構成伺服機構的元件叫伺服元件。由驅動放大器(伺服放大器),驅動電動機(伺服驅動電動機)和檢測器組成。在系統內包括了大量的電力電子器件,結構復雜,集成度高。位置、速度和電流環均由調節控制模塊、檢測和反饋部分組成;電力電子驅動裝置由驅動信號產生電路和功率放大器組成。嚴格來說,位置控制包括位置、速度和電流控制;速度控制包括速度和電流控制。伺服系統一般由以下部分組成:
一、控制器
控制器是伺服系統的核心部分,它的主要功能包括:
接收信號:接收來自外部的指令信號,這些信號包含了對系統運動的期望,例如位置、速度、加速度等信息。
信號處理:對接收的指令信號進行處理,將其轉化為伺服系統能夠理解和執行的控制信號。這可能涉及到復雜的算法運算,如PID(比例-積分-微分)控制算法等,以確保系統的響應速度、精度和穩定性。
生成控制指令:根據處理后的信號,生成相應的控制指令發送給驅動裝置,指揮驅動裝置和執行機構完成指定的動作。
二、驅動裝置
驅動裝置起到了功率放大和能量轉換的作用,其主要構成與作用如下:
功率放大器:將控制器輸出的微弱控制信號進行功率放大,使其能夠驅動執行機構。例如,在電機驅動的伺服系統中,功率放大器可以將控制信號放大為足夠大的電流和電壓信號,以驅動電機運轉。
驅動電路:根據不同的執行機構,驅動電路的類型也有所不同。對于電機類執行機構,驅動電路負責控制電機的相電流、相電壓等參數,實現電機的正轉、反轉、調速等功能。
三、執行機構
執行機構是伺服系統中直接對外做功的部分,它的主要類型與特點如下:
電機:電機是最常見的執行機構之一,如直流電機、交流電機、步進電機、伺服電機等。不同類型的電機具有不同的性能特點,適用于不同的應用場景。例如,直流電機控制簡單,但維護成本較高;交流電機結構簡單、運行可靠,但控制相對復雜;伺服電機具有高精度、高響應速度等優點,但價格相對較貴。
液壓馬達:在一些大功率、高負載的場合,液壓馬達作為執行機構被廣泛應用。它利用液壓油的壓力能轉化為機械能,輸出較大的扭矩和功率,能夠承受較大的負載沖擊。
氣缸:在一些需要直線運動的場合,氣缸可以作為執行機構。它通過壓縮空氣推動活塞運動,實現直線往復運動,具有結構簡單、成本低、無污染等優點。
四、檢測裝置
檢測裝置用于實時監測伺服系統的運行狀態,并將檢測到的信息反饋給控制器,以實現閉環控制。主要的檢測裝置包括:
位置傳感器:用于檢測執行機構的位置信息,常見的位置傳感器有編碼器、旋轉變壓器、光柵尺等。編碼器可以精確地測量電機的轉角或直線位移,分辨率高,廣泛應用于高精度的伺服系統中;旋轉變壓器具有可靠性高、抗干擾能力強等優點,適用于惡劣環境下的位置檢測;光柵尺則主要用于直線位移的高精度測量。
速度傳感器:速度傳感器用于測量執行機構的運動速度,例如測速發電機、霍爾傳感器等。測速發電機通過測量電機旋轉產生的感應電動勢來計算速度,輸出信號穩定;霍爾傳感器則利用霍爾效應檢測磁場變化,從而測量速度,具有響應速度快、體積小等優點。
電流傳感器:電流傳感器用于檢測驅動裝置輸出的電流,它可以實時監測電機的工作電流,防止電機過載。常見的電流傳感器有霍爾電流傳感器、互感器等。霍爾電流傳感器精度高、響應速度快,能夠實現非接觸式測量;互感器則具有結構簡單、成本低等優點。