原装B&R控制器8MSA5L.R0-B500-1

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数控伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。数控伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于数控伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标。

原装B&R控制器8MSA5L.R0-B500-1

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因此，对数控机床的伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。测量元件将数控机床各坐标轴的实际位移值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中。

基本信息

中文名称

数控伺服系统

外文名称

CNC servo system

领域

工业制造

作用

伺服控制和主轴伺服控制

别名

位置随动系统

控制方法

开环、闭环和半闭环

目录

1简介

2发展

3PID 控制器的基本原理

简介

数控伺服系统是以机械位移为直接控制目标的自动控制系统，也可称为位置随动系统，简称为伺服系统。数控机床伺服系统主要有两种:一种是进给伺服系统，它控制机床各坐标轴的切削进给运动，以直线运动为主;另一种是主轴伺服系统，它控制主轴的切削运动，以旋转运动为主。伺服系统的控制方法主要分为开环、闭环和半闭环三种控制方法。它实际上是指伺服系统实现位置伺服控制的三种方式。

发展

由于永磁同步电机具有耦合、时变、非线性的特点，使得永磁同步电机的控制比较困难，难以获得较好的速度控制性能。直至 1971 年，由德国西门子公司的 F.Blaschke 博士提出的矢量控制理论第一次使交流电机控制理论获得了质的飞跃。矢量控制采用了矢量变换的方法，通过把交流电机的磁通与转矩的控制解耦，使永磁同步电机的控制类似于直流电动机，从而大大地提高了其控制性能，成为交流传动的基本控制方法，使永磁同步电机具有良好的速度控制性能和位置控制性能，从而在数控机床进给伺服系统中得到了广泛的应用。数控机床中交流伺服系统广泛采用三环(电流环、速度环和位置环)PID 调节控制技术，已经产品化、系列化。但是，传统的永磁同步电机的三环 PID 调节控制方式在数控机床应用中仍然存在一些问题:

调节器参数整定繁琐且误差较大。传统的手工设计伺服系统调节器参数，需要对系统进行简化，从而导致误差加大，而且系统没有在最优的状态下工作。

伺服系统的解耦控制需要精确的系统数学模型，对系统参数(如电机的力矩系数、机械系统结构和切削力的大小、频率等等)的依赖性较强，当参数改变时，系统的性能可能会变得较差，严重时，可能导致系统失稳。

传统的研究成果中绝大部分的研究对象只考虑到电机的控制，很少考虑机械与电气参数匹配问题和机床在加工时动态切削力对伺服系统动态性能的影响。而在全闭环数控机床进给伺服系统中，机械进给系统和物理切削过程包含在位置环之内，它们和电气伺服控制系统之间不是完全割裂的子系统，而是通过反馈回路耦合形成一个新的综合机电系统。

为了提高数控机床整体性能，专家学者们对数控交流伺服系统这一高阶的、复杂的、综合性的系统进行了广泛而卓有成效的研究，主要包括:

对数控机床伺服系统的非线性影响因素的补偿控制研究，此方面的研究成果很丰富，很多的理论成果已经在实践中得到应用。

对高精度高性能的数控伺服系统采用新的控制方式，将神经网络、专家系统、自适应控制、鲁棒控制以及模糊控制等现代控制方法引入到伺服系统的控制中以大幅度提高伺服系统的性能。

采用复合控制策略提高伺服系统性能。事实上，每一种控制策略都有其优点，也都存在一些问题。因此，各种控制策略互相渗透和复合，可以克服单一策略的不足，提高控制性能，更好地满足数控机床伺服系统的要求。复合控制策略主要有两种形式:一是在传统 PID 控制策略的基础上采用新型的控制策略，二是采用两种以上的新型控制策略。研究重点是神经网络控制和模糊控制的复合，复合控制将是今后的一个趋势。

系统在线辨识。对于数控机床交流伺服系统，包括永磁同步电动机参数(转矩常数、定子电阻、定子电感等)会在运行中发生变化，或者是系统的机械部分特性发生变化，亦可能是切削参数发生了变化，这些情形对于数控机床加工系统是不可避免的。这就会使得按照准确参数设计的普通控制器的品质变差，从而导致系统性能的降低。自适应算法以及神经网络控制等方法被用来进行参数的在线辨识，并根据辨识的结果相应的调整调节器参数，这在提高系统性能方面取得了一定的效果。研究希望得到设计简单，计算量小，收敛速度快的参数估计方法 。

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