[科普中国]-半闭环控制系统

半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角，间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。

简介半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角，间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。由于半闭环控制系统将移动部件的传动丝杠螺母不包括在环内，所以传动丝杠螺母机构的误差仍会影响移动部件的位移精度，由于半闭环控制系统调试维修方便，稳定性好，目前应用比较广泛。半闭环控制系统的伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。

与闭环的区别闭环和半闭环区别在于检测的位置不同。

闭环监控的是整个系统的最终执行环节，可以说对系统任何一处造成的误差都作出补偿；

半闭环监控的是整个系统最终执行环节的驱动环节，对最终执行机构不作监控。

闭环的精度高，但控制灵敏度过大，成本高不易维修。

半闭环精度较高，控制灵敏度适中，使用广泛。1

近期研究目前，制造业中应用最普遍的是基于步进电机开环控制的经济型数控机床和基于交流伺服电机编码器反馈的半闭环数控机床，二者在控制结构上有本质的区别。为了实现机床控制器的可移植性，使步进电机和交流伺服电机具有统一的控制结构。在该结构基础上，有研究学者提出一种基于经济型机床半闭环控制结构的螺距误差补偿方法，有效地减小了传动机构的螺距误差，并给出了具体实验结果。

常规的半闭环控制结构虚拟角位置反馈和虚拟速度控制指令分别为半闭环控制系统的反馈和控制量输出。数控系统中所定义的虚实映射层实现了每个采样周期内虚拟的反馈位置、速度输出指令同实际物理系统的位置反馈、速度指令间的映射。当物理系统为交流伺服电机时，虚实映射层通过接口函数实现了虚拟速度控制指令和实际电机驱动电压的映射，以及实际编码器角度和虚拟角位置反馈的映射。当物理系统为步进电机时，虚实映射层将虚拟速度指令映射为步进电机单位时间发送脉冲的个数，而将上个采样周期的指令所产生的期望位置输出映射为当前周期的虚拟角位置反馈。2

本词条内容贡献者为:

任毅如 - 副教授 - 湖南大学