自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅在理論上飛速發(fā)展枚林，在其應(yīng)用器件上也日新月異杉硅。模塊化浅蚪、數(shù)字化八毯、高精度捉兴、長壽命的器件每隔3～5年就有更新?lián)Q代的產(chǎn)品面市通孽。傳統(tǒng)的交流伺服電機(jī)特性軟滓乡，并且其輸出特性不是單值的;步進(jìn)電機(jī)一般為開環(huán)控制而無法準(zhǔn)確定位君祸，電動(dòng)機(jī)本身還有速度諧振區(qū)穿桃，pwm調(diào)速系統(tǒng)對(duì)位置跟蹤性能較差器谦，變頻調(diào)速較簡單但精度有時(shí)不夠，直流電機(jī)伺服系統(tǒng)以其優(yōu)良的性能被廣泛的應(yīng)用于位置隨動(dòng)系統(tǒng)中痰哨，但其也有缺點(diǎn)胶果，例如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在超低速時(shí)死區(qū)矛盾突出，并且換向刷會(huì)帶來噪聲和維護(hù)保養(yǎng)問題早抠。目前霎烙，新型的永磁交流伺服電機(jī)發(fā)展迅速，尤其是從方波控制發(fā)展到正弦波控制后蕊连，系統(tǒng)性能更好悬垃，它調(diào)速范圍寬，尤其是低速性能優(yōu)越甘苍。    

    交直流伺服電機(jī)系統(tǒng)

    下面從功率驅(qū)動(dòng)尝蠕、性能、保護(hù)電路等方面载庭，敘述其和直流伺服電機(jī)系統(tǒng)的不同特點(diǎn)看彼。

    功率驅(qū)動(dòng)

    對(duì)于在雷達(dá)上經(jīng)常使用的直流伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率放大部分，當(dāng)天線重量輕囚聚，轉(zhuǎn)速慢靖榕，驅(qū)動(dòng)功率較小時(shí)，一般為幾十瓦乃倔，可以直接用直流電源控制電動(dòng)機(jī)翎襟。當(dāng)驅(qū)動(dòng)功率要求在近千瓦或千瓦以上時(shí)，選擇驅(qū)動(dòng)方案艾抠，也即放大直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流企棘，就是設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)的重要部分。大功率直流電源目前采用較多的有:晶體管功放惑妒、晶閘管功放和電機(jī)放大機(jī)等等射传。對(duì)于千瓦級(jí)的晶體管功放使用的較少》撼郏可控硅技術(shù)在上世紀(jì)60～70年代初得到快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用域曼，但因當(dāng)時(shí)的各方面原因，如可靠性等寺帽，不少產(chǎn)品放棄了可控硅控制俱篡。目前的集成驅(qū)動(dòng)模塊一般都為晶體管或晶閘管制造。電機(jī)放大機(jī)是傳統(tǒng)的直流伺服電機(jī)的功放裝置凸协，因其控制簡單颤枪，結(jié)實(shí)耐用，目前的新型號(hào)的雷達(dá)產(chǎn)品上仍有采用淑际。下面主要以放大電機(jī)為例畏纲，和交流伺服電機(jī)比較其優(yōu)缺點(diǎn)。

    放大電機(jī)常稱為擴(kuò)大機(jī)春缕，一般是用交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)串聯(lián)的兩級(jí)直流發(fā)電機(jī)組盗胀，以此來實(shí)現(xiàn)直流控制艘蹋。兩組控制繞組，每組的輸入阻抗為幾千歐票灰，若串接使用輸入阻抗約10千歐女阀，一般為互補(bǔ)平衡對(duì)稱輸入，當(dāng)系統(tǒng)輸入不為零時(shí)打破其平衡屑迂，使放大電機(jī)有輸出信號(hào)浸策。當(dāng)輸入電流為十幾到幾十毫安時(shí)其輸出可達(dá)100v以上的直流電壓和幾安到幾十安的電流，直接接到直流伺服電機(jī)的電樞繞組上屈糊。其主要缺點(diǎn)是體積重量大的榛，非線性度，尤其在零點(diǎn)附近不是很好潦故，這對(duì)于要求高的系統(tǒng)需要仔細(xì)處理仔同。

