目錄
1應用趨勢
自動控制系統不僅在理論上飛速發展，在其應用器件上也日新月異。模塊化、數字化、高精度、長壽命的器件每隔3～5年就有更新換代的產品面市。傳統的交流伺服電機特性軟，并且其輸出特性不是單值的;步進電機一般為開環控制而無法準確定位，電動機本身還有速度諧振區，pwm調速系統對位置跟蹤性能較差，變頻調速較簡單但精度有時不夠，直流電機伺服系統以其優良的性能被廣泛的應用于位置隨動系統中，但其也有缺點，例如結構復雜，在超低速時死區矛盾突出，并且換向刷會帶來噪聲和維護保養問題。目前，新型的永磁交流伺服電機發展迅速，尤其是從方波控制發展到正弦波控制后，系統性能更好，它調速范圍寬，尤其是低速性能*。
交直流伺服電機系統
下面從功率驅動、性能、保護電路等方面，敘述其和直流伺服電機系統的不同特點。
功率驅動
對于在雷達上經常使用的直流伺服系統的驅動電動機功率放大部分，當天線重量輕，轉速慢，驅動功率較小時，一般為幾十瓦，可以直接用直流電源控制電動機。當驅動功率要求在近千瓦或千瓦以上時，選擇驅動方案，也即放大直流電動機的電樞電流，就是設計伺服系統的重要部分。大功率直流電源目前采用較多的有:晶體管功放、晶閘管功放和電機放大機等等。對于千瓦級的晶體管功放使用的較少。可控硅技術在上世紀60～70年代初得到快速的發展和廣泛的應用，但因當時的各方面原因，如可靠性等，不少產品放棄了可控硅控制。目前的集成驅動模塊一般都為晶體管或晶閘管制造。電機放大機是傳統的直流伺服電機的功放裝置，因其控制簡單，結實耐用，目前的新型號的雷達產品上仍有采用。下面主要以放大電機為例，和交流伺服電機比較其優缺點。
放大電機常稱為擴大機，一般是用交流異步感應電動機拖動串聯的兩級直流發電機組，以此來實現直流控制。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，一般為互補平衡對稱輸入，當系統輸入不為零時打破其平衡，使放大電機有輸出信號。當輸入電流為十幾到幾十毫安時其輸出可達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的電樞繞組上。其主要缺點是體積重量大，非線性度，尤其在零點附近不是很好，這對于要求高的系統需要仔細處理。
而交流伺服電機都配有專門的驅動器，它在體積和重量上遠小于同功率的放大電機，它靠內部的晶體管或晶閘管組成的開關電路，根據伺服電機內的光電編碼器或霍爾器件判斷轉子當時的位置，決定驅動電機的a、b、c三相應輸出的狀態，因此它的效率和平穩性都很好。所以不像控制放大電機需要做專門的功放電路。這種電機一般都為永磁式的，驅動器產生的a、b、c三相變化的電流控制電機轉動，因此稱為交流伺服電機;驅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。
兩種電機的簡單試驗比較
對兩種電機作過簡單的試驗比較:只要將系統原先的直流誤差信號直接接入交流伺服驅動器的模擬控制輸入端，用交流伺服電機和它的驅動器代替原先的差分功放、電機放大機和直流伺服電機，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。
2交流伺服電動機的速度控制原理
隨著全數字式交流伺服系統的出現，交流伺服電機也越來越多地應用于數字控制系統中。為了適應數字控制的發展趨勢，運動控制系統中大多采用全數字式交流伺服電機作為執行電動機。在控制方式上用脈沖串和方向信號實現。
一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉矩控制方式，位置控制方式 。
速度控制和轉矩控制都是用模擬量來控制的。位置控制是通過發脈沖來控制的。具體采用什么控制方式要根據客戶的要求，滿足何種運動功能來選擇。
如果您對電機的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個恒轉矩，當然是用轉矩模式。
如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實時轉矩不是很關心，用轉矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。如果上位控制器有比較好的閉環控制功能，用速度控制效果會好一點。如果本身要求不是很高，或者，基本沒有實時性的要求，用位置控制方式對上位控制器沒有很高的要求。
就伺服驅動器的響應速度來看，轉矩模式運算量小，驅動器對控制信號的響應快；位置模式運算量大，驅動器對控制信號的響應慢。
對運動中的動態性能有比較高的要求時，需要實時對電機進行調整。那么如果控制器本身的運算速度很慢（比如PLC，或低端運動控制器），就用位置方式控制。如果控制器運算速度比較快，可以用速度方式，把位置環從驅動器移到控制器上，減少驅動器的工作量，提率（比如大部分中運動控制器）；如果有更好的上位控制器，還可以用轉矩方式控制，把速度環也從驅動器上移開，這一般只是專用控制器才能這么干，而且，這時*不需要使用伺服電機。
換一種說法是：
1、轉矩控制：轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，具體表現為例如10V對應5Nm的話，當外部模擬量設定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉，外部負載等于2.5Nm時電機不轉，大于2.5Nm時電機反轉（通常在有重力負載情況下產生）。可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應的地址的數值來實現。應用主要在對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設備，轉矩的設定要根據纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。
2、位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小，通過脈沖的個數來確定轉動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應用于定位裝置。應用領域如數控機床、印刷機械等等。
3、速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制，在有上位控制裝置的外環PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速，位置信號就由直接的終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統的定位精度。
參考資料
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