自動(dòng)控制系統不僅在理論上飛速發(fā)展,在其應用器件上也日新月異。模塊化、數字化、高精度、長(cháng)壽命的器件每隔3~5年就有更新?lián)Q代的產(chǎn)品面市。傳統的交流伺服電機特性軟,并且其輸出特性不是伺服電機單值的;步進(jìn)電機一般為開(kāi)環(huán)控制而無(wú)法準確定位,電動(dòng)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(jiǎn)單但精度有時(shí)不夠,直流電機伺服系統以其優(yōu)良的性能被廣泛的應用于位置隨動(dòng)系統中,但其也有缺點(diǎn),例如結構復雜,在超低速時(shí)死區矛盾突出,并且換向刷會(huì )帶來(lái)噪聲和維護保養問(wèn)題。目前,新型的永磁交流伺服電機發(fā)展迅速,尤其是從方波控制發(fā)展到正弦波控制后,系統性能更好,它調速范圍寬,尤其是低速性能優(yōu)越。
交直流伺服電機系統
功率驅動(dòng):對于在雷達上經(jīng)常使用的直流伺服系統的驅動(dòng)電動(dòng)機功率放大部分,當天線(xiàn)重量輕,轉速慢,驅動(dòng)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(dòng)機。當驅動(dòng)功率要求在近千瓦或千瓦以上時(shí),選擇驅動(dòng)方案,也即放大直流電動(dòng)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??煽毓杓夹g(shù)在上世紀60~70年代初得到快速的發(fā)展和廣泛的應用,但因當時(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。目前的集成驅動(dòng)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(jiǎn)單,結實(shí)耐用,目前的新型號的雷達產(chǎn)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(yōu)缺點(diǎn)。
放大電機常稱(chēng)為擴大機,一般是用交流異步感應電動(dòng)機拖動(dòng)串聯(lián)的兩級直流發(fā)電機組,以此來(lái)實(shí)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,伺服電機一般為互補平衡對稱(chēng)輸入,當系統輸入不為零時(shí)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(shí)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(diǎn)是體積重量大,非線(xiàn)性度,尤其在零點(diǎn)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(zhuān)門(mén)的驅動(dòng)器,它在體積和重量上遠小于同功率的放大電機,它靠?jì)炔康木w管或晶閘管組成的開(kāi)關(guān)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(shí)的位置,決定驅動(dòng)電機的a、b、c三相應輸出的狀態(tài),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(zhuān)門(mén)的功放電路。這種電機一般都為永磁式的,驅動(dòng)器產(chǎn)生的a、b、c三相變化的電流控制電機轉動(dòng),因此稱(chēng)為交流伺服電機;驅動(dòng)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(chēng)為直流無(wú)刷電動(dòng)機。
兩種電機的簡(jiǎn)單試驗比較
對兩種電機作過(guò)簡(jiǎn)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(dòng)器的模擬控制輸入端,用交流伺服電機和它的驅動(dòng)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(jiǎn)單比較兩種方案的輸出特性。