伺服控制系统
用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。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)。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
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用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。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)。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
机电一体化的伺服控制系统的结构,类型繁多,但从自动控制理论的角度来分析,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。
比较环节是将输入的指令信号与系统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。
控制器通常是计算机或PID控制电路,其主要任务是对比较元件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。
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电机或液压,气动伺服机构等。
机械参数量包括位移，速度，加速度，力，和力矩为被控对象。
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,一般包括传感器和转换电路。
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机电伺服系统、液压伺服系统(液压控制系统) 和气动伺服系统。
(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。
(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。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)。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
PLC是可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controler)的英文简称,指的仅仅是硬件，可以通过编程直接控制外部设备..伺服控制系统是一种控制方法和手段的综合, 是硬件和软件...
伺服驱动器（servo drives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般...
伺服控制分为两种：脉冲控制和模拟量控制，而模拟量控制又分为速度控制和转矩控制。脉冲控制没啥好说的，就是接受脉冲电机开始转动，包括快慢和转数。而模拟量和变频器是一个效果，你给他一个当量，然后给他一定的电...
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。
频带宽度简称带宽，由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统的跟踪的快速性。带宽越大，快速性越好。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。惯性越大，带宽越窄。一般伺服系统的带宽小于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，由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，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，使带宽达到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。
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。
2.稳定性
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,运动系统的阻尼和质量等。
4.工作频率
工作频率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。
采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的:
① 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。
雷达天线伺服控制系统
雷达天线伺服控制系统
自 动 控 制 原 理 课 程 设 计 1 概 述 用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。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） 。伺服系统的结 构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。它是由若干元件和部件组成的并具 有功率放大作用的一种自动控制系统。位置随动系统的输入和输出信号都是位置量，且指 令位置是随机变化的，并要求输出位置能够朝着减小直至消除位置偏差的方向，及时准确 地跟随指令位置的变化。位置指令与被控量可以是直线位移或角位移。随着工程技术的发 展，出现了各种类型的位置随动系统。由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，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， 并成功应用在雷达天线。 伺服系统的精度主要决定
雷达天线伺服控制系统要点
雷达天线伺服控制系统要点
自 动 控 制 原 理 课 程 设 计 1 概 述 用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。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） 。伺服系统的结 构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。它是由若干元件和部件组成的并具 有功率放大作用的一种自动控制系统。位置随动系统的输入和输出信号都是位置量，且指 令位置是随机变化的，并要求输出位置能够朝着减小直至消除位置偏差的方向，及时准确 地跟随指令位置的变化。位置指令与被控量可以是直线位移或角位移。随着工程技术的发 展，出现了各种类型的位置随动系统。由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，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， 并成功应用在雷达天线。 伺服系统的精度主要决定
前言
第1 章 伺服控制系统概述 1
1. 1 伺服控制系统的基本概念 1
1. 1. 1 伺服控制系统的定义 1
