三维转台伺服技术
第二次世界大战期间，由于军事需要，武器和飞机的控制系统以及加工复杂零件的机床的控制系统都提出了大功率、高精度、快速响应的系统要求。首先，液压伺服技术发展迅速。到50年代末60年代初，电液伺服计算的基础理论日趋完善，电液伺服系统广泛应用于兵器、舰船、航空、航天、高精度机床控制等军事部门。随着机电伺服系统元件性能的突破，特别是1957中可控大功率半导体器件晶闸管的问世，由其组成的静止可控整流装置无论是运行性能还是可靠性都表现出了明显的优势。20世纪70年代以来，国际电力电子技术突飞猛进，推出了新一代“全控”电力电子器件，如晶闸管、大功率晶体管、场效应晶体管等。同时，随着稀土永磁材料的发展和电机技术的进步，力矩电机、印刷绕组电机、无槽电机、宽调速电机等执行元件相继研制出来，与脉宽调制变压器配套，进一步提高了伺服性能。控制技术的发展不断对伺服系统的性能提出更高的要求。近年来，随着数字技术和计算机技术的飞速发展，大量新型传感器器件不断涌现，使得伺服驱动控制技术取得了显著进步。特别是计算机和伺服系统的结合，使得计算机成为伺服系统中的一个环节。在伺服系统中，利用计算机完成系统校正，改变伺服系统的增益和带宽，完成系统管理、监控等任务，使伺服系统向智能化、数字化方向发展。伺服控制技术的新发展和新变化的主要方面如下:
(1)从DC伺服驱动系统到交流伺服驱动系统的发展趋势
自20世纪以来，在需要可逆、调速和高性能的电气传动技术领域，DC电气传动系统几乎被使用了很长时间。随着电力电子、微电子、现代电机控制理论和计算机技术的发展，为交流电气传动产品的发展创造了有利条件，逐渐使交流传动具有调速范围宽、速度稳定精度高、动态响应快等良好的技术性能，实现了交流调速装置的系列化。由于其良好的技术性能，取代DC电机调速传动是必然的发展趋势。
(2)从模拟伺服系统到数字伺服系统的发展趋势。
在国内，数字伺服系统的研究已经从实验室研究阶段走向应用阶段，并在多个行业实现了量产。在大多数应用中，数字伺服系统取代模拟伺服系统将是一种必然趋势。出现这种趋势的原因如下:自动控制理论和计算机技术是数字伺服系统技术的两个最重要的支撑。自动控制理论的迅速发展为数字伺服系统开发者提供了许多新的控制规律和相应的分析综合方法。计算机技术的飞速发展为数字伺服系统的开发者提供了实现这些控制规律的现实可能性。以现代控制理论为基础，以计算机为控制器的伺服系统，无论是稳态还是动态，其质量指标都达到了前所未有的水平，远远高于模拟伺服系统。
(3)从经典传统伺服控制到现代伺服控制的发展趋势。
用经典理论分析伺服系统，首先要建立数学模型，但由于很多因素难以一一考虑，很多参数难以准确确定，这种数学模型往往不能很好地反映系统的实际情况，有时甚至会得出错误的结论。20世纪60年代前后发展起来的现代控制理论适应了计算机的发展，具有许多经典理论无法比拟的优势。现代控制理论将广泛应用于伺服系统，如模糊控制、自适应控制、专家控制、最优控制等先进控制策略。
(4)高精度的发展趋势。
随着伺服控制系统用器件的快速发展、先进控制算法在伺服控制中的应用以及位置测量元件测量精度的提高，伺服控制系统朝着高速、高精度的方向发展，以满足现代国民经济的发展要求。
1.3伺服控制技术的特点
伺服控制技术是自动化中与工业部门联系最密切、服务最广泛的一个分支。经历了发电机系统、交流发电机控制、晶闸管控制、晶体管控制、集成电路控制、计算机控制的发展过程，进入了一个全新的鼎盛时期。现代伺服控制技术的主要特点是:
由(1)全控型电力电子器件组成的脉宽调制技术广泛应用于伺服系统中。
(2)各种伺服控制元件和电路正在向集成化、功能化、模块化、智能化和计算机控制方向发展。
(3)随着系统功能和性能复杂度的升级，伺服系统的可靠性设计和自诊断技术越来越受到重视。
1.4伺服系统的组成
伺服系统是用来控制被控对象的某种状态(一般是旋转角度和位移)，使其能够自动、连续、准确地再现输入信号的变化规律。它由检测系统输出信号的检测装置、放大装置和执行部件组成。为了有效地组装部件，使系统具有良好的工作质量，一般有信号转换线路和补偿装置，相应的能源设备，保护装置，控制设备和其他辅助设备。
用1.5研制高精度伺服转台系统的背景和意义
