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1. 绪论
1.1 研究意义
1.1.1发展直流伺服系统的意义
21世纪的今天，机电传动装置工作在世界的每一个角落。产品质量标准的不断提高和对生产效率要求的增长对机电传动装置提出了日益苛刻的要求，使得该装置的拖动方式，控制方式，自动化程度都有了质的变化。
直流电动机具有优良的调速性能，且具有较大的启动转矩和良好的起、制动性能，能在大范围内实现平滑无级调速，它的过载能力大，能承受频繁的冲击负载，因此基本能满足生产过程自动化系统中不同的特殊运行要求，所以在要求较高的起、制动转矩，响应快速和速度范围宽的电气传动中，广泛采用以直流电动机作为执行电机的直流调速系统[1]。
直流调速系统与交流调速系统都具有较为简单的结构，都能在控制下平稳可靠的运行，出现故障时，维护也都并不繁琐。直流调速系统的调速性能指标都略优于交流系统，所以直流调速系统在调速领域中一直占着重要的一席，无可替代。在生产应用中，我们往往要求调速系统能在设定的范围内平滑的调速，并且具有良好的动态和静态特性。直流调速系统适应了上面的要求。在对性能要求较高的拖动技术领域中，直流电力拖动系统长时间占有的及其重要的地位。其中，有刷直流伺服电机调速范围宽、稳定性好，调速特性硬，能频繁的启动、制动和正反转，成本较低，对一些普通工业和民用场合，有着良好调速特性、成本低的直流电机调速系统有着很重要的意义[2]。
1.1.2模拟电路故障诊断的意义
模拟电路有着悠久的发展历史，它的应用随着数字电路的崛起有着一定的缩小，但是无论数字电路今后如何发展，电子器件的自然接口都绝不可能完全没有模拟电路，传统的模拟电路规模小、集成度低，结构复杂，一旦出现故障，在没有自动化检测设备的情况下，大部分都依靠工人的经验来进行故障的判断，这样无形中增加了诊断的成本，降低了诊断的效率，增长了诊断周期。
随着科学技术的迅速发展，特别是计算机技术的发展，电子设备的结构越来越复杂，自动化程度越来越高，模拟电路将向着大规模，高集成度方向发展，人工测试和修理己不能满足实际需要，使得模拟电路故障诊断迫切需要走向系统化、实用化，对模拟电路故障诊断的方法和理论研究也就更具现实意义，符合将来的发展趋势[3]。
1.2 直流伺服系统介绍
机电伺服系统是以电动机驱动的伺服系统。按所用电机的类型不同，又可分为直流伺服系统和交流伺服系统。它广泛应用于机械手、武器系统、精密机床等各种领域。
直流伺服系统适用的功率范围较宽，包括从几十瓦到几十千瓦的控制对象，从提高系统效率的角度来考虑,直流伺服系统多应用于功率100瓦以上的控制对象，过载能力大, 能够承受频繁的冲击负载, 可实现频繁地无级快速起制动和反转, 在生产过程自动化系统中，能够满足各种不同的特殊运行要求 [4]。
1.3 直流伺服控制技术发展过程
1.4 直流伺服技术发展趋势
2. 电机扩大机介绍
本文主要关注直流电机扩大机伺服系统，在此作简要介绍。
直流扩大机全称是交变磁场电机扩大机，也称功率放大机，是自动调速系统中的主要器件。具有放大倍数高，时间常数小，工作稳定等特点。扩大机的基本工作原理与普通直流发电机一样，主要区别在于扩大机利用了交轴电枢反应磁场，通过一套电枢绕组来实现两极放大，从而提高了放大系数。输入较小的控制信号，即可达到高电压、大功率的输出。增益大是电机扩大机相对于其他系统的一大特色，除了这个优点外，扩大机还有易于综合多路信号控制的优点，这样就可以便根据需要来对其加入不同的控制信号，得到不同的输出结果。相较于之前的系统，扩大机具有更大的灵活性，其运行也更加可靠;交磁电机扩大机原理如图2.1所示，定子的磁路和两极直流发电机相似，极上有控制绕组;在换向片和几何中心线上的导体相连的电刷q-q称为交轴电刷;通过换向片和磁极轴线上的导体相连接的电刷d-d称为直轴电刷;当励磁控制绕组通入电流,便产生磁通ФK,如果电枢由电动机拖动,以转速n顺时针方向旋转,电枢导体就切割磁通ФK,在交轴电刷q-q两端产生电动势Εq，这时将交轴电刷两端短接,电枢绕组中就会产生一个较大的电流,其方向由右手定则确定,电流Iq产生的交轴电枢反应磁通Фq是一个新的励磁磁通,他被电枢绕组切割,在直轴电刷d-d两端产生电势Ed,这就是交磁放大机的输出电动势[7]。