一般而言，要对直流伺服电动机进行控制，需要增加相应的电路来实现电压控制和电流驱动。
一般称为控制电路和驱动电路。控制电路通过控制电动机电枢绕组的电压，来实现电动机起动、
停转、转动速度和转动方向的控制；而驱动部分则提供电枢绕组（可能还包括励磁绕组）工作所 需要的电流。
直流伺服电动机在运动控制系统中主要有两种基本运动方式：一种是连续转动，需要进行转 速控制；另一种是位移运动，需要进行位置控制。对于一些特殊的位置控制，如关节采用电动机 驱动的机械手抓握物件，阻转矩变化很大的情况下，需要对电动机的电磁力矩进行控制。
41 2.6.1 转速控制
转速控制是指控制被控对象按照预定的转速转动。具体的控制系统原理框图如图 225 所示。
图 225 直流伺服电动机转速控制原理框图 转速控制系统也称为调速系统。
图 225 中，执行机构为直流伺服电动机，速度反馈部分通常是直流测速发电机（将在第 7 章 中介绍）。具体工作原理是：有输入转速指令（一般是一个代表一定转速的直流电压信号，其极性 代表转动方向）时，控制驱动电路提供控制电压和电流驱动，直流伺服电动机带动被控对象转动，
速度反馈部件测量被控对象的转动速度，由控制电路与转速指令进行比较，使控制电压随误差信 号变化。当被控对象达到输入指令所指定的转速时，控制电压保持不变，被控对象按指令速度转 动。如果出现干扰使被控对象的转速发生变化时，速度反馈部件能够感受这一转速变化，使控制 电压随之改变，对电动机的转速进行调整，使其恢复到原有的转速。
四旋翼飞行器是一种灵活的小型无人飞行器，采用电动机控制 4 个旋翼的转速，改变升力，
调整飞行姿态和方向、上升或下降，如图 226 所示。
图 226 四旋翼飞行器
传统的直流伺服电动机换向器（也称为机械换向器）是一种复杂的机械结构，运行中会产生 摩擦和换向火花，影响换向器的使用寿命和电机性能。无刷直流伺服电动机通过电子开关和位置 传感器代替电刷和换向器，也称为电子换向式无刷直流伺服电动机，参见第 6 章。四旋翼飞行器 一般采用无刷直流伺服电动机。
在控制系统设计与分析中，无刷直流伺服电动机同样有静态的机械特性和调节特性，动态的 传递函数模型也可以采用二阶环节或简化的一阶环节。
2.6.2 位置控制
位置控制的工作原理与转速控制基本相同，不同的是输入指令是转角信号，而实现闭环控制 的反馈部件相应变成进行位置测量的传感器。
位置控制系统也称为机械位移控制系统。
当输入的转角指令较大时，产生的控制电压信号也较大，执行机构带动被控对象快速转动，
转 速 指 令
控制驱动电路 执行机构 被控对象
速度反馈
转速
42
位置传感器输出的位置负反馈电压信号也随被控对象的转动而变化。当位置负反馈电压与指令信 号电压相等时，表示被控对象已经跟踪到位，加在执行机构上的电压为零。但是，执行机构和被 控对象会由于惯性而不能立即停在稳定位置，而是出现在稳定位置附近的振荡现象。为此，在位 置控制系统中，通常引入速度负反馈，可以为系统增加阻尼，提高自动控制系统的稳定性。这样，
经典的位置控制系统（又称位置随动系统或位置跟踪系统）的原理框图如图 227 所示。
图 227 经典位置控制系统原理框图 机器人四肢的控制是典型的机械位移控制，如图 228 所示。
图 228 步行机器人
2.6.3 力矩控制
机械手及手指各关节一般采用伺服电动机作为执行机构，抓取物件时，手指力量过小则物体 容易滑落，力量过大则会损伤物件，需要通过调整电枢电流控制电动机的电磁力矩实现力反馈控 制，此时电动机转速为零，为堵转状态。力矩控制系统需要力反馈传感器（将在第 8 章中介绍） 。
机械手抓取物体如图 229 所示。
实际上，许多以直流伺服电动机为执行机构的控制系统中，同时需要转速控制、机械位移控 制及力矩控制，如机器人抓握球拍打乒乓球，如图 230 所示。
图 229 机械手抓取物体 图 230 握球拍击球的机械手和机械臂 转
角 指 令
控制电路 执行机构 被控对象
位置反馈 速度反馈
转速 转角
43 2.6.4 直流伺服电动机的选用
在选用直流伺服电动机时，首先要根据负载的大小、加速性能的要求等具体情况，同时考虑 留有一定的裕量，来确定直流伺服电动机的输出功率，以此作为选择具体电动机的基本依据。
然后，根据选择电动机的性能参数和控制系统的要求，确定控制电路和电流驱动电路的设计 指标，据此进行相关的电路设计。同时，还需要考虑相关传感器的选用及相关的信号处理方式。
最后，还应该考虑控制系统的性能要求和使用环境的相关因素，确定需要采用的监测和防护 措施，包括过流保护、过压保护、散热、行程控制、故障报警等。
在分析电动机负载时，需要考虑执行机构中机械传动的影响。典型的机械传动机构有减速箱
（齿轮、行星轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等）、带式传动、丝杠、齿轮齿条、偏心轮和传送带等，需要 具体分析。