单片机伺服电路调试检测电路设计(2)

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伺服技术的快速发展促进了伺服系统的应用领域遍布我们的生活周边，比如从军用行业，到民用行业，再到航空航天，伺服系统已经无处不在了。伺服电机可使控制速度、位置精度非常准确，具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性。伺服电机相对于异步单项电动机具有启动转矩大，运行范围较广，无自转现象等。所以研究伺服电路调试具有很大的意义。

1.1伺服电路的介绍

伺服意着“伺候”和“服从”。伺服电路就是伺服系统，伺服系统可分为广义伺服系统发和狭义伺服系统。精确地跟踪或复现某个给定的控制系统就可以称作是广义伺服系统，也可称作为随动系统[ ]。被控制量（输出量）是负载机械空间位置的线位移或角位移就可以称作为狭义伺服系统，又称为位置随动系统。伺服系统主要是通过用小功率信号去实现控制大功率负载信号，在没有机械连接的情况下，使输出的线位移或者角位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。伺服系统按其驱动元件来划分可以分为步进式伺服系统、直流电动机伺服系统，交流电动机伺服系统[ ]。伺服控制方式又可以划分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统等。这里主要介绍下开环系统和闭环系统。

1.1.1 开环系统

图1.1是开环系统构成图。驱动电路、执行元件和负载三大部分基本构成了开环系统。目前步进电机就是开环系统经常使用的执行元件，因此也经常称用步进电机作为执行元件的开环伺服系统为步进伺服系统。在步进式伺服系统中，如果是大功率驱动电路，就用电液脉冲马达来作为执行元件[ ]。驱动电路的主要作用就是作为一个功率放大电路来将指令脉冲转化放大为驱动执行元件所需的信号，驱动电路是必不可少的。

环系统构成图

图1.1 开环系统构成图

1.1.2 闭环系统

执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和负载五个部分构成闭环系统。闭环系统的构成框图如图1.2所示。在闭环系统中，为了将负载部件的实际位置和速度信号检测出来并转换成电信号然后反馈给比较环节需要检测单元发挥作用。通常把安装在工作台上的检测元件组成的伺服系统称之为闭环系统而把安装在丝杠上的检测元件组成的伺服系统称为半闭环系统[ ]。闭环伺服系统和半闭环伺服系统的不同点在于工作的安装位置丝杠和工作台之间传动误差大小不一样，并且工作台的传动误差较小一些，因此闭环伺服系统的精度要比半闭环伺服系统的精度要更高一些。

闭环系统构成图

指令信号与反馈信号进两相比较就要通过比较环节来实现，比较环节又将两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经过驱动电路放大后，继续控制执行元件带动工作台连续移动，此后再继续反馈比较直到跟随误差趋向于零。

驱动电路的作用是将一个不是很强大的的比较环节输出的信号进行放大，来驱动执行电路，因此驱动电路实质上也可以说是一个放大电路。

执行元件的作用就是用控制信号即来自前面的跟随误差信号，将接受的电信号转化为工作台的机械位移即信号输出为位移行为。总的来说，执行元件是伺服系统中非常重要部分，并且驱动电路还须跟随着执行元件的变化而发生变化。

1.1.3 开环、闭环系统的优缺点和区别

开环系统就是输入信号与输出信号之间没有反馈联系的控制系统，开环系统可以直接通过控制器堆受控对象来产生控制作用。结构简单、价格不贵、容易维修保护是开环系统的主要优点，相应的缺点也很明显就是精度低，特别容易受环境变化的干扰影响。在国防等要求精确的应用领域，很多控制系统的基本结构设计都是采用反馈模式，让反馈后的偏差信号进入控制器，再来改变受控对象来减小偏差从而形成了闭环控制电路。因此闭环控制系统别名可以是反馈控制系统，这是一种负反馈。在优劣方面，闭环控制系统比开环控制系统具有高精度、优良的动态性能、强大的抗干扰能力等优点，但是缺点也有很多，其中闭环系统结构比较复杂、价格比较贵、维修人员要求文化素质高等问题就比较突出。因此在要求不高的领域，我们可以采用开环控制系统。