伺服機構
簡介
伺服機構理論(servomechansim theory)起源於二次世界大戰期間，美軍為了發展具有自動控制功能的雷達追蹤系統，委託了麻省理工學院發展控制機械系統的閉迴路控制技術，以強化巡航導彈等導向武器精準度，此一發展奠定了後來伺服機構理論的基礎。而微處理器及集成電路的不斷進化，不僅帶動了資訊產業的發展，也間接帶動了伺服驅動技術的發展。伺服系統是通過伺服機構使電動機與被調節對象連接的。在CNC車床上，使刀架作直線運動進行切削的刀架滑座為被調節對象；在CNC銑床上，使工件作直線運動進行切削的工作檯滑座為被調節對象；在艦炮控制中，使艦炮作方位迴轉和俯仰迴轉的滑座為被調節對象，等等。當被調節對象為直線運動時，伺服機構需將電動機的旋轉運動轉換為被調節對象的直線運動；當被調節對象為旋轉運動時，伺服機構則將電動機的轉速轉換為符合被調節對象要求的轉速。將旋轉運動轉換為直線運動的伺服機構有螺母—絲槓副，滾珠絲槓副，齒輪—齒條副，蝸母—牙條副，等等；將電動機的轉速轉換為適合負載要求的轉速的伺服機構有齒型帶傳動，齒輪減速器，行星齒輪減速器，諧波齒輪減速器，等等。閉環調節系統的工作原理是不斷比較被調節量與指令值計算出誤差值，並使被調量向減小誤差方向變化。被調量回饋到系統的輸入端與指令值進行比較稱為反饋，將被調量轉換為可以與指令值（電信號）相比較的電信號的裝置稱為反饋裝置。速度反饋裝置一般為測速發電機（測速頭），位置反饋裝置可以是光電編碼器，旋轉變壓器等。反饋取至被調節對象，稱為全閉環調節系統；反饋取至電動機軸，稱為半閉環調節系統。全閉環調節系統中的伺服機構的誤差可以得到系統的閉環補償，因此調節精度高，但要求伺服機構剛性好，傳動間隙小，否則得不到較好的補償效果。半閉環調節系統由於伺服機構在閉環外，調節系統有較好的動態性能，但機械傳動系統的誤差（絲槓螺距誤差，傳動間隙）得不到閉環補償。CNC機床利用CNC系統的存儲式螺距誤差補償和間隙補償功能對絲槓螺距誤差和傳動間隙進行開環補償，但由於傳動系統剛性不足產生的彈性變形引起的隨機誤差無法補償，因此半閉環調節系統的伺服機構必須具有較好的剛度和精度，補償才能獲得較好的效果。
評價
伺服控制系統是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確的位置、速度及動力輸出的自動控制系統。機械傳動是一種把動力機產生的運動和動力傳遞給執行機構的中間裝置，是一種扭矩和轉速的變換器，其目的是在動力機與負載之間使扭矩得到合理的匹配，並可通過機構變換實現對輸出的速度調節。在機電一體化系統中，伺服電動機的伺服變速功能在很大程度上代替了傳統機械傳動中的變速機構，只有當伺服電機的轉速範圍滿足不了系統要求時，才通過傳動裝置變速。由於機電一體化系統對快速響應指標要求很高，因此機電一體化系統中的機械傳動裝置不僅僅是解決伺服電機與負載間的力矩匹配問題。而更重要的是為了提高系統的伺服性能。為了提高機械系統的伺服性能，要求機械傳動部件轉動慣量小、摩擦小、阻尼合理。 [1]