1.1.2　伺服传动系统

伺服传动系统又称伺服系统、随动系统，是保证物体的位置、姿态、状态等输出量能够跟随输入指令值变化的自动控制系统。在电子设备中，伺服传动系统通常指输出量为被控对象的位移或速度、加速度的反馈控制系统。

伺服传动系统是许多电子设备的重要组成部分。以雷达这一典型的电子设备为例，现代雷达系统追求高性能、高可靠和高机动已成为必然趋势。为实现“三高”，其电信号处理能力、结构和材料无疑是其性能稳定可靠发挥的基本保证，先进的控制和传动技术更是其高机动性能的重要保障。

伺服传动系统一般由控制器、功率驱动组件、测量与反馈部件、机械传动机构组成。典型的伺服传动系统的工作原理图如图1-2所示。

图1-2　典型伺服传动系统的工作原理图

控制器是伺服传动系统的大脑，它通过传递信息流并做出决策，保证整个系统协调工作。控制器通过收取给定值和反馈值，通过适当算法调节输出控制量，实现高精度定位控制、速度控制、力控制、自适应控制等各类控制手段和控制效果。

功率驱动组件负责对控制器的输出信息进行接收、放大和执行，以实现位移、转角、转速等的可控输出。功率驱动系统包括各种电动、液压、气动的功率放大装置和直接执行装置。

测量与反馈部件通常是各类被安装于机械结构中的传感器，通过捕捉位移、角度、速度、温度、力、光学等信号，及时反馈给控制器，实现对整个系统的状态监控和实时控制。

机械传动机构通过运动和动力的传递，实现对作用对象的运动控制。机械系统通常包括减速机、轴承、齿轮副等传动部件和天线基座、转台等支承部件。

对伺服传动系统的基本要求包括：稳定性、精度、快速响应性和伺服带宽等。

（1）伺服传动系统的稳定性：当作用在系统上的扰动消失后，系统能够恢复到原来的稳定状态下运行，或者在输入指令信号作用下能够达到新的稳定运行状态的能力。在给定输入或外界干扰作用下，稳定性好的系统能快速到达新的平衡状态或者回复到原有平衡状态。伺服传动系统的稳定性通常可以用稳定裕度来表征。

（2）伺服传动系统的精度：输出量跟随输入量的精确程度。在单脉冲测量雷达伺服系统设计中，跟踪精度一般都在30″之内。

（3）伺服传动系统的快速响应性：一方面是指动态响应过程中，输出量随输入信号变化的快速程度；另一方面是指动态响应过程结束的快速程度。快速响应性是伺服传动系统的主要性能指标之一，通常又被称为瞬态过程品质。

（4）伺服传动系统的带宽：伺服传动系统能响应的最大正弦波频率，即幅频响应衰减到-3dB或者相频响应滞后90°时的频率，其大小将影响稳定裕度、精度和瞬态过程品质。

电子设备的伺服传动技术最初即从国防军工中发展而来，雷达的自动瞄准跟踪，火炮、导弹发射架的瞄准控制，坦克炮塔的防摇稳定，均需要伺服传动技术。此外，伺服传动技术也早已逐渐推广到国民经济的许多部门，包括运输行业中高铁、城轨的调速，电梯升降，船舶自操舵，飞机自动驾驶，计算机外围设备中的磁盘驱动系统、打印机，机械制造行业中的高性能数控机床、工业机器人等。特别是近年来蓬勃发展的工业机器人行业，其公认的三大核心零部件为控制器、伺服电动机、减速机，充分表明了伺服传动技术在该行业中的重要性。本书重点围绕以雷达为代表的电子设备的伺服传动技术展开介绍。