伺服系统的发展
刘路路
发布于2022-10-13 14:23
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标签：伺服
伺服系统应用从最初的军事行业，如火炮控制和指挥仪、天线位置控制、导弹制导等。逐渐发展到航天、船舶、机械制造，更是在冶金、交通运输、化工、纺织业等领域有广泛的应用。随着微型计算机的出现，伺服系统已向数字化迈进。本节主要讲述了液压伺服系统、气动伺服系统、直流伺服系统、交流伺服系统以及数字伺服系统的发展概况。通过了解伺服系统发展概况，读者可对各类伺服系统发展有一个清晰的认识。
如图3-1所示，伺服系统结构组成和其他形式的反馈控制系统类似，分别由比较电路、控制器、执行元件、被控对象和反馈元件五部分组成。伺服系统指输出量Y能准确按预定要求完成对输入量R的跟踪。如数控机床可以在不同轴上精确跟踪给定的速度、位移等输入信号。
(图3-1 伺服系统基本构成图)
液压及气动伺服系统的发展
液压伺服系统不仅有自身优点，同时也存在各种缺点，这决定了其应用具有一定的局限性，发展相对缓慢。
如表3-1所示，液压伺服系统具有其他伺服系统无法比拟的优点，如单位质量的设备所能输出的功率大、可产生大的加速度和小的时间常数、液压马达调速范围宽;相反液压伺服系统具有使用不方便、维护困难、油液易泄漏、过载能力低、噪声比较大的缺点。鉴于液压伺服系统以上特点，不能在电子设备、医疗机械、食品加工机械、工艺品加工机械上广泛应用。随着计算机在液压系统中的广泛应用，液压伺服系统向机电一体化和数字化方向发展。
(表 3-1 液压伺服系统优缺点对照表)
气动伺服控制系统是以气体为工作介质，实现能量传递、转换、分配的控制系统。气动同服系统因其节能、无污染、结构简单、价格低廉、适应温度范围广等一系列的优点而得到了迅速的发展。气动伺服主要应用于冶金、煤气、石油化工等各种过程控制系统。无论从产品规格、种类、数量、销售量、应用范围，还是从研究水平和研究人员的数量上来看，我国相比世界各发达工业国家，气动伺服的发展比较缓慢。随着高性能的电气控制元件和执行元件的迅速发展，气动伺服控制技术的研究也必将取得新成果。
电气伺服系统的发展
电气伺服系统经历了从直流(DC)伺服向交流(AC)伺服不断转化的过程，其转化阶段见表 3-2。
(表 3-2 电气伺服控制系统发展阶段及特点)
自20世纪80年代后期以来，随着现代工业的快速发展，对作为工业设备的重要驱动源之一的伺服系统提出了越来越高的要求，研究和发展高性能交流伺服系统成为国内外伺服领域发展的新方向。交流异步伺服系统主要集中在性能要求不高的大功率伺服领域。近10年来永磁同步电动机性能得到快速提高，与感应电动机和普通同步电动机相比，永磁同步电动机具有控制简单、低速运行性能好及性价比高的优点，使该类电动机逐渐成为交流伺服电动机的主流。随着微型计算机不断应用于伺服系统，伺服控制器也由模拟控制器向数字控制器转换，数字伺服控制器拥有模拟控制器无法比拟的优点。
如表3-3所示，数字伺服系统优点主要包括：可以看明显地降低控制器硬件成本，执行速度更快，集成电路和大规模集成电路可改善系统可靠性，容易和上位机联运，参数容易修改以及设计的软硬件可实现多种控制功能。鉴于以上优点，数字伺服系统有逐步替代传统伺服系统的趋势。
(表3-3 数字伺服系统优点)
