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控制信号由系统给定，通过接口和功放电路驱动直流伺服。
功放电路又称功率放大器，目前主要有两种：
1.晶闸管功率放大器
2.晶体管脉冲宽度调制(pwm)功率放大器。
一、pwm晶体管功率放大器的工作原理
1.电压—脉宽变换器
作用：根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制，用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两端电压的控制。
2.开关功率放大器
作用：对电压—脉宽变换器输出的信号us进行放大，输出具有足够功率的信号up，以驱动直流伺服电动机。
开关功率放大器常采用大功率晶体管构成。根据各晶体管基极所加的控制电压波形，可分为单极性输出、双极性输出和有限单极性输出三种方式。
二、pwm晶体管功率放大器的数学模型
如果忽略功放电路中晶体管的导通压降，则up的幅值与电压uc相等。设三角波周期为t，us的正脉冲宽度为tp，则一个周期内电枢绕组两端的电压ua为：
展开成傅里叶级数，得：
由于晶体管的切换频率(即us的频率)通常高于1000hz，比直流伺服电动机的频带高得多，所有的谐波(即交流分量)都将被电动机的低通滤波作用所衰减掉。这样，式中的交流分量可忽略，从而简化为ua=2ucui/utpp。考虑到pwm晶体管功率放大器所具有的限幅特性，可得到其数学模型如下：
三、设计功放电路时应注意的问题
1.切换频率的选择
1)切换频率应使电动机轴产生微振，以克服静摩擦，改善运行特性，但微振的大角位移不应大于允许的角位置误差。
2)切换频率应选得足够高，以使电动机电枢感抗足够大，减小电动机内产生的高频功耗和交流分量的影响。
3)切换频率应高于系统中任一部件的谐振频率，以防止共振产生。
2.大功率晶体管的选择
大功率晶体管工作在开关状态，其允许的开关频率一定要大于切换频率，开关特性要好，导通后的压降要小，反向耐压要高，以保证驱动电路和电动机性能的发挥。
1.步距误差
是指空载时实测的步距角与理论的步距角之差。它反映了步进角位移的精度。
国产步进电动机的步距误差一般在±10′～±30′范围内，精度较高的步进电动机可达±2′～±5′。
2.大静转矩
是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时，所能承受的大外加转矩，亦即所能输出的大电磁转矩。它反映了步进电动机的制动能力和低速步进运行时的负载能力。
3.启动矩频特性
是指步进电动机在有外加负载转矩时，不失步地正常启动所能接受的大阶跃输入脉冲频率(又称启动频率)与负载转矩的对应关系。
90bf002型步进电动机的启动矩频特性曲线
4.启动惯频特性
是指步进电动机带动纯惯性负载启动时，启动频率与转动惯量之间的关系。
5.运行矩频特性
是指步进电动机运行时，输出转矩与输入脉冲频率的关系。***选用步进电动机时，应使实际应用的运行频率与负载转矩所对应的运行工作点位于运行矩频特性之下，才能保证步进电动机不失步地正常运行。***
6.步进运行和低频振荡
当输入脉冲频率很低时，脉冲周期如大于步进电动机的过渡过程时间，步进电动机就会处于一步一停的运行状态，这种运行状态称为步进运行。步进电动机都有一较低的固有频率，当步进运行频率或低速运行频率与该固有频率相等或接近时，就会产生共振，使步进电动机振荡不前，这种现象称为低频振荡。
避免低频振荡的现象发生采用的方法：
一种是使运行频率避开固有频率，二是前一方法不允许时，可通过调节步进电动机上的阻尼器来改变固有频率。
7.大相电压和大相电流
分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的大电压和流过的大电流。
伺服系统的设计包括：
伺服系统的动力方法设计-静态设计
型号和电机机械系统参数相互匹配。
控制理论方法设计-控制器参数和动态性能指标
一、惯量匹配：
（一）.等效负载惯量jl的计算
1.驱动回转体的转动惯量：
回转运动的动能：
根据能量守恒:
