2.3.2　驱动方式和传动速比确定

伺服驱动方式一般分为直接驱动和间接驱动两种，两者的区别就在于电动机和负载之间是否安装减速传动装置。直接驱动方式由于不需要减速传动装置，避免了传动环节的摩擦阻滞、弹性变形、间隙空回等因素导致的运动迟滞、传动刚度不高等问题，能实现相对较高的动态性能和控制精度。同时，由于减少了中间环节，还有利于降低噪声、损耗和维护成本。另外，通过直接驱动还避免了为保证最终控制精度必须采用的高低速转轴两套反馈测量元件的要求，通过直通式安装形式，既提高了传动精度，又降低了系统复杂性。

虽然直接驱动在控制特性上有较大优势，但由于电动机的质量与力矩基本呈线性关系，导致在输出力矩较大时，直接驱动方式在质量和成本方面相对都有较大劣势。同时，由于直接驱动电动机的发热量较大，在力矩要求比较大时还需要通过水冷等方式帮助电动机降温，从而在另一方面增加了系统的复杂性，降低了可维护性和可靠性。

以雷达伺服系统为例，在确定驱动方式时需要同时考虑控制特性、成本预算、使用要求等。一般对于输出转矩在几十牛·米的机载雷达伺服系统，为简化结构形式，减小轴向尺寸，提高控制精度，可以尽量采用直驱方式。对于输出力矩要求上千牛·米的伺服系统，要根据控制特性要求，以及设备结构形式选择驱动方式，如测控雷达、火控雷达中具有较高随动精度要求的伺服系统，在结构安装满足要求的前提下可以选择直驱方式。而对于情报雷达、气象雷达、航管雷达等对角度控制动态性能要求较低的伺服系统，一般选用间接驱动方式。对驱动力矩要求上万牛·米，需要多电动机驱动的雷达伺服系统，只能采用间接驱动方式。

如果采用间接驱动方式，还需要进一步确定减速机构的传动速比。

根据初步确定的电动机额定转速，结合控制对象最高转速计算传动速比上限值，公式为

式中，nm_nor为电动机额定转速；n1_max为负载端最高转速。

再根据电动机的峰值输出力矩，结合控制对象最大力矩载荷计算传动速比下限值，公式为

式中，M1_max为负载端最大力矩；Mm_max为电动机峰值转矩。

在imax和imin之间确定具体数值的过程中，需要根据系统的具体性能要求和负载特点来选择最佳传动速比。

对于经常处于匀速转动，且加速度要求不高的系统，如情报类、气象类雷达伺服系统，可以按照最大输出角速度原则确定速比，参照式（2-8）。假设负载端的静态风扭矩为MWS（与负载端转速无关，取实际平均值），负载端的动态风扭矩与转速线性相关假设系数为CD，根据式

式中，Fx为水平风力；D为天线口径；V为风速。

假设电动机和负载的黏性摩擦系数为μ1和μ2，齿轮速比为i，效率为η，电动机的额定转矩为MM，负载的角速度为ωL，负载的角加速度为0，则负载端的力矩关系为

对式（2-12）取对i的微分，并令dωL/di=0，则得到对应负载转速最大值的传动速比为

另外，对于经常加减速，并同时要保证一定转速要求的测控和火控雷达伺服系统，就要按照最大输出角加速度的原则确定传动速比。除以上假设外，假定负载轴的角加速度为εL，电动机峰值力矩为MMX，则负载端的运动方程为

对式（2-15）取对i的微分，并令dεL/di=0，则得到对应负载角加速度最大值的传动速比为

得到以上系统的最佳传动速比is后，再依据imax和imin之间的取值范围及可选择减速机配置的速比，选择最接近is的值，也以此作为电动机与负载惯量匹配的评判依据。