西门子6ES7214-1AD23-0XB8规格齐全

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伺服系统的种类很多，组成方式和工作状况也是多种多样，可简单的用图所示方块图来表示它的组成。它有检测装置，用来检测输入信号和系统的输出，有放大装置和执行部件，为使各部件之间有效的组配和使系统具有良好的工作品质，一般还有信号转换线路和补偿装置。这仅指信息在系统中传递所必经的各个部分。此外，以上各部分都离不开相应的能源设备、相应的保护装置、控制设备和其它辅助设备。

伺服系统的输出可以是各种不同的物理量，本书将结合机械运动控制中的问题进行讨论，如速度(包括角速度)控制、位置(包括转角)控制和运动轨迹控制，讨论各种速度伺服系统和位置伺服系统(亦称随动系统)的原理与设计问题。

为保证伺服系统的jingque和稳定，提高系统的品质，就需要对伺服系统进行补偿。对系统进行补偿的方法很多，常用的有串联补偿、反馈补偿、顺馈补偿、前馈补偿(即复合控制)、选择性反馈与顺馈等，除线性补偿外，还有非线性补偿。伺服系统的类型很多，被控对象多种多样，i因此它们的工作状况千差万别。衡量一个系统品质的优、劣，应该从它完成工作的质量来检验。当进行系统设计时，就应当把它应该完成的工作状况和质量要求，变成可以计量的品质指标。这些指标大体上可分为两类：一类是稳态品质指标；另一类为动态品质指标。我们将分别结合系统稳态设计和动态设计来讨论。

系统的特性通常用它的数学模型来描述，也是进行系统设计计算的基础。这里主要讨论系统的线性数学模型，用它的传递函数和频率特性来表示。在介绍各种补偿方法之前，先抓住伺服系统的稳态精度与过渡过程品质，简单地讨论它们与系统特性的关系，以利于对各种补偿方法和补偿装置的功效的理解。

1．系统特性与稳态精度的关系

系统的稳态精度是用稳态误差的数值来衡量的。伺服系统的稳态误差，不仅与系统的特性有关，而且与输入信号的类型有关。常用来分析伺服系统稳态误差的典型输入信号有四种，即阶跃信号、斜坡信号(或称等速信号)、抛物线信号(或称等加速信号)和正弦信号(或称谐波信号)。

设伺服系统的开环传递函数为

以上简单的分析表明：影响系统稳态精度的主要是系统的低频段特性，具体讲，就看系统的开环增益的大小和串联积分环节的多少。系统开环幅频特性中频段的位置与形状，直接关系到系统的过渡过程品质，它们都与系统的开环增益和开环零、极点分布的状况有关。这也是我们讨论以下各种补偿作用的主要依据。

“精度”是用来描述物理量的准确程度，其反应的是测量值与真实值之间的误差，而“分辨率”是用来描述刻度划分的，其反应的是数值读取过程中所能读取的小变化值。简比喻：一把常见的量程为10厘米的刻度尺，上面有100个刻度，小能读出1毫米的有效值。那么我们就说这把尺子的分辨率是1毫米，他只能1、2、3、4……100这样读值；而它的实际精度就不得而知了，因为用这把尺读出来的2毫米，我们并不知道他与真实的2毫米之间的误差值。而当我们用火来烤一下它，并且把它拉长一段，然后再考察一下它。我们不难发现，它还有100个刻度，因而它的“分辨率”还是1毫米，跟原来一样！然而，它的精度显然已经改变了。

对于编码器来说，“分辨率”除了与刻线数有关外，还会因信号方面的影响而改变，它是可调的，可控的，它可以随着对信号的细分而改变，细分倍数越高，分辨率越小，但是细分倍数越高，引入加大的误差就越大。而精度，更多的偏向于机械方面，一个产品生产出来后，他的精度基本已经固定（有些高精度的产品可以对信号进行补偿等来提高精度），这个数值是通过检测出来的，它与产品的做工，材料等综合性能息息相关，我们难以通过计算来得出一个具体的数值作为精度的依据，大多只能在使用的过程当中判断出精度的好坏来。

例如，对于13bit的，其码盘上的位置数为：8192，则：计算出的分辨率为158角秒，也就是说，在读取数值的时候，要求数值间的跳动是158角秒，如果要读取的个数值是0，则第二个读取的数值要大于158，若要小于158，则我们需要选取更小的分辨率。当要读取158这个数值的时候，由于误差的存在，并不可能得到的158秒，编码器所读取出来的158秒与真实158秒之间的误差，就取决于精度了。所以说，精度，是在分辨率的基础上来谈的。

而并非越细分得到小的分辨率就越好，因为细分会引入误差和扩大误差，过度的细分将无法保证精度！需要多少倍的细分，能做到多少倍的细分，前提必须是在保证精度的基础上进行的，因为精度在使用前的不可见性而高倍细分是不负责任的。码盘质量越高，刻线越好，信号质量信号越好，细分后产生的误差就越小，这受到一台编码器综合性能的影响，这也就是为什么会在相同的参数下，会有不同品牌，不同价位编码器的一个原因。

