1.2.2 按伺服驱动系统控制方式分类

1．开环伺服驱动系统

早期及当前一些经济型数控机床采用的伺服驱动系统。系统的特点是不带位置检测元件，采用伺服驱动元件为步进电动机或电液脉冲马达。数控系统将零件程序处理后，发出指令脉冲信号，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠螺母副，使执行机构（如工作台）移动或转动。图1-4为开环控制系统的框图。此控制方式没有来自位置测量元件的反馈信号，对执行机构的动作情况不进行检查，指令流向为单向，被称为开环控制系统。

图1-4 开环控制系统框图

步进电动机伺服系统是最典型的开环控制系统。这种控制系统的结构简单，调试维修方便，成本较低。由于开环系统的精度主要取决于伺服元件和机床传动元件的精度、刚度和动态特性，因此控制精度较低。目前在国内多用于经济型数控机床，以及对旧机床的改造。

2．闭环伺服驱动系统

伺服驱动系统不仅接收数控系统的驱动指令，还同时接收由工作台上检测元件测出的实际位置反馈信息，可进行比较，并根据其差值及时进行修正。此类伺服控制系统可以消除因传动系统误差而引起的误差，也称为闭环控制系统。

图1-5为闭环控制系统框图。数控装置发出指令脉冲后，若工作台没有移动，即无位置反馈信号时，伺服电机转动，经过齿轮副、滚珠丝杠螺母副等传动元件带动机床工作台移动。装在机床工作台上的位置测量元件将测量所得工作台的实际位移值进行反馈，位置比较环节实现实际位移与指令位移比较，若二者存在差值，经放大器放大后，再控制伺服驱动电动机转动，直至差值为零时，工作台才停止移动。

图1-5 闭环控制系统框图

采用闭环伺服控制系统可以获得很高的加工精度，但是由于系统包含很多机械环节，如丝杠副、导轨副的摩擦特性、各部件刚度及传动精度等都是可变因素，直接影响伺服驱动系统的调节参数。因此，闭环系统的设计和调整存在较大困难，处理不当会导致系统不稳定。

闭环伺服驱动系统主要用在精度要求较高的数控镗铣床、数控超精车床、数控超精镗床等机床上。

3．半闭环伺服驱动系统

将测量元件安装在丝杠副端或电动机轴端，测量伺服机构中电动机或丝杠的转角，来间接测量工作台的位移，就构成了半闭环伺服驱动系统。常用的测量元件有旋转变压器、感应同步器、光电编码盘或分解器等。系统中滚珠丝杠螺母副和工作台均在反馈环路之外，环路短，刚性好，容易获得稳定的控制特性，因此，目前大多数数控机床采用半闭环伺服驱动系统。图1-6为半闭环控制系统框图。

图1-6 半闭环控制系统框图