1．技術概念和組成結構伺服控制技術

技術概念和組成結構伺服控制技術是以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制技術。運用該技術構成的系統——進給伺服系統是一個典型的機電一體化系統，主要由以下幾個部分組成：位置控制單元、速度控制單元、驅動元件(電機)、檢測與反饋單元和機械執行部件。

進給伺服系統各模塊(單元)之間的聯系。從調節原理的角度，進給伺服系統是一種精密的位置跟蹤與定位系統，按其位置環路的開放與否，可以分為開環與閉環兩種，其中閉環系統按其位置檢測元件的安裝部位又可分為：全閉環與半閉環兩種。全閉環的位置檢測元件安裝在進給傳動鏈的末端，半閉環的位置檢測元件安裝在進給傳動鏈中的某個傳動元件上。

如果說CNC裝置是數控裝備的“大腦”，是發布“命令”的“指揮所”，那么進給伺服系統則是數控裝置的“四肢”，是一種“執行機構”。進給伺服系統忠實地執行由CNC 裝置發來的運動命令，精確控制執行部件的運動方向、進給速度與位移量。

通常在數控機裝備往往需要對多個運動部件進行控制，如：數控車床一般有兩個進給軸，數控銑床一般有3個進給軸，加工中心則有更多的進給軸(包括直線軸或回轉軸)。這些進給軸有的帶動裝有工件的工作臺運動，有的則帶動裝有刀具的刀架(如車床)或主軸箱(如銑床等)。每個進給軸均是一個進給伺服系統。多個進給伺服系統問的配合和協調，是通過CNC 裝置(以指令的方式)實現的。通過多個進給伺服系統的協調，可使刀具相對于加工工件產生復雜的曲線運動，加工出復雜形狀的工件。

2.工作原理

1)開環進給伺服系統

開環進給伺服系統的原理與圖1相似，只是沒有檢測與反饋單元(包括相應的位置和速度檢測元件)，驅動電機只能用步進電機，因為通過脈沖既可以控制其速度(脈沖的頻率)，又可以控制其位置(脈沖的個數)。

圖1 進給伺服系統的原理圖

開環進給伺服系統的工作原理如圖2所示。

圖2 開環進給伺服系統工作原理圖

系統接受來自CNC插補指令，即該軸在插補周期內的位移量，按該系統的脈沖當量，將位移量轉換成相應的脈沖個數n 和脈沖頻率，輸出給脈沖環形分配器，由它將脈沖逐一分配給步進電機各相的驅動電源，經其放大后驅動步進電機運行。

2)閉環和半閉環進給伺服系統的工作原理

閉環和半閉環進給伺服系統所使用驅動電機通常是直流伺服電機和交流伺服電機。由于這類驅動電機只能控制其速度，不能控制其位置，當用于位置控制系統時，只能采用閉環或半閉環控制，不能用于開環控制，所以系統的結構要比開環的復雜。

系統接受來自CNC 插補指令，即該軸在插補周期內的位移量，并以該位移量和由檢測與反饋單元測得的執行部件的實際位置值，作為位置控制單元的輸入，經過比較器比較，即得位置跟隨誤差：

跟隨誤差=位置指令值-實際位置值

以跟隨誤差為位置控制調節器的輸入，按給定的調節規律(P、PI、PID 或其他方法)計算出速度指令值，經數模轉換(D／A)后變成速度指令電壓，該電壓即為速度控制單元的一個輸入量。

速度控制單元以位置控制單元輸出的速度指令電壓和由檢測與反饋單元測得的實際速度值為輸入，經過比較器比較，即得速度跟隨誤差：

速度跟隨誤差=速度指令電壓-實際速度電壓

以速度跟隨誤差為速度調節器的輸入，按給定的調節規律進行調節可得出伺服電機控制電壓，該電壓根據伺服電機的不同將變換成不同形式的電量，并經過放大后輸出以控制電機的運行。