2.3.3　执行元件选择

在机电伺服控制系统中执行元件主要是电动机。通常需要按照2.2.2节中执行元件的特性，依据驱动方式及系统调速、位置随动、平台稳定等功能要求和负载大小等主要因素，选择电动机类型和电动机电气参数。

1. 电动机类型选择

在雷达等电子设备伺服系统中一般可选用的电动机类型有直流（有刷）电动机、交流电动机和步进电动机。其中交流电动机又包括直流无刷电动机、永磁交流同步电动机和交流异步电动机。根据电动机的外特性，直流电动机、永磁交流同步电动机等又可以分为普通伺服电动机和力矩电动机。

依据各类型电动机的特点，以及在不同的电子设备中的应用场景，选择电动机的类型，如表2-1所示。

2. 电动机参数选择

电动机参数需要根据伺服电动机、力矩电动机和步进电动机几类进行选择。由于对交流电动机的控制本质上等效于对直流电动机的控制，因此，此处以直流电动机为例进行阐述。

对于使用者而言，主要关心伺服电动机的功率、转速、力矩、绝缘等级等参数。

如图2-15所示流程，先得到负载平均力矩，再结合负载转速，可以估算电动机驱动功率，计算公式为

式中，Mavg是负载平均力矩；ωmax是负载的最高转速；η是电动机和传动减速机构的总效率。其中，直流电动机和交流同步电动机的效率为90%～95%，交流异步电动机的效率为75%～80%。

确定电动机功率后，就基本确定了电动机基座号的大小。再根据电动机类型，就可以确定电动机的额定转速、额定转矩等参数的可选范围。大多数雷达伺服系统中采用电动机间接驱动形式，电动机的额定转速和转矩与传动速比密切相关，在传动速比未确定时先根据电动机选用经验预定一个转速和转矩值，在传动速比的确定过程中共同决定。

由于伺服电动机工作过程中存在铜耗、铁耗，会导致电动机温度升高，因此还需要根据电动机的热耗，结合使用环境温度上限、散热方式、海拔高度等确定电动机的最高温度，并据此确定电动机的绝缘等级。

力矩电动机具有转速低、力矩大、力矩波动小、机械特性硬度大、线性度好等优点，可以在很低转速，甚至堵转下长期工作，因此一般在直接驱动方式下应用。力矩电动机的性能参数不同于普通的伺服电动机，主要有连续堵转转矩、峰值堵转转矩、堵转电流、控制电压、空载转速等。力矩电动机的性能参数选择流程图如图2-16所示。

当电动机长时间堵转时，电动机在温升允许范围内输出的最大转矩称为连续堵转转矩。此时的电枢电流和电压分别对应连续堵转电流和控制电压。由于发热条件限制，保护电动机磁性，电动机短时输出转矩可以略大于连续堵转转矩，但不能超出峰值堵转转矩。

在随动精度要求较高的火控、成像类雷达伺服系统中，还要对电动机摩擦力矩、齿槽转矩等指标进行限制，一般要求不大于额定转矩或连续堵转转矩的3%。

此外，如有驱动电路的匹配要求，还需要选择电动机反电势常数、力矩常数、定子绕组电阻、电感等详细参数。

根据以下直流电动机电枢回路电压平衡方程计算工作过程中的最高电枢电压，与现有系统中的电源电压进行匹配。

式中，R是绕组电阻；L是绕组电感；Ce是反电势常数；n是电动机转速。

步进电动机选用时需要确定步距角、最大静止转矩、最大启动转矩、最大启动频率和启动时的惯频特性、最大连续响应频率及矩频特性等指标。