越大，越好。伺服系统的主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。惯性越大，越窄。一般伺服系统的小于15赫，大型设备伺服系统的带宽则在1～2赫以下。自20世纪70年代以来，由于发展了及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，使达到50赫，并成功应用在远程导弹、人造卫星、精密指挥仪等场所。伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。因此，在伺服系统中必须采用高精度的测量元件，如精密电位器、自整角机和旋转变压器等。此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，例如将测量元件（如自整角机）的测量轴通过减速器与转轴相连，使转轴的转角得到放大，来提高相对测量精度。采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。
伺服控制系统结构组成
机电一体化的伺服控制系统的结构,类型繁多,但从的角度来分析,伺服控制系统一般包括控制器,被控对象,执行环节,检测环节,比较环节等五部分。[3]
伺服控制系统比较环节
比较环节是将输入的指令的反馈信号进行比较,以获得输出与输入间的偏差信号的环节,通常由专门的电路或计算机来实现。
伺服控制系统控制器
控制器通常是计算机或控制电路,其主要任务是对比较输出的偏差信号进行变换处理,以控制执行元件按要求动作。
伺服控制系统执行环节
执行环节的作用是按控制信号的要求,将输入的各种形式的能量转化成机械能,驱动被控对象工作.机电一体化系统中的执行元件一般指各种或液压,气动伺服机构等。
伺服控制系统被控对象
机械参数量包括位移，速度，加速度，力，和力矩为被控对象。
伺服控制系统检测环节
检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置,一般包括和转换电路。
伺服控制系统系统分类
伺服系统的分类方法很多,常见的分类方法有以下三种.
(1)按被控量参数特性分类.
(2)按驱动元件的类型分类.
伺服控制系统按所用控制元件的类型可分为、（） 和。
(3)按控制原理分类.
伺服系统可分为开环控 制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。
常见的四种伺服控制系统如下：
(1) 液压伺服控制系统
液压伺服控制系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作，完成各种设备不同的动作需要。液压伺服控制系统按照偏差信号获得和传递方式的不同分为机-液、电-液、气-液等,其中应用较多的是机-液和电-液控制系统。按照被控物理量的不同,液压伺服控制系统可以分为位置控制、速度控制、力控制、加速度控制、压力控制和其他物理量控制等。液压控制系统还可以分为节流控制(阀控)式和容积控制(泵控)式。在机械设备中,主要有机-液伺服系统和电-液伺服系统。[4]
(2) 交流伺服控制系统
交流伺服控制系统包括基于异步电动机的交流伺服系统和基于同步电动机的交流伺服系统。除了具有稳定性好、快速性好、精度高的特点外，具有一系列优点。它的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。
(3) 直流伺服控制系统
交流伺服控制系统的工作原理是建立在电磁力定律基础上。与电磁转矩相关的是互相独立的两个变量主磁通与电枢电流，它们分别控制励磁电流与电枢电流，可方便地进行转矩与转速控制。另一方面从控制角度看，直流伺服的控制是一个单输入单输出的单变量控制系统，经典控制理论完全适用于这种系统，因此，它凭借控制简单，调速性能优异，在数控机床的进给驱动中曾占据着主导地位。
(4) 电液伺服控制系统
它是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。最常见的有电液位置伺服系统、电液速度控制系统和电液力(或力矩)控制系统。
以上是我们常用到的四种伺服系统，他们的工作原理和性能以及可以应用的范围都有所区别，各有自己的特点和优缺点。因此在选择或者购买的时候，就需要根据系统的需要以及需要控制的参数和实现的性能，通过计算后在选择合适的产品。
伺服控制系统技术要求
1.系统精度
伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程度,以误差的形式表现,可概括为动态误差,稳态误差和静态误差三个方面组成。
伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后,系统能够恢复到原来稳定状态的能力;或者当给系统一个新的输入指令后,系统达到新的稳定运行状态的能力。
3.响应特性
响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度,决定了系统的工作效率.响应速度与许多因素有关,如计算机的运行速度,的阻尼和质量等。
4.工作频率
工作通常是指系统允许输入信号的频率范围.当工作频率信号输入时,系统能够按技术要求正常工作;而其它频率信号输入时,系统不能正常工作。
伺服控制系统应用
伺服控制系统最初用于船舶的自动、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。
采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的：
① 以小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。
伺服控制系统
《中国电力百科全书》编辑委员会,中国电力出版社《中国电力百科全书》编辑部 ．《中国电力百科全书》：中国电力出版社 ， 1995
龙驭球, 刘光栋, 唐锦春等．《中国土木建筑百科辞典》：中国建筑工业出版社， 2001
胡寿松 ．《自动控制原理·第五版》：科学出版社， 2007
《液压维修实用技术手册》编写委员会编．《液压维修实用技术手册》：江苏科学技术出版社，2010
中国电子学会（Chinese Instit...
提供资源类型：内容一阶和二阶系统的动态特性参数
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摘要: 　　检测系统的时域动态性能指标一般都是用阶跃输入时检测系统的输出响应，即过渡过程曲线上的特性参数来表示。 　　1．一阶系统的时域动态特性参数 　　一阶测量系统时域动态特性参数主要是时间常数及与之相关的输出响应时间。 　　 ...