在军事上，雷达天线的自动瞄准与跟踪控制，高炮和战术导弹发射装置的瞄准运动控制，坦克和战舰的炮塔运动控制都是基于二维数控转台的运动控制，因此对它们进行研究具有重要的现实意义。因此，转台的性能直接关系到仿真试验的可靠性和置信度，是保证航天产品和武器系统精度和性能的基础，在航天工业发展和国防建设中具有重要意义。转台也是机电实验室常用的实验设备，对提高实验室的科技水平具有重要意义。
在现代战争中，电子战发挥着越来越重要的作用。例如，在两次海湾战争中，以美国为首的多国部队充分发挥了电子对抗设备的综合效能，取得了巨大成功。海湾战争的大量生动事实让我看到了现代战争的意义和电子战的重要性。中国周边形势不容乐观，尤其是要维护中国的领土完整，对分裂势力保持足够的威慑力。在现代战争中，发展电子战系统是非常必要的。
过去，在电子战领域，人们只关注侦察、预警设备和各种干扰手段的发展，往往忽略了如何将它们有机地结合起来，发挥更有效的作用。要将这些设备有机地结合起来，就需要有一个高性能的控制平台，这就对雷达伺服控制系统的跟踪定位精度提出了更高的要求。高性能伺服控制系统的发展在国防中起着重要的作用。
国内相关单位对转台伺服的研究主要集中在以下三个方面:
(1)用于惯导测试和运动模拟的转台研究，用于此目的的伺服转台技术指标较高，如AVIC 303所研制的单轴、双轴、三轴惯导测试和运动模拟设备的伺服转台系统。它们典型的技术指标是角精度2° ~ 30°，TDC-2陀螺动态参数测试系统转台精度2°。STS-210P单自由度目标视线运动模拟器，另外还有航天一院102研制的DSW-O1单轴速度位置转台的性能指标，位置分辨率为0.005，CSSC 6354的ST-160和ST-380单轴位置转台。
(2)数控机床伺服转台的开发。
(3)雷达伺服转台研究，如航天三院203所研制的计算机控制转台装置，东南大学2000年科技成果电磁兼容自动测试用转台和天线塔，北京心有科技集团的URT-L-O1雷达模拟转台等。在雷达转台伺服系统中，高精度产品很少。为了加快雷达转台的技术水平，满足国防科技的需要，有必要对高精度雷达转台伺服系统进行研究。
2.1 2D转盘关键技术指标参考
承载能力:> 8.0千克
工作台平面度:≤0.01毫米
台面跳动量:≤0.01毫米
轴线垂直度:≤5°
水平速度:0.1 ~ 50/秒
水平旋转范围:360°
俯仰速度:0.01 ~ 50/秒
俯仰旋转范围:-20° ~ 90°。
角速度平稳性:≤0.005°/s(360°平均)
最大角加速度:≥25°/S2
水平和俯仰角速度精度:≤0.05mil/s(精度保证角速度0.01 ~ 30/s)
水平和俯仰角分辨率:≤1
测量精度:≤10
2.2二维转台的结构设计
二维转台的总体布局可分为T型和U型两种。转盘结构的整体设计决定了T型结构。
方位轴下、俯仰轴上的t型布局具有结构紧凑、占用空间小、传感器更换方便等优点，适用于其他大型设备的零部件。
精密伺服转台由方位座和俯仰座组成。系统结构示意图如图2.1所示。方位座和俯仰箱是轴系的支撑，其结构形式和材料选择将非常关键。在满足结构刚度要求的前提下，选择合理的结构形式，尽可能减轻座体的重量，并通过适当的热处理工艺提高其力学性能。
为了保证精密转台的方便使用和维护，在设计中应考虑以下措施:
(1)采用降额设计，增加安全系数，确保系统安全可靠运行。
(2)驱动电机直接安装，减少安装误差，保证系统的可靠性和准确性。
(3)转盘装有限位装置和机电联锁装置。
(4)采取密封措施，防止雨水和灰尘进入腔体。
(5)对关键结构件进行各种工艺处理，以提高其机械性能和耐腐蚀性能。
(1)导电环的选择:根据设计要求，导电环不应少于40个。出于安全和其他原因，12环被保留用于备用环路。
参见导电环的主要技术性能指标:
1)设计循环:52循环，合格循环:50循环。
2)回路电流:信号回路3A/42，电源回路5A/8。
3)戒指材质:H62镀贵金属。
4)电刷材料:AuNi9丝-φ 0.5，Ra
5)绝缘电阻(环-环，环-壳):> 500mω/500v。直流电
6)电气强度(环-环，环-壳):500 V/50 Hz。ac.lmin。
7)测试条件:温度10 ~ 35℃，湿度≯75%。
8)环接触电阻变化值:静态≯0.005ω，动态≯0.010ω。
9)转速范围:0 ~ 300转/分钟
10)使用寿命:1×l07r
11)工作环境:温度-45 ~+50℃，湿度≯85%。