电子设备伺服传动技术
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1.2.4 按传动介质分类

按传动工作介质不同可分为机电传动、液压传动、气压传动。与机电传动不同,后两者的工作介质分别是液体和气体。

液压传动一般采用油液作为工作介质,与机电传动相比,液压传动具有如下优缺点。

(1)优点:液压传动的能量密度大,在同等功率下,尺寸、质量优势明显;工作平稳,可在较大范围内实现无级调速;易于实现载荷控制、速度控制和方向控制。

(2)缺点:效率低于机电系统;速度稳定性等性能受温度影响较大;由于液体具有一定的可压缩性,加上管路的弹性、内漏等,液压系统不太适合于精密传动与定位控制。

气压传动通常采用压缩空气作为工作介质,具有如下优缺点。

(1)优点:工作介质清洁无污染,对环境友好;可以集中供气和远距离传输;气动元件结构简单、成本低、可靠性高;气压回路比液压回路结构简单。

(2)缺点:气体可压缩,运动平稳性受负载变化影响大;工作压力低、承载能力小;受空气传输速度限制,不适宜应用于高速复杂系统。

三种传动技术各有优缺点,其中机电传动和液压传动在雷达等电子设备的传动系统中应用较为普遍,这两种传动技术与伺服控制技术融合,分别形成了机电伺服系统和电液伺服系统。两种伺服系统各有其特点和应用场合,一般而言,机电伺服系统的控制精度高、伺服特性好;电液伺服系统的结构简单,易于实现大功率的驱动控制,并且尺寸紧凑、质量轻。

机电伺服系统按照所采用电动机的类型又分为步进伺服系统、直流伺服系统和交流伺服系统,交流伺服系统又可以进一步划分为直流无刷、交流异步、交流同步等多种类型。直流伺服系统的工作原理及其控制方式简单,启动转矩大,动态性能好,可以实现高性能的伺服控制效果,但因为碳刷的存在,先天存在寿命短、需要维护等问题。交流伺服系统可靠性高、耐久性强,但控制方式复杂,控制器成本较高。随着电力电子技术、元器件水平、芯片运算能力等的提升及各类控制策略的应用,交流伺服系统在控制性能上已经可以媲美直流伺服系统,逐渐成为工业界乃至各类电子设备领域的主流。

电液伺服系统分为阀控系统和泵控系统。阀控系统通过控制伺服阀或比例阀控制液压马达(或缸)的流量,实现对进入执行元件的功率的控制,其操纵功率小,响应快,但系统效率低,能耗大。泵控系统可利用变量泵改变输入液压马达中的流量以改变转速,通过改变功率源的输出以达到控制的目的。这种结构形式操纵功率大,响应慢,但能够达到节能的效果,适合在动态要求不高的场合应用。

在伺服系统设计中,需要根据具体需求,灵活选择不同的伺服传动系统,充分发挥不同传动技术的最大效能。例如,在地面情报雷达上,通常采用比例泵控技术和液压机构来实现复杂的雷达架设、撤收动作,使系统更简单紧凑,质量更轻;在精密测量雷达上,通常采用交流(或直流)伺服系统和齿轮等机械传动结构,来保证雷达方位、俯仰的运动精度和优良的伺服特性。