伺服控制系統(tǒng)的系統(tǒng)分類

伺服系統(tǒng)的分類方法很多，常見的分類方法有以下三種。

（1）按被控量參數(shù)特性分類。

（2）按驅(qū)動元件的類型分類。

伺服控制系統(tǒng)按所用控制元件的類型可分為機(jī)電伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)（液壓控制系統(tǒng)） 和氣動伺服系統(tǒng)。

（3）按控制原理分類。

伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控 制伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)。

伺服驅(qū)動系統(tǒng)按其用途和功能分為進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)和主軸驅(qū)動系統(tǒng)；按其控制原理和有無位置檢測反饋環(huán)節(jié)分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)；按驅(qū)動執(zhí)行元件的動作原理分為電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)。電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)又分為直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)和交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)。

1.進(jìn)給驅(qū)動與主軸驅(qū)動

進(jìn)給驅(qū)動是用于數(shù)控機(jī)床工作臺或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動，并提供切削過程所需的轉(zhuǎn)矩。主軸驅(qū)動控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，為機(jī)床主軸提供驅(qū)動功率和所需的切削力。一般地，對于進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)，主要關(guān)心它的轉(zhuǎn)矩大小、調(diào)節(jié)范圍的大小和調(diào)節(jié)精度的高低，以及動態(tài)響應(yīng)速度的快慢。對于主軸驅(qū)動系統(tǒng)，主要關(guān)心其是否具有足夠的功率、寬的恒功率調(diào)節(jié)范圍及速度調(diào)節(jié)范圍。

2.開環(huán)控制和閉環(huán)控制

數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動系統(tǒng)按有無位置反饋分兩種基本的控制結(jié)構(gòu)，即開環(huán)控制和閉環(huán)控制。由此形成位置開環(huán)控制系統(tǒng)和位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)又可根據(jù)位置檢測裝置在機(jī)床上安裝的位置不同，進(jìn)一步分為半閉環(huán)伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)和全閉環(huán)伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)。若位置檢測裝置安裝在機(jī)床的工作臺上，構(gòu)成的伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)為全閉環(huán)控制系統(tǒng)；若位置檢測裝置安裝在機(jī)床絲杠上，構(gòu)成的伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)則為半閉環(huán)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動多采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)常用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控或老設(shè)備的改造。

3.直流伺服驅(qū)動與交流伺服驅(qū)動

直流大慣量具有良好的寬調(diào)速性能，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，而且，由于電機(jī)慣性與機(jī)床傳動部件的慣量相當(dāng)，構(gòu)成閉環(huán)后易于調(diào)整。而直流中小慣量伺服電機(jī)及其大功率晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動裝置，比較適應(yīng)數(shù)控機(jī)床對頻繁啟動、制動，以及快速定位、切削的要求。但直流電機(jī)一個(gè)最大的特點(diǎn)是具有電刷和機(jī)械換向器，這限制了它向大容量、高電壓、高速度方向的發(fā)展，使其應(yīng)用受到限制。

常見的四種伺服控制系統(tǒng)如下：

（1） 液壓伺服控制系統(tǒng)

液壓伺服控制系統(tǒng)是以電機(jī)提供動力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸做出不同行程、不同方向的動作，完成各種設(shè)備不同的動作需要。液壓伺服控制系統(tǒng)按照偏差信號獲得和傳遞方式的不同分為機(jī)-液、電-液、氣-液等，其中應(yīng)用較多的是機(jī)-液和電-液控制系統(tǒng)。按照被控物理量的不同，液壓伺服控制系統(tǒng)可以分為位置控制、速度控制、力控制、加速度控制、壓力控制和其他物理量控制等。液壓控制系統(tǒng)還可以分為節(jié)流控制（閥控）式和容積控制（泵控）式。在機(jī)械設(shè)備中，主要有機(jī)-液伺服系統(tǒng)和電-液伺服系統(tǒng)。

（2） 交流伺服控制系統(tǒng)

交流伺服控制系統(tǒng)包括基于異步電動機(jī)的交流伺服系統(tǒng)和基于同步電動機(jī)的交流伺服系統(tǒng)。除了具有穩(wěn)定性好、快速性好、精度高的特點(diǎn)外，具有一系列優(yōu)點(diǎn)。它的性能指標(biāo)可以從調(diào)速范圍、定位精度、穩(wěn)速精度、動態(tài)響應(yīng)和運(yùn)行穩(wěn)定性等方面來衡量。

（3） 直流伺服控制系統(tǒng)

交流伺服控制系統(tǒng)的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上。與電磁轉(zhuǎn)矩相關(guān)的是互相獨(dú)立的兩個(gè)變量主磁通與電樞電流，它們分別控制勵(lì)磁電流與電樞電流，可方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速控制。另一方面從控制角度看，直流伺服的控制是一個(gè)單輸入單輸出的單變量控制系統(tǒng)，經(jīng)典控制理論完全適用于這種系統(tǒng)，因此，它憑借控制簡單，調(diào)速性能優(yōu)異，在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動中曾占據(jù)著主導(dǎo)地位。

（4） 電液伺服控制系統(tǒng)

它是一種由電信號處理裝置和液壓動力機(jī)構(gòu)組成的反饋控制系統(tǒng)。最常見的有電液位置伺服系統(tǒng)、電液速度控制系統(tǒng)和電液力（或力矩）控制系統(tǒng)。

以上是我們常用到的四種伺服系統(tǒng)，他們的工作原理和性能以及可以應(yīng)用的范圍都有所區(qū)別，各有自己的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。因此在選擇或者購買的時(shí)候，就需要根據(jù)系統(tǒng)的需要以及需要控制的參數(shù)和實(shí)現(xiàn)的性能，通過計(jì)算后在選擇合適的產(chǎn)品。

進(jìn)入1980年代，在電機(jī)控制領(lǐng)域交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)大舉進(jìn)入電氣傳動調(diào)速控制的各個(gè)領(lǐng)域。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是交流電機(jī)容易維修，制造簡單，易于向大容量、高速度方向發(fā)展，適合于在較惡劣的環(huán)境中使用。同時(shí)，從減少伺服驅(qū)動系統(tǒng)外形尺寸和提高可靠性角度來看，采用交流電機(jī)比直流電機(jī)將更合理。