自動控制系統(tǒng)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(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)的交流伺服電機特性軟,并且其輸出特性不是單值的;步進電機一般為開環(huán)控制而無法準確定位,電動機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不夠,直流電機伺服系統(tǒng)以其優(yōu)良的性能被廣泛的應用于位置隨動系統(tǒng)中,但其也有缺點,例如結(jié)構(gòu)復雜,在超低速時死區(qū)矛盾突出,并且換向刷會帶來噪聲和維護保養(yǎng)問題。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(tǒng)性能更好,它調(diào)速范圍寬,尤其是低速性能優(yōu)越。
交直流伺服電機系統(tǒng)
下面從功率驅(qū)動、性能、保護電路等方面,敘述其和直流伺服電機系統(tǒng)的不同特點。
功率驅(qū)動
對于在雷達上經(jīng)常使用的直流伺服系統(tǒng)的驅(qū)動電動機功率放大部分,當天線重量輕,轉(zhuǎn)速慢,驅(qū)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(qū)動功率要求在近千瓦或千瓦以上時,選擇驅(qū)動方案,也即放大直流電動機的電樞電流,就是設(shè)計伺服系統(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。電機放大機是傳統(tǒng)的直流伺服電機的功放裝置,因其控制簡單,結(jié)實耐用,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。
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(lián)的兩級直流發(fā)電機組,以此來實現(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,一般為互補平衡對稱輸入,當系統(tǒng)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(tǒng)需要仔細處理。
而交流伺服電機都配有專門的驅(qū)動器,它在體積和重量上遠小于同功率的放大電機,它靠內(nèi)部的晶體管或晶閘管組成的開關(guān)電路,根據(jù)伺服電機內(nèi)的光電編碼器或霍爾器件判斷轉(zhuǎn)子當時的位置,決定驅(qū)動電機的a、b、c三相應輸出的狀態(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需要做專門的功放電路。這種電機一般都為永磁式的,驅(qū)動器產(chǎn)生的a、b、c三相變化的電流控制電機轉(zhuǎn)動,因此稱為交流伺服電機;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。
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(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,用交流伺服電機和它的驅(qū)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。