　　检测系统的时域动态性能指标一般都是用阶跃输入时检测系统的输出响应，即过渡过程曲线上的特性参数来表示。
　　1．一阶系统的时域动态特性参数
　　一阶测量系统时域动态特性参数主要是时间常数及与之相关的输出响应时间。
　　（1）时间常数
　　时间常数是一阶系统的最重要的动态性能指标，一阶测量系统为阶跃输入时，其输出量上升到稳态值的63.2％所需的时间，就为时问常数。一阶测量系统为阶跃输入时响应曲线的初始斜率为1／。
　　（2）响应时间
　　当系统阶跃输入的幅值为A时，对一阶测量系统传递函数式（1-54）进行拉氏反变换，得一阶测量系统的对阶跃输入的输出响应表达式为
　　其输出响应曲线如图1所示。
　　从式（1）和图1，可知一阶测量系统响应Y（t）随时间t增加而增大，当t=∞时趋于最终稳态值，即y（∞）=kA。理论上，在阶跃输入后的任何具体时刻都不能得到系统的最终稳态值，即总是y （t&∞）&kA。因而工程上通常把tr=4（这时有一阶测量系统的输出y （4τ）≈ y （∞）×98.2％=0．982kA）当作一阶测量系统对阶跃输入的输出响应时间。一阶检测系统的时间常数越小，其系统输出的响应就越快。顺便指出，在某些实际工程应用中根据具体测量和试验需要，也有把tr=5或tr=3作为一阶测量系统对阶跃输入输出响应时间的情况。
图1　一阶测量系统对阶跃输入的响应
　　2．二阶系统的时域动态特性参数和性能指标
　　对二阶测量系统，当输入信号x（t）为幅值等于A的阶跃信号时，通过对二阶测量系统传递函数式进行拉氏反变换，可得常见二阶测量系统（通常有0&&1，称为欠阻尼）的对阶跃输入的输出响应表达式
　　上式右边括号外的系数与一阶测量系统阶跃输入时的响应相同，其全部输出由二项叠加而成。其中一项为不随时间变化的稳态响应KA，另一项为幅值随时间变化的阻尼衰减振荡（暂态响应）。暂态响应的振荡角频率wd称为系统有阻尼自然振荡角频率。暂态响应的幅值按指数规律衰减，阻尼比善愈大暂态幅值衰减愈快。如果=0，则二阶测量系统对阶跃的响应将为等幅无阻尼振荡；如果=1，称为临界阻尼，这时二阶测量系统对阶跃的响应为稳态响应KA叠加上一项幅值随时间作指数减少的暂态项，系统响应无振荡；如果&1，称为过阻尼，其暂态响应为两个幅值随时间作指数减少的暂态项，且因其中一个衰减很快（通常可忽略其影响）。整个系统响应与一阶系统对阶跃输入响应相近，可把其近似地作为一阶系统分析对待。在阶跃输入下，不同阻尼比对（二阶测量）系统响应的影响如图2所示。
图2　阶跃输入下，二阶测量（不同阻尼比对）响应
　　可见，阻尼比和系统有阻尼自然振荡角频率是二阶测量系统最主要的动态时域特性参数。常见0&&1衰减振荡型二阶系统的时域动态性能指标示意图如图3所示。表征二阶测量系统在阶跃输入作用下时域主要性能指标主要如下：
　　（1）延迟时间td系统输出响应值达到稳态值的50％所需的时间，称为延迟时间。
　　（2）上升时间tr系统输出响应值从10％到达90％稳态值所需的时间，称为上升时间。
图3　二阶系统的时域动态性能指标不恿图
　　（3）响应时间ts在响应曲线上，系统输出响应达到一个允许误差范围的稳态值，并永远保持在这一允许误差范围内所需的最小时间，称为响应时间。根据不同的应用要求，允许误差范围取值不同，对应的响应时间也不同。工程中多数选系统输出响应第一次到达稳态值的95％或98％（也即允许误差为±5％或±2％）的时间为响应时间。
　　（4）峰值时间tp输出响应曲线达到第一个峰值所需的时间，称为峰值时间。因为峰值时间与超调量相对应，所以峰值时间等于阻尼振荡周期的一半，即tp=T／2。
　　（5）超调量σ超调量为输出响应曲线的最大偏差与稳态值比值的百分数，即
σ=[ y （tp）-y（∞）]／y（∞）×100％
　　（6）衰减率d 衰减振荡型二阶系统过渡过程曲线上相差一个周期T的两个峰值之比称为衰减率。
　　上述衰减振荡型二阶检测系统的动态性能指标、相互关系及计算公式如表1所示。
表1　0&&1二阶检测系统时域动态性能指标
　　3．检测系统的频域动态性能指标
　　检测系统的频域动态性能指标由检测系统的幅频特性和相频特性的特性参数来表示，主要有通频带与工作频带以及系统固有角频率。
　　（1）系统的通频带与工作频带
　　如果一个检测系统，其输出Y（t）与输入X（t）之间满足
Y（t）=AX（t-τ） 　　　　　　（2）
　　即系统的输出与输入之间有一个数值为A的固定放大倍数和相移为的延时。这样的系统称为完全不失真系统。在工程上，完全不失真系统难于实现。一些设计较好的检测系统通常也只在一定的频度范围内使幅频特性曲线保持一段较为平坦的近似水平的线段（在这一范围A近似不变）。工程上，把幅频放大倍数大于的范围叫通频带。而检测系统的相频特性近似线性的范围一般比通频带小得多。为使检测系统有较高的精度，应选检测系统相频特性近似线性或幅频特性近似水平的频率范围为系统的工作频带。
　　（2）系统的固有频率
　　当|H（jω）|= |H（jω）|max时所对应的频率称为系统固有角频率w0。知道和确定了检测系统的固有角频率w0，就可以确定该系统可测信号的频率范围，以保证测量获得较高的精度，这在设计和选用检测仪器和检测系统时是非常重要的。
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