伺服系统设计方法及步骤

伺服系统是机电一体化系统，应采用机电一体化方法进行设计。
　　伺服系统设计，没有一成不变的答案，也没有统一的方法来得到答案。不同要求的伺服系统，可采用不同的方法来设计，因而得到结构不同的伺服系统。即使同样要求的伺服系统，不同的设计者也可能采用不同的设计方法，因而得到不同的设计方案。
　　伺服系统结构上的复杂性，决定了其设计过程的复杂性。实际伺服系统的设计是很难一次成功的，往往都要经过多次反复修改和调试才能获得满意的结果。下面仅对伺服系统设计的一般步骤和方法作一简单介绍。
　　一、设计要求分析，系统方案设计
　　首先对伺服系统的设计要求进行分析，明确其应用场合和目的、基本性能指标及其它性能指标，然后根据现有技术条件拟定几种技术方案，经过评价、对比，选定一种比较合理的方案。
　　方案设计应包括下述一些内容：控制方式选择；执行元件选择；传感器及其检测装置选择；机械传动及执行机构选择等。方案设计是系统设计的第一步，各构成环节的选择只是初步的，还要在详细设计阶段进一步修改确定。
　　二、系统性能分析
　　方案设计出来后，尽管各具体结构参数还没有确定，也应先根据基本结构形式对其基本性能进行初步分析。
　　首先画出系统方框图，列出系统近似传递函数，并对传递函数及方框图进行化简(一般应简化成二阶以下系统)，然后在此基础上对系统稳定性、精度及快速响应性进行初步分析，其中最主要的是稳定性分析，如不能满足设计要求，应考虑修改方案或增加校正环节。
　　三、执行元件及传感器的选择
　　方案设计只是对执行元件及传感器进行了初步选型，这一步应根据具体速度、负载及精度要求来具体确定执行元件及传感器的参数和型号。
　　四、机械系统设计
　　机械系统设计包括机械传动机构及执行机构的具体结构及参数的设计，设计中应注意消除各种传动间隙，尽量提高系统刚度、减小惯量及摩擦，尤其在设计执行机构的导轨时要防止会产生“爬行”现象。
　　五、控制系统设计
　　控制系统没计包括信号处理及放大电路、校正装置、伺服电动机驱动电路等的详细设计，如果采用计算机数字控制，还应包括接口电路及控制器算法软件的设计。控制系统设计中应注意各环节参数的选择及与机械系统参数的匹配，以使系统具有足够的稳定裕度和快速响应性，并满足精度要求。
　　六、系统性能复查
　　所有结构参数确定之后，可重新列出系统精确的传递函数，但实际的伺服系统一般都是高阶系统，因而还应进行适当化简，才可进行性能复查。经过复查如发现性能不够理想，则可调整控制系统的参数或修改算法，甚至重新设计，直到满意为止。
　　七、系统测试实验
　　上述设计与分析都还处于理论阶段，实际系统的性能，还需通过测试实验来确定。测试实验可在模型实验系统上进行，也可在试制的样机上进行。通过测试实验，往往还会发现一些问题，必须采取措施加以解决。
　　八、系统设计定案
　　经过上述7个步骤及其中多次反复而得到满意的结果后，可以将设计方案确定下来，然后整理设计图样及设计计算说明书等技术文件，准备投入正式生产。