    而交流伺服電機(jī)都配有專門的驅(qū)動(dòng)器，它在體積和重量上遠(yuǎn)小于同功率的放大電機(jī)庐穴，它靠內(nèi)部的晶體管或晶閘管組成的開關(guān)電路圃靖，根據(jù)伺服電機(jī)內(nèi)的光電編碼器或霍爾器件判斷轉(zhuǎn)子當(dāng)時(shí)的位置，決定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的a蝇硅、b榛蜻、c三相應(yīng)輸出的狀態(tài)，因此它的效率和平穩(wěn)性都很好翁漠。所以不像控制放大電機(jī)需要做專門的功放電路盅力。這種電機(jī)一般都為永磁式的，驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的a舆焕、b按任、c三相變化的電流控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此稱為交流伺服電機(jī);驅(qū)動(dòng)器輸入的控制信號(hào)可以是脈沖串棍详，也可以是直流電壓信號(hào)(一般為±10v)杠滓，所以也有將其稱為直流無刷電動(dòng)機(jī)。

    對(duì)兩種電機(jī)作過簡單的試驗(yàn)比較:只要將系統(tǒng)原先的直流誤差信號(hào)直接接入交流伺服驅(qū)動(dòng)器的模擬控制輸入端冒萄，用交流伺服電機(jī)和它的驅(qū)動(dòng)器代替原先的差分功放臊岸、電機(jī)放大機(jī)和直流伺服電機(jī)，而控制部分和測角元件等均不變尊流，簡單比較兩種方案的輸出特性帅戒。

原先的直流伺服電機(jī)，額定電壓為100v崖技，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min蜘澜，空載啟動(dòng)電壓為2v，空載時(shí)响疚，當(dāng)其輸入電壓為1v電機(jī)不轉(zhuǎn)鄙信，輸入電壓為2~2.5v時(shí)，眼睛可觀察到電機(jī)轉(zhuǎn)速不勻忿晕，這是因?yàn)樘妓⒆肮睢⒂头獾纫约傲�矩角引起的不可避免的現(xiàn)象。而交流伺服電機(jī)因?yàn)闊o碳刷使其摩擦力小践盼，還因?yàn)榛魻柶骷�的存在而使其電磁力始終垂直于旋轉(zhuǎn)半徑(這既是所謂的正弦控制)鸦采，從而其低速性能明顯優(yōu)于前者。當(dāng)時(shí)將其轉(zhuǎn)速放在很低因摸，用肉眼很難分辨電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)蜗南，只能通過它自己的軟件界面觀察指示的電樞位置在轉(zhuǎn)動(dòng)，也觀察不到爬行現(xiàn)象發(fā)生侦滩，用手也感覺不到有特性軟的現(xiàn)象饰测，原先直流系統(tǒng)低速要求為0.1°/s，若用交流電機(jī)估計(jì)低速至少可到0.01°/s假祝。采用交流伺服系統(tǒng)靡庵，是對(duì)低速性能要求高的系統(tǒng)最為簡單可行的方法。

    交流伺服電機(jī)的輸出特性畫法也和直流伺服電機(jī)完全不同虎内，它不是負(fù)斜率的一組直線燕汗，而是幾乎畫成矩形。這也說明了輸出特性硬诅挖，速度范圍寬枣惨。

    較大天線伺服系統(tǒng)的保護(hù)應(yīng)是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，因?yàn)橐坏┦Э匦槔茫�可能引起重大的設(shè)備損壞或人身事故邮敛。國外有些雷達(dá)在這方面有十種左右的保護(hù)措施，如某些系統(tǒng)的門打開后將使伺服電機(jī)不能啟動(dòng)等必尼。

