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。
伺服驱动系统按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统;按其控制原理和有无位置检测反馈环节分为开环系统和闭环系统;按驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱动系统和伺服驱动系统。电气伺服驱动系统又分为直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统。
1.进给驱动与主轴驱动
进给驱动是用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统,控制机床各坐标轴的切削进给运动,并提供切削过程所需的转矩。主轴驱动控制机床主轴的旋转运动,为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。一般地,对于进给驱动系统,主要关心它的转矩大小、调节范围的大小和调节精度的高低,以及动态响应速度的快慢。对于主轴驱动系统,主要关心其是否具有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围。
2.开环控制和闭环控制
数控机床伺服驱动系统按有无位置反馈分两种基本的控制结构,即开环控制和闭环控制。由此形成位置开环控制系统和位置闭环控制系统。闭环控制系统又可根据位置检测装置在机床上安装的位置不同,进一步分为半闭环伺服驱动控制系统和全闭环伺服驱动控制系统。若位置检测装置安装在机床的工作台上,构成的伺服驱动控制系统为全闭环控制系统;若位置检测装置安装在机床丝杠上,构成的伺服驱动控制系统则为半闭环控制系统。现代数控机床的伺服驱动多采用闭环控制系统。开环控制系统常用于经济型数控或老设备的改造。
3.直流伺服驱动与交流伺服驱动
直流大惯量具有良好的宽调速性能,输出转矩大,过载能力强,而且,由于电机惯性与机床传动部件的惯量相当,构成闭环后易于调整。而直流中小惯量伺服电机及其大功率 晶体管 脉宽调制驱动装置,比较适应数控机床对频繁启动、制动,以及快速定位、切削的要求。但直流电机一个最大的特点是具有电刷和 机械 换向器 ,这限制了它向大容量、高电压、高速度方向的发展,使其应用受到限制。
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。
进入1980年代,在电机控制领域交流电机调速技术取得了突破性进展,交流伺服驱动系统大举进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服驱动系统的最大优点是交流电机容易维修, 制造 简单,易于向大容量、高速度方向发展,适合于在较恶劣的环境中使用。同时,从减少伺服驱动系统 外形尺寸 和提高可靠性角度来看,采用交流电机比直流电机将更合理。