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本文目录一览：

• 1、数控机床按伺服系统的控制方式分类可分为哪几种?它们之间的区别是什么？
• 2、伺服电机控制的基本形式有哪些？
• 3、伺服电机的基本三种控制方式
• 4、伺服电机常用的有哪3种控制模式

数控机床按伺服系统的控制方式分类可分为哪几种?它们之间的区别是什么？

按伺服系统分类

按照伺服系统的控制方式，可以把数控系统分为以下几类：

1.开环控制数控系统：

这类数控系统不带检测装置，也无反馈电路，以步进电动机为驱动元件，如图3所示。CNC装置输出的指令进给脉冲经驱动电路进行功率放大，转换为控制步进电动机各定子绕组依此通电／断电的电流脉冲信号，驱动步进电动机转动，再经机床传动机构(齿轮箱，丝杠等)带动工作台移动。这种方式控制简单，价格比较低廉，被广泛应用于经济型数控系统中。

图3

开环控制数控系统

2.半闭环控制数控系统：

位置检测元件被安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位置(直线位移)，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行控制，其控制框图如图4所示。由于闭环的环路内不包括丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节，由这些环节造成的误差不能由环路所矫正，其控制精度不如闭环控制数控系统，但其调试方便，可以获得比较稳定的控制特性，因此在实际应用中，这种方式被广泛采用。

图4

半闭环控制数控系统

3.全闭环控制数控系统：

位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置(直线位移)，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行控制，其控制框图如图1-12所示。这类控制方式的位置控制精度很高，但由于它将丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节放在闭环内，调试时，其系统稳定状态很难达到。

图5

全闭环控制数控系统

三、按数控系统功能水平分类

1.经济型数控系统：又称简易数控系统，通常仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，如：经济型数控线切割机床，数控钻床，数控车床，数控铣床及数控磨床等。

2.普及型数控系统：通常称之为全功能数控系统，这类数控系统功能较多，但不追求过多，以实用为准。

3.高档型数控系统：指加工复杂形状工件的多轴控制数控系统，且其工序集中、自动化程度高、功能强、具有高度柔性。用于具有5轴以上的数控铣床，大、中型数控机床、五面加工中心，车削中心和柔性加工单元等。

伺服电机控制的基本形式有哪些？

伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。在不同场景下，伺服电机的控制方式各有不同，在进行选择之前你需要先了解伺服电机是三种控制方式各有其特点，下面小编就给大家介绍一下伺服电机的三种控制方式:

　　1、伺服电机脉冲控制方式

在一些小型单机设备，选用脉冲控制实现电机的定位，应该是最常见的应用方式，这种控制方式简单，易于理解。基本的控制思路：脉冲总量确定电机位移，脉冲频率确定电机速度。都是脉冲控制，但是实现方式并不一样：

第一种，驱动器接收两路(A、B路)高速脉冲，通过两路脉冲的相位差，确定电机的旋转方向。如上图中，如果B相比A相快90度，为正转；那么B相比A相慢90度，则为反转。运行时，这种控制的两相脉冲为交替状，因此我们也叫这样的控制方式为差分控制。具有差分的特点，那也说明了这种控制方式，控制脉冲具有更高的抗干扰能力，在一些干扰较强的应用场景，优先选用这种方式。但是这种方式一个电机轴需要占用两路高速脉冲端口，对高速脉冲口紧张的情况，比较尴尬。

第二种，驱动器依然接收两路高速脉冲，但是两路高速脉冲并不同时存在，一路脉冲处于输出状态时，另一路必须处于无效状态。选用这种控制方式时，一定要确保在同一时刻只有一路脉冲的输出。两路脉冲，一路输出为正方向运行，另一路为负方向运行。和上面的情况一样，这种方式也是一个电机轴需要占用两路高速脉冲端口。

第三种，只需要给驱动器一路脉冲信号，电机正反向运行由一路方向IO信号确定。这种控制方式控制更加简单，高速脉冲口资源占用也最少。在一般的小型系统中，可以优先选用这种方式。

2、伺服电机模拟量控制方式

在需要使用伺服电机实现速度控制的应用场景，我们可以选用模拟量来实现电机的速度控制，模拟量的值决定了电机的运行速度。模拟量有两种方式可以选择，电流或电压。电压方式，只需要在控制信号端加入一定大小的电压即可。实现简单，在有些场景使用一个电位器即可实现控制。但选用电压作为控制信号，在环境复杂的场景，电压容易被干扰，造成控制不稳定；电流方式，需要对应的电流输出模块。但电流信号抗干扰能力强，可以使用在复杂的场景。

3、伺服电机通信控制方式

采用通信方式实现伺服电机控制的常见方式有CAN、EtherCAT、Modbus、Profibus。使用通信的方式来对电机控制，是目前一些复杂、大系统应用场景首选的控制方式。采用通信方式，系统的大小、电机轴的多少都易于裁剪，没有复杂的控制接线。搭建的系统具有极高的灵活性。

伺服电机的基本三种控制方式

伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。

伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位。

简单介绍了一下伺服电机的工作原理，接着看看它的三种控制方式：

1、位置模式

2、转矩模式

3、速度模式

下面，就来依序看一下伺服电机的这三种控制方式到底是怎么回事。

1、位置模式

看这个名字，就能猜到个大概了，说白了就是对位置要求比较高，比如直线伺服模组这种机构，需要滑动机构停止准确，就用这种模式，说到这里，咱们顺带来看一下滚珠丝杆式模组的组成（老张的宗旨是：利用有限的碎片化时间，让大家可以了解的更多）。

自动化中应用的基本都是这种模式，还有就是，在位置模式下，PLC一般都是以通过发送脉冲给驱动器的方式，来控制伺服系统。

那这种模式下，PLC又是怎么控制伺服电机的呢：通过发送的脉冲的频率，来确定转动速度的大小；通过发送脉冲的个数来确定转动的角度；当然也有些伺服系统，PLC可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。

由于位置模式对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于需要精确定位的装置，比如像上面说的直线模组，还有数控机床，印刷机械等等，可以说这种模式是应用最广的。

2、转矩模式

一般来说，应用转矩模式，都是对电机的速度、位置没有什么要求，只需要输出一个恒转矩，就像我刚才的那种使用工况。

和位置模式不同的是，转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接对地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩，比如说：伺服系统中，如果10V对应的转矩是5N·m，那么外部输入模拟量设置为5V时，电机输出转矩就是2.5N·m。

这时，如果电机轴负载小于2.5N·m时，电机就会正转；负载大于2.5N·m时，电机会跟着负载方向转动；当然负载等于2.5N·m时，电机就不转。

这种控制模式咱们使用的不是很多，一般都是应用在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化，随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

当然，如果有其他场合用到了这种控制模式，也欢迎大家在评论区补充。

3、速度模式

在这种模式下，控制伺服电机的转动速度有两种方式：

1、外部对驱动器发送脉冲的频率

就是通过上位机（比如PLC），对伺服驱动器发送的脉冲频率，来控制伺服电机的旋转速度，这种方式和位置模式是一样的。

2、通过模拟量的输入

这个方式和转矩模式差不多，0-10V分别对应的不同速度，外部输入模拟量设定为不同的电压时，伺服电机就会输出相应的转速。

在速度模式下，伺服系统本身没办法做定位，如果想要实现定位功能，需要将电机的位置信号或者是负载的位置信号反馈给上位机，然后再由上位机进行运算控制，说白了就是：需要另外检测电机或者负载的位置。

位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由最终负载端的检测装置来提供了。

这样做的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。

伺服电机常用的有哪3种控制模式

1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

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2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。

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3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加整个系统的定位精度。