    過流過載保護(hù)電路的敏感元件最好設(shè)計(jì)在靠近電機(jī)的直接控制部分蒋搜，但這里的電流很大，使設(shè)計(jì)有一定的困難判莉。常用的熔斷器豆挽、熱繼電器等器件，往往因其升溫到動(dòng)作完成須有一定的時(shí)間券盅，使其對(duì)瞬間就損壞設(shè)備的故障不能起到保護(hù)作用帮哈。例如曾經(jīng)因某型號(hào)雷達(dá)跟隨器的運(yùn)放失效而使電容充電時(shí)間加長，平常還不容易發(fā)現(xiàn)此類故障锰镀，從而使測角元件雙通道電感移相器的粗精糾錯(cuò)部分出錯(cuò)娘侍，因此輸出的天線角度值疊加了一個(gè)粗大誤差，(粗精比為1:32泳炉，粗大誤差為11°15′)并反復(fù)出現(xiàn)憾筏，稱之為“跳大點(diǎn)”嚎杨。因系統(tǒng)的開環(huán)增益在兩千倍以上，當(dāng)隨動(dòng)系統(tǒng)判斷到這個(gè)大失調(diào)角時(shí)氧腰，以最大的加速度達(dá)到最大的速度枫浙，去追趕這個(gè)失調(diào)角，從而使電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)突然判斷反轉(zhuǎn)三钦，這不但很容易引起永磁電機(jī)退磁使性能降低尼缨，當(dāng)時(shí)還使減速機(jī)徹底損壞，但是這時(shí)熔斷器做堂、熱繼電器等無一動(dòng)作∽刍酰現(xiàn)在采用數(shù)字計(jì)算機(jī)可以較容易的判斷這類現(xiàn)象，但因干擾虽趋、通訊等原因螃势，不能將此類寶完全押在計(jì)算機(jī)上。而交流伺服電機(jī)竣篷，數(shù)據(jù)處理芯片安裝在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)尼软，驅(qū)動(dòng)器的i/o口都經(jīng)過光耦隔離，因此可靠性好;并有許多現(xiàn)成可用的功能方便使用傲丹，如力矩電流限制便透，速度限制，加速度限制等等酬俯。

    直流電機(jī)的額定過載線航厚，如果不外接專門的限制斷路器件，則額定線僅僅是在圖上畫出的锰蓬，傳遞函數(shù)中并無此飽和線幔睬，頂多也就是超過此線后線性度可能有所降低。而交流電機(jī)的額定過載線卻是實(shí)實(shí)在在的存在芹扭，一旦超過此線則系統(tǒng)立即停止麻顶。因此，一來可靠的保護(hù)了系統(tǒng)不會(huì)損壞舱卡，二來設(shè)計(jì)時(shí)要注意這個(gè)區(qū)別辅肾，尤其是不能隨便停機(jī)的系統(tǒng)，電機(jī)的功率要有足夠的余量轮锥。

    控制方法

    采用交流伺服電機(jī)矫钓，可以使控制部分的設(shè)計(jì)簡單，也可以容易的代替原先系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)部分舍杜。系統(tǒng)構(gòu)成典型的方法是:

    上位機(jī)如pc機(jī)新娜、plc、嵌入機(jī)等;隨動(dòng)系統(tǒng)中主要用于調(diào)試系統(tǒng)既绩，以及完成系統(tǒng)通訊娶停，信號(hào)采集等其他任務(wù)膘掀，控制任務(wù)可以放在上位機(jī)內(nèi)，也可放在控制器中;

    多軸控制器入撇，一般可控制2至8個(gè)軸榨狐，可構(gòu)成方位、俯仰晤裆、橫滾等軸的控制，對(duì)于單軸控制屈腻，常使用帶控制器的驅(qū)動(dòng)器停间，可省去這一項(xiàng);

驅(qū)動(dòng)器，多為專用的姑王，和電機(jī)配套出售;

    總之，采用這種方案盆战，可以省去許多硬件電路和軟件計(jì)算編程工作粗排，實(shí)現(xiàn)模塊化，提高了可靠性和可維修性诈火。

    各種型號(hào)的控制器都有各自的語言兽赁，也可以用visualbasic等熟悉的環(huán)境來編制用戶程序。設(shè)計(jì)有各種各樣的軟件模塊以方便使用冷守。如控制模式:pid調(diào)節(jié)刀崖、直線及圓弧插補(bǔ)、電子齒輪拍摇、比例轉(zhuǎn)換亮钦、前饋控制、再生電阻等等充活，魯棒性能好蜂莉。它們多數(shù)是為像生產(chǎn)線或數(shù)控機(jī)床這樣的程序控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。對(duì)于位置跟蹤的隨動(dòng)系統(tǒng)混卵，雖然許多功能用不上映穗，但也可以模擬輸入功能或力矩控制模式，方便的將驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)插入原有的伺服系統(tǒng)淮菠，代替直流伺服電機(jī)男公，也可以直接用數(shù)字信號(hào)，采用點(diǎn)動(dòng)模式工作合陵。這種電機(jī)系統(tǒng)一般都帶有幾個(gè)濾波器码完，包括相位滯后補(bǔ)償濾波器、速度反饋濾波器和陷波濾波器玉唉，用于伺服調(diào)節(jié)時(shí)使用银悄。有些型號(hào)電機(jī)的濾波器需要可選的硬件支持点溶。