1.3.2　未来趋势

随着相控阵技术的普遍应用，以雷达为代表的电子设备在近年来呈现出多功能、大惯量、高机动、轻量化等特点，从而对其伺服传动系统也提出了新的要求。

一是呈现出全数字交流化、网络化、多传感器数据融合的特点。随着高速微处理器、电力电子技术的不断进步，以及矢量控制技术等的不断完善，使得交流伺服系统在性能等各方面已经足以媲美直流伺服系统，广泛应用于数控机床、机器人、IC封装、医疗设备等先进制造场合，在军工电子设备领域也不例外。但传统的交流伺服系统多采用模拟量接口和脉冲串实现对驱动器的控制，在当前电子设备多功能、多自由度协同控制的要求下，系统复杂度高、运行效率低，随着如今工业以太网、同步串行总线等技术在工业过程控制和自动控制领域的应用日渐广泛，“协议融合、一网到底”的网络化、信息化控制成为目前雷达等电子设备交流伺服传动系统的发展趋势。

此外，网络化和分布式智能驱动也解决了交流伺服传动系统和其他总线设备互联互通的问题，增强了系统的可扩展性，使得多传感器数据共享和融合成为可能。通过光、电、液、压力、位移、振动等各种信号的实时采集和数据融合处理，伺服传动系统的故障诊断和故障预测、健康管理、数字孪生的研究逐渐成为热点。尤其是随着工业视觉技术乃至视觉伺服在机器人领域的应用逐步深入，其在雷达伺服传动领域与位置、距离、姿态传感器信号相结合，可以显著提高高机动雷达的运动复杂性、精确性、可靠性，从而提高雷达的机动能力，因而正在成为研究的热点。

二是各类现代控制理论越来越多地得到应用。由于在伺服系统的运动过程中，时变惯量、非线性摩擦力、负载转矩等特性和扰动都会增加其控制难度，相较于传统的经典控制理论只针对单输入单输出的线性模型进行分析，在当前硬件运算能力大大提升的基础上，包括模糊控制、鲁棒控制、滑模变结构控制、模型预测控制等在内的现代控制理论得以研究和应用，这些理论和控制策略，有些不依赖于系统的精确数学模型，有些特别适用于非线性和时滞系统，在一些具体的问题和场合中取得了良好的效果。

三是电液伺服和机电伺服方案竞争激烈。当前，无论在工程机械领域还是军用电子设备领域，都存在着较为明显的全电动化趋势。传统的液压系统一般为单动力源多执行机构的架构，在动作复杂、执行机构繁多的高机动场合，能够充分利用动力源的流量，整个系统具有功率密度大的优点；此外，液压缸的结构形式也有助于各类直线运动的设计实现。但单动力源多执行机构的“集中控制”方式，也使得液压传动系统总体效率不高且管路设计复杂。对于执行元件相对较少，但对控制精度、可靠性要求高的场合，机电伺服方案虽具有系统线性度高、动态性能好、能源结构单一、分布式易扩展、便于维护等优点，但由于电传动的回转装置转速需要提升到3万转以上才能达到液压马达的功率质量比指标，且还须配置相应大速比减速机构，因此在执行机构繁多、可以共用动力源和油箱的场合，液压系统的功率密度优势仍然十分显著。此外，当前电动静液作动器（EHA）、单泵单执行机构（1P1A）等分布式液压架构被行内所看好和关注，结合电液流量匹配等新控制策略对动态响应能力的提升，因此在一定时期内，电液伺服方案和机电伺服方案仍然将在相关领域共存和彼此竞争。

四是新机构、新材料、新工艺的应用。电子设备对高机动、轻量化不断提升的要求，使得新的传动机构形式、拓扑优化手段、新型制造方法和材料被应用到工程实践当中。各种并联机构或串并联混合空间机构的应用、力学仿真手段的完善、3D打印及非金属材料的应用等，一方面使电动机、减速机及液压元件等呈现出了小型化、集成一体化和轻质化的趋势，如电动机驱控一体化、电动机减速机一体化、电动机泵结构复合一体化、非金属材料和小型化油箱等；另一方面也使传动系统的负载如天线座架等实现了轻量化，从而进一步降低了驱动、传动元件的质量、尺寸规格，从而实现了电子设备的高机动、轻量化要求。

五是机电融合集成优化设计。电子设备存在显著的机电耦合问题，结构设计与控制器设计直接影响精度与快速响应等伺服性能。传统的电子设备伺服系统设计过程，往往将结构和控制分别单独设计，难以实现结构和控制器性能的共同最优。机电融合集成设计是以控制增益、结构尺寸、速比等参数为设计变量，以质量、精度等为目标函数，以稳定性、跟踪性能及许用应力等为约束，实现伺服传动结构和控制器性能共同最优的集成设计方法。对于大型相控阵跟踪测量雷达等机电耦合显著的电子设备，控制器性能对于结构设计的要求超出结构设计能力的案例时有发生，结构设计与控制器设计似乎“互为掣肘”。为避免分离设计导致的性能劣化，对于雷达等电子设备，机电融合集成优化设计成了实现伺服传动系统结构和控制器设计“双赢”的一种手段。