[科普中国]-位置开环伺服系统

位置开环伺服系统的执行元件一般采用步进电动机。由于没有比较控制环节和测量反馈装置，开环伺服系统具有结构简单、维护方便、可靠性高、制造成本低等优点，适用于速度、精度要求不高的中小型数控机床。由于受步进电动机的步距精度和传动机构的传动精度的影响，难以实现高精度的位置控制，进给速度也受步进电动机工作频率的限制1。

简介开环控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令脉冲，经驱动电路功率放大后，驱动步进电动机旋转一个角度，再经传动机构带动工作台移动。这类系统信息流是单向的，即进给脉冲发出去以后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制1。

系统结构由于步进电动机具有根据脉冲指令运行的能力，在开环控制中与其他电动机有不可比拟的优势。随着对控制精度的要求越来越高，为了对步进电动机的失步、越步或细分精度进行补偿，利用步进电动机构成闭环的应用越来越多。

根据各部分功能采用的元件不同，开环系统分为很多种。例如控制器有专用控制器、计算机型控制器（指广义的计算机，如个人计算机、单片机、DSP、PLC、FPGA和DDS等）；环形分配器可由硬件构成，或用专用芯片实现，或用计算机软件设计实现；驱动器可以是由电力电子元件设计的一般放大器，也可以是PWM驱动器等2。

分类根据结构的不同，开环控制系统分为串行控制和并行控制两种。具有串行控制功能的单片机系统与步进电动机驱动电源之间具有较少的连线，驱动电源必须含有环形分配器。用微机系统的数条端线直接控制步进电动机各相驱动电路的方法称为并行控制。在驱动电源内不包括环形分配器，其功能必须由微机系统完成。

为了实现步进电动机的速度和加速度控制，需要控制系统发出脉冲的频率或者换相周期。可以用软件延时和定时器两种方法确定脉冲的周期（频率）。

软件延时方法是通过延时子程序实现的，它占用CPU的时间；定时器方法则是通过设置定时时间常数的方法实现的。步进电动机的闭环控制越来越受到重视，已发展出模糊控制、矢量控制等多种方式。有的步进电动机还带有传感器，为构成闭环控制提供了条件2。

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学