例如，我们要读取的数值为1、2、4、7、8，我至少要选择1个单位的分辨率，选择2个单位的分辨率是显然不行的，因为我们读出了1这个数值，则2是读不出来的，在选择1个单位分辨率的基础上，我们读出来的1与真实的1的误差就是精度。机床上的数控系统对于直光栅是有分辨率的设定的，需要读取的数值间隔小于分辨率，机床就有可能会抖动或出错等。

对于式带增量信号编码器，能够jingque的保持串行传输的位置值与增量值同步，值确切的对应一个增量信号，位置值一定在一个增量信号的正弦周期之内。如13位式，带512线的增量信号，位置间隔158秒，若要读取两个码盘位置中间的一个位置是不合适的，但是，我们可以通过对其所带的1vpp增量信号进行细分，如细分100倍，则相当于在两个位置之间又引入了几个细分后的位置，我们可以在位置值的基础上，通过计算细分后的增量脉冲数而读取两个位置之间的一个位置值，如：512线细分100倍，位置1数值是0，位置2数值是158，则读取这两个位置间的位置可以在位置1：数值0的基础上多出一个脉冲则是25，两个则是25x2=50……但是，带增量信号的式编码器本身是不带细分的，这就要求用户能自行的对增量信号进行细分处理

其实我选择编码器就看几点，首先，使用要求精度，如果很高就选择高分辨率的，其实是你使用环境的条件，一般有24v的和5v的，看看你啥了，其次就是你的编码器连接的控制器，根据你控制器可以接受的信号来选择编码器，是ttl的还是集电极开路的或者是正弦波的，并且不同的信号传输距离还是不一样的，这个要根据你的使用要求

如a.b两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。

a、b、z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。

a、a-，b、b-，z、z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减小，抗干扰佳，可传输较远的距离。对于ttl的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。

参照此公式

下面介绍增量型编码器分辨率选择的三种方法：

1、单圈脉冲数尽量选择为所需要的精度控制，这样可以减少缩放比例，如12m测量范围，测量显示仅需1m/步（低分辨率），则可选择12ppr，如果需要显示m/步（高分辨率）应选择1200ppr或者以上的编码器。如果你选择了600ppr的编码器测量显示m/步的精度，则需要进行比例换算，降0.02m/步换算为m/步。

2、将所选择的单圈脉冲数ppr和电机驱动增量编码器的大转速综合考虑，计算工作频率，确保其不会引起在大转速下脉冲输出频率超过编码器的脉冲输出频率和控制器的输入频率。

3、注意可能使用的控制器带有2倍或者4倍倍频功能，按以上事例，m/步的测量精度，选择600ppr并进行2倍频或者300ppr进行4倍频，可达到同样的效果。

增量型编码器的特点具有体积小，重量轻，机构紧凑，安装方便，维护简单，驱动力矩小，其具有高精度，大量程测量，反应快，数字化输出特点，非常适合测速度，可无限累加测量。但是存在零点累计误差，抗干扰较差，接收设备的停机需断电记忆，开机应找零或参考位等问题，这些问题如选用型编码器可以解决。

在伺服系统中常用具有线性特性的补偿装置(通常是补偿电路)，采取串联、顺馈(或称并联)、负反馈、正反馈，以及它们的组合形式，来改善系统的特性，提高系统的工作品质。下面分别介绍各种补偿联接形式的特点及有关注意事项。

1．串联补偿

串联补偿是指在系统主通道(即前向通道)中串接人适当的补偿装置(电路)。如图所示。

常用的串联补偿装置均由电路组成，有仅用r、l、c组成的无源补偿网络。有利用线性集成放大器组成的有源补偿网络，它们所能传递的都是直流信号，因此只有串联在系统线路中传递直流信号的部位，才能起到相应的作用。如果系统中传递的是固定频率的交流载频信号，则无法使用以上两类补偿网络。

常用的补偿网络，在工程上实用的还有许多形式。作为系统的串联补偿，它们中的一些是不能用的，因为在系统的主通道中，不能串联含有纯微分环节的电路(即不串联含有s=0的零点的网络)，它将阻断恒定信号的有效传递，使伺服系统不能有效地工作。

为了提高系统的稳态精度，常采取提高系统的型(即无差度)的办法，这就要求在系统的前向主通道中串入积分环节，或者串联pi调节器。

倘若系统开环对数幅频特性(系统是小相位系统)如图5．40a中曲线1所示。在零初始条件下，系统对输入阶跃信号的响应能满足动态品质要求，但系统的稳态精度不高；为提高系统稳态精度需增大系统开环增益，系统开环对数幅频特性如图a中曲线2所示，但此时系统的动态品质不满足要求。在增大系统开环增益的同时，串接一个滞后补偿

一、复合控制技术

1．扰动补偿的不变性原理

控制系统工作时，除有控制输人外，常有扰动作用于系统，为使系统输出jingque地复现输人，必须对扰动进行补偿，为此有人曾提出了扰动补偿的“不变性原理”。

2．复合控制伺服系统

在按误差控制的基础上，再引入前馈补偿通道(亦称扰动控制)，即构成复合控制系统，亦称开环一闭环控制系统。

3．模型跟踪控制系统

模型跟踪控制系统看作是复合控制的一种形式

二、非线性补偿技术

仅依赖线性补偿技术，有时难以达到用户对伺服系统品质的要求，因而在伺服系统中采用非戋性补偿技术、多模控制技术日益增多