1. 1. 2 伺服控制系统的组成 1
1. 1. 3 伺服控制系统性能的基本要求 1
1. 1. 4 伺服控制系统的种类 2
1. 2 电气伺服控制系统的发展 2
1. 2. 1 电气伺服控制系统的发展过程 2
1. 2. 2 驱动产品概况 3
1. 2. 3 发展趋势 5
1. 3 交流伺服控制系统 6
1. 3. 1 交流伺服控制系统的驱动方式与
应用 8
1. 3. 2 交流伺服控制系统的应用前景 10
习题和思考题 11
第2 章 交流伺服控制系统基础知识 12
2. 1 控制器芯片 12
2. 1. 1 STM32 系列芯片的结构及性能 12
2. 1. 2 STM32 的存储空间及时钟 13
2. 1. 3 STM32 的中断系统 21
2. 1. 4 STM32 的定时器 25
2. 1. 5 STM32 的A-D 转换器 26
2. 1. 6 STM32 应用举例 30
2. 2 交流伺服控制系统功率变换电路 35
2. 2. 1 逆变电路 35
2. 2. 2 驱动电路 39
2. 2. 3 带有死区的PWM 波形 40
2. 3 交流伺服电动机 41
2. 3. 1 同步型交流伺服电动机 41
2. 3. 2 感应型交流伺服电动机 41
2. 3. 3 两种交流伺服电动机的比较 42
习题和思考题 42
第3 章 交流伺服控制系统中的编程
技术 45
3. 1 定点CPU 的数据Q 格式 45
3. 1. 1 Q 格式说明 45
3. 1. 2 电动机控制中电流采样值的Q
格式处理 46
3. 2 PI 调节器的数字实现方法 47
3. 2. 1 模拟PI 调节器的数字化 47
3. 2. 2 改进的数字PI 算法 48
3. 2. 3 数字PI 调节器的举例 49
3. 3 PWM 驱动信号 52
3. 3. 1 三相互补的PWM 驱动 52
3. 3. 2 无刷直流电动机的PWM 驱动 55
3. 4 数字测速 58
3. 4. 1 旋转编码器 58
3. 4. 2 数字测速方法的精度指标 59
3. 4. 3 M 法测速 60
3. 4. 4 T 法测速 61
3. 4. 5 M / T 法测速 62
3. 4. 6 M / T 法速度测量的实现 64
3. 4. 7 M / T 法例程 65
习题和思考题 69
第4 章 电压空间矢量PWM 71
4. 1 电压空间矢量PWM 控制技术 71
4. 1. 1 空间矢量的定义 71
4. 1. 2 电压与磁链空间矢量的关系 72
4. 1. 3 PWM 逆变器基本输出电压矢量 73
4. 1. 4 正六边形空间旋转磁场 74
4. 1. 5 期望电压空间矢量的合成与
实现 75
4. 2 SVPWM 三个关键问题的解决 76
4. 3 SVPWM 编程实例 86
习题和思考题 91
Ⅴ
第5 章 无刷直流电动机控制技术 92
5. 1 无刷直流电动机的结构和工作原理 92
5. 1. 1 无刷直流电动机的结构 92
5. 1. 2 无刷直流电动机的霍尔传感器
位置检测 93
5. 1. 3 无刷直流电动机的工作原理 96
5. 1. 4 三相多槽多极对电机结构 98
5. 1. 5 无刷直流电动机的双闭环调速
系统 99
5. 2 无刷直流电动机控制系统 100
5. 2. 1 硬件电路 100
5. 2. 2 控制系统程序设计 105
5. 2. 3 电动机起动分析 105
5. 2. 4 STM32 的TIM1 与TIM2 中断 106
5. 2. 5 具体程序 106
5. 2. 6 程序分析 110
5. 3 无刷直流电动机无霍尔传感器控制
方法与实现 113
5. 3. 1 采用无位置传感器控制的
必要性 113
5. 3. 2 无刷直流电动机无位置传感器
控制方法 114
5. 3. 3 无刷直流电动机无位置传感器
控制原理框图 114
5. 3. 4 无霍尔传感器控制软件编程
设计 114
5. 4 无刷直流电动机相序测定方法 118
5. 5 无刷直流电动机的制动 119
习题和思考题 121
第6 章 永磁同步电动机控制技术 122
6. 1 永磁同步电动机控制原理 122
6. 1. 1 永磁同步电动机的数学模型 123
6. 1. 2 永磁同步电动机矢量控制原理 126
6. 2 永磁同步电动机控制的硬件设计 127
6. 2. 1 永磁同步电动机驱动器的总体
硬件电路 127
6. 2. 2 与无刷直流电动机硬件的差别 128
6. 3 永磁同步电动机控制的软件设计 129
6. 3. 1 软件设计总体结构 129
6. 3. 2 合成电压矢量幅值及其与d 轴
夹角的计算 133
6. 3. 3 电动机转子实时角度的计算 137
6. 3. 4 定时器中断程序分析 138
习题和思考题 142
第7 章 异步电动机矢量控制技术 143
7. 1 异步电动机动态数学模型 143
7. 1. 1 异步电动机动态数学模型的
性质 143
7. 1. 2 异步电动机三相原始数学模型 144
7. 2 坐标变换控制的基本思想 148
7. 3 坐标变换 149
7. 4 异步电动机在两相坐标系上的动态
数学模型 152
7. 5 异步电动机在两相坐标系上的状态
方程 155
7. 6 异步电动机按转子磁链定向的矢量
控制系统 158
7. 6. 1 按转子磁链定向同步旋转坐标系
中的状态方程 159
7. 6. 2 按转子磁链定向矢量控制的基本
思想 160
7. 6. 3 按转子磁链定向矢量控制系统的
实现 161
7. 6. 4 磁链开环转差型矢量控制
系统———间接定向 161
7. 7 CPU 在异步电动机矢量控制系统中的
实现 162
7. 7. 1 控制系统总体设计 162
7. 7. 2 编程分析 163
7. 8 两个常见问题 173
习题和思考题 180
附录 缩略语对照表 181
参考文献 1842100433B
本书首先介绍了交流伺服控制系统及编程的基础知识，然后以实现无刷直流电动机控制、永磁同步电动机控制及异步电机控制技术为重点，介绍STM32芯片在交流伺服控制的应用。全书共七章，第1章概要介绍了交流伺服系统。第2章介绍了交流伺服控制系统基础知识，包括STM32的结构及性能、存储空间及时钟、中断系统、定时器及A/D转换器。第3章围绕电动机的控制技术方面编程需要，重点介绍了数据Q格式、电动机驱动的PWM信号、数字PI调节器、数字测速的编程实现方法。第4章针对控制系统的实现，介绍了电压空间矢量PWM（SVPWM）和旋转变换控制技术。第5-7章以STM32的控制在实际应用分别对无刷直流电动机控制器、永磁同步电动机控制及异步电动机控制技术做了详细介绍。
大家知道伺服控制系统一般分为几种控制方式吗？SKD步进伺服控制系统一般情况下可分为三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。一下是具体的SKD步进伺服控制系统的三种方式介绍：
（1）如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。
（2）如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。
就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。
对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。
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