推广到对多轴系统：
2.直线运动物体的等效转动惯量：
以丝杠螺母带动工作台为例：
直线运动工作台的动能：
将此能量转换成电机轴回转运动的能量，根据能量守恒，
推广到对一般系统：
3.回转和直线联动装置的等效转动惯量：
（二）. 惯量匹配原则
1.的惯量匹配条件：
带惯性负载时的大启动频率：
2.交、直流伺服电机的惯量匹配原则：
对于采用惯量较小的直流伺服电机的伺服系统
对于采用大惯量直流伺服电机的伺服系统
二、容量匹配：
（一）. 等效转矩的计算
1.等效负载转矩[tl]的计算
根据能量守恒原理：
有些机械装置中有负载作用的轴不止一个，此时
2.等效摩擦转矩[tf]的计算
由于机械装置大部分损失的功率是克服摩擦力做功，等效摩擦力矩根据机械效率做近似 估算：
3.等效惯性力矩[ta]的计算
电机在变速时，需要一定的加速力矩。
（二）. 伺服电机容量匹配原则
1.步进电机的容量匹配
2.交直流伺服电机的容量匹配：
直流伺服电机的转矩-速度特性曲线分成连续工作区、断续工作区、加减速工作区，三个区用途不同，电机转矩的选择方法也不一样。工程上常根据电机发热条件的等效原则，将重复短时工作制等效于连续工作制的电机来选择。
三、速度匹配
同样功率的电机，额定转速高则电机尺寸小，重量轻；电机转速越高，传动比就会越大，这对于减小伺服电机等效转动惯量，提高电机负载能力有利。电机常工作在高转速低扭矩状态。机械装置工作在低转速高扭矩状态，要在伺服电机和机械装置之间需要减速器匹配。应该在对负载分析的基础上，合理选择减速器的减速比。
四、伺服电机选择实例：
（一）步进电机选择实例
工作台（拖板）重量w=2000n，拖板导轨之间摩擦系数μ=0.06，车削是大切削负载fz=2150n，y向切削分力fy=2fz=4300n（垂直于导轨），要求刀具切削使得进给速度v1=10-500mm/min，快速行程速度v2=3000mm/min，滚珠丝杠名义直径d0=32mm，导程tsp=6mm，丝杠总长l=1400mm，拖板大行程为1150mm，定位精度±0.01mm，试选择合适的步进电机。
图4.18 步进电机带动工作台
1.脉冲当量的选择：
初选三相步进电机的步距角为0.75°/1.5°，当三相六拍运行时，步距角θ=0.75°，其每转脉冲数s=360°/θ=480。初选脉冲当量δ=0.01mm，根据脉冲当量的定义，可得中间齿轮传动比i为
选小齿轮齿数z1=20，z2=25。模数m=2
2.等效负载转矩的计算
（1）空载时的等效摩擦转矩tf
（2）车削加工时的等效负载转矩tl
3.等效转动惯量
（1）滚珠丝杠的转动惯量jsp
（2）拖板运动惯量换算到电机轴上的转动惯量jw
（3）大齿轮的转动惯量jg2
（4）小齿轮的转动惯量jg1
4.初选电机型号
已知tl=241.4（n.cm），jl=7.76（n.cm. s2），初选电机型号为110bf003，
其大静转矩tmax=800，转子惯量jm=4.7 （n.cm. s2）由此可得
满足惯量匹配和容量匹配的条件
5.速度验算
（1）快进速度验算
查步进电机运行矩频曲线得当fmax=6000hz时，
电机转矩tm=90（ncm）>;tf=11.46,可按此频率计算大进给速度v2
（2）工进速度的验算
可选择此型号的电机
（二）直流伺服电机选择实例
线位移脉冲当量δ=0.01mm，大进给速度v2=6000mm/min，加速时间0.2s，移动体重量w=2000n，移动速度6m/min，拖板导轨之间摩擦系数μ=0.065，电机直接驱动丝杠。丝杠外径55mm，试选择合适的直流伺服电机。
图4.19 直流伺服电机带动工作台
1.根据脉冲当量确定丝杠导程和齿轮传动比：
已知δ和编码器分辨率，可知步距角
换算到电机轴上
2.所需电机转速的计算
编码器轴上转速
3.等效负载转矩的计算
预紧力f2=f1/3=433.33（n）
4.等效转动惯量的计算
移动体
传动体
5.初选电机型号
已知tl=200.45（n.cm），jl=245（kg.cm2），初选电机型号为cn-800-10，
其大静转矩tr=830 （n.cm）， 转子惯量jm=91 （kg.cm2）由此可得
6.计算电机所需转矩tm