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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，尤其是低速性能優越。 ?

直、交流伺服電機對比

1  兩種電機的簡單實驗比較

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。

實驗目的：簡單比較兩種方案的輸出特性。

實驗過程：原先的直流伺服電機，額定電壓為100v，額定轉速為3000r/min，空載啟動電壓為2v，空載時，當其輸入電壓為1 v電機不轉，輸入電壓為2～2.5v時，眼睛可觀察到電機轉速不勻，這是因為碳刷、油封等以及力矩角引起的不可避免的現象。

而交流伺服電機因為無碳刷使其摩擦力小，還因為霍爾器件的存在而使其電磁力始終垂直于旋轉半徑（這既是所謂的正弦控制），從而其低速性能明顯優于前者。當時將其轉速放在很低，用肉眼很難分辨電機的轉動，只能通過它自己的軟件界面觀察指示的電樞位置在轉動，也觀察不到爬行現象發生，用手也感覺不到有特性軟的現象，原先直流系統低速要求為0.1°/s，若用交流電機估計低速至少可到0.01°/s。采用交流伺服系統，是對低速性能要求高的系統最為簡單可行的方法。

實驗結果：交流伺服電機的輸出特性畫法也和直流伺服電機完全不同，它不是負斜率的一組直線，而是幾乎畫成矩形。這也說明了輸出特性硬，速度范圍寬。  

2   歸納兩種電機的不同之處  

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。

安全保護

較大天線伺服系統的保護應是一個重要的設計環節，因為一旦失控，可能引起重大的設備損壞或人身事故。國外有些雷達在這方面有十種左右的保護措施，如某些系統的門打開后將使伺服電機不能啟動等。

過流過載保護電路的敏感元件******設計在靠近電機的直接控制部分，但這里的電流很大，使設計有一定的困難。常用的熔斷器、熱繼電器等器件，往往因其升溫到動作完成須有一定的時間，使其對瞬間就損壞設備的故障不能起到保護作用。

例如曾經因某型號雷達跟隨器的運放失效而使電容充電時間加長，平常還不容易發現此類故障，從而使測角元件雙通道電感移相器的粗精糾錯部分出錯，因此輸出的天線角度值疊加了一個粗大誤差，（粗精比為1:32，粗大誤差為11°15′）并反復出現，稱之為“跳大點”。

因系統的開環增益在兩千倍以上，當隨動系統判斷到這個大失調角時，以最大的加速度達到最大的速度，去追趕這個失調角，從而使電機高速旋轉時突然判斷反轉，這不但很容易引起永磁電機退磁使性能降低，當時還使減速機徹底損壞，但是這時熔斷器、熱繼電器等無一動作。

現在采用數字計算機可以較容易的判斷這類現象，但因干擾、通訊等原因，不能將此類寶完全押在計算機上。而交流伺服電機，數據處理芯片安裝在驅動器內，驅動器的i/o口都經過光耦隔離，因此可靠性好；并有許多現成可用的功能方便使用，如力矩電流限制，速度限制，加速度限制等等。

直流電機的額定過載線，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，傳遞函數中并無此飽和線，頂多也就是超過此線后線性度可能有所降低。而交流電機的額定過載線卻是實實在在的存在，一旦超過此線則系統立即停止。因此，一來可靠的保護了系統不會損壞，二來設計時要注意這個區別，尤其是不能隨便停機的系統，電機的功率要有足夠的余量。 ?

控制方法

采用交流伺服電機，可以使控制部分的設計簡單，也可以容易的代替原先系統的驅動電機部分。系統構成典型的方法是:

上位機如pc機、plc、嵌入機等;隨動系統中主要用于調試系統，以及完成系統通訊，信號采集等其他任務，控制任務可以放在上位機內，也可放在控制器中;

多軸控制器，一般可控制2至8個軸，可構成方位、俯仰、橫滾等軸的控制，對于單軸控制，常使用帶控制器的驅動器，可省去這一項;

驅動器，多為專用的，和電機配套出售;

總之，采用這種方案，可以省去許多硬件電路和軟件計算編程工作，實現模塊化，提高了可靠性和可維修性。