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自動控制系統(tǒng)不僅在理論上飛速發(fā)展，在其應(yīng)用器件上也日新月異。模塊化、數(shù)字化、高精度、長壽命的器件每隔3～5年就有更新?lián)Q代的產(chǎn)品面市。傳統(tǒng)的交流伺服電機(jī)特性軟，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，電動機(jī)本身還有速度諧振區(qū)，pwm調(diào)速系統(tǒng)對位置跟蹤性能較差，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)用于位置隨動系統(tǒng)中，但其也有缺點(diǎn)，例如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在超低速時(shí)死區(qū)矛盾突出，并且換向刷會帶來噪聲和維護(hù)保養(yǎng)問題。目前，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，系統(tǒng)性能更好，它調(diào)速范圍寬，尤其是低速性能優(yōu)越。
交直流伺服電機(jī)系統(tǒng)
下面從功率驅(qū)動、性能、保護(hù)電路等方面，敘述其和直流伺服電機(jī)系統(tǒng)的不同特點(diǎn)。
功率驅(qū)動
對于在雷達(dá)上經(jīng)常使用的直流伺服系統(tǒng)的驅(qū)動電動機(jī)功率放大部分，當(dāng)天線重量輕，轉(zhuǎn)速慢，驅(qū)動功率較小時(shí)，一般為幾十瓦，可以直接用直流電源控制電動機(jī)。當(dāng)驅(qū)動功率要求在近千瓦或千瓦以上時(shí)，選擇驅(qū)動方案，也即放大直流電動機(jī)的電樞電流，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、晶閘管功放和電機(jī)放大機(jī)等等。對于千瓦級的晶體管功放使用的較少�？煽毓杓夹g(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，但因當(dāng)時(shí)的各方面原因，如可靠性等，不少產(chǎn)品放棄了可控硅控制。目前的集成驅(qū)動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，因其控制簡單，結(jié)實(shí)耐用，目前的新型號的雷達(dá)產(chǎn)品上仍有采用。下面主要以放大電機(jī)為例，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)，一般是用交流異步感應(yīng)電動機(jī)拖動串聯(lián)的兩級直流發(fā)電機(jī)組，以此來實(shí)現(xiàn)直流控制。兩組控制繞組，每組的輸入阻抗為幾千歐，若串接使用輸入阻抗約10千歐，一般為互補(bǔ)平衡對稱輸入，當(dāng)系統(tǒng)輸入不為零時(shí)打破其平衡，使放大電機(jī)有輸出信號。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。其主要缺點(diǎn)是體積重量大，非線性度，尤其在零點(diǎn)附近不是很好，這對于要求高的系統(tǒng)需要仔細(xì)處理。
而交流伺服電機(jī)都配有專門的驅(qū)動器，它在體積和重量上遠(yuǎn)小于同功率的放大電機(jī)，它靠內(nèi)部的晶體管或晶閘管組成的開關(guān)電路，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)動電機(jī)的a、b、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。所以不像控制放大電機(jī)需要做專門的功放電路。這種電機(jī)一般都為永磁式的，驅(qū)動器產(chǎn)生的a、b、c三相變化的電流控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，因此稱為交流伺服電機(jī);驅(qū)動器輸入的控制信號可以是脈沖串，也可以是直流電壓信號（一般為±10v），所以也有將其稱為直流無刷電動機(jī)。
兩種電機(jī)的簡單試驗(yàn)比較
對兩種電機(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直接接入交流伺服驅(qū)動器的模擬控制輸入端，用交流伺服電機(jī)和它的驅(qū)動器代替原先的差分功放、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，簡單比較兩種方案的輸出特性。
原先的直流伺服電機(jī)，額定電壓為100v，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，空載啟動電壓為2v，空載時(shí)，當(dāng)其輸入電壓為1 v電機(jī)不轉(zhuǎn)，輸入電壓為2～2.5v時(shí)，眼睛可觀察到電機(jī)轉(zhuǎn)速不勻，這是因?yàn)樘妓ⅰ⒂头獾纫约傲亟且鸬牟豢杀苊獾默F(xiàn)象。而交流伺服電機(jī)因?yàn)闊o碳刷使其摩擦力小，還因?yàn)榛魻柶骷拇嬖诙蛊潆姶帕κ冀K垂直于旋轉(zhuǎn)半徑（這既是所謂的正弦控制），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，用肉眼很難分辨電機(jī)的轉(zhuǎn)動，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，也觀察不到爬行現(xiàn)象發(fā)生，用手也感覺不到有特性軟的現(xiàn)象，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。采用交流伺服系統(tǒng)，是對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，它不是負(fù)斜率的一組直線，而是幾乎畫成矩形。這也說明了輸出特性硬，速度范圍寬。 |
