机电一体化系统执行元件.ppt

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1、第三章机电一体化系统执行元件的选择与设计第一节执行元件一、执行元件在机电一体化系统中的作用：是机电一体化系统必不可少的驱动元件是处于机电一体化系统的机械运行机构与微电子控制部件的联接部位的能量转换元件，能在微电子装置的控制下，将输入的各种形式的能量转换为机械能二、执行元件的种类及特点1.种类：见No.2Powerpoint2.特点：见No.3Powerpoint123.电气式将电能变成电磁力，并用该电磁力驱动运行机构运动对控制用电动机的性能除了要求稳速运转性能外，还要求具有良好的加速、减速性能和伺服性能等动态性能以及频繁使用时的适应性和便于维修

2、性能控制用电动机驱动系统一般由电源供电，经电力变换器变换后输送给电动机，使电动机作回转（直线）运动，驱动负载机械运动，并在指令器给定的指令位置定位停止。4.液压式先将电能变换成液压能并用电磁阀改变压力油的流向，从而时液压执行元件驱动运行机构运动。5.气压式气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液压式执行元件无什么区别代表性的气压执行元件有气缸、气压马达等3种类特点优点缺点电气式可使用商用电源；信号与动力的传送方向相同；有交流和直流之别；应注意电压的大小操作简便；编程容易；能实现定位伺服；响应快、易于CPU连接；体积小、动力较大；无污染瞬时

3、输出功率大；过载差，特别是由于某种原因而卡住时，会引起烧毁事故，易受外部噪声影响气压式空气压力源的压力为(5~7)105Pa；要求操作人员技术熟练气源方便、成本低；无泄漏污染；速度快、操作比较简单功率小，体积大，动作不够平稳；不易小型化；远距离传输困难；工作噪声大、难于伺服液压式液压源的压力为(20~80)105Pa；要求操作人员技术熟练输出功率大，速度快，动作平稳，可实现定位伺服；易于CPU相接；响应快设备难于小型化；液压源或液压油要求（杂质、温度、油量、质量）严格；易泄漏且有污染执行元件的特点及优缺点4三、机电一体化系统对执行元件的要求

4、1.惯量小、动力大惯量：质量m，转动惯量J动力：推力F，转矩T，功率P比功率（表征动力大小的综合性能指标，包含了功率、加速性能与转速三种因素）：2.体积小、重量轻：用功率密度(=P/G；G为执行元件的重量)或比功率密度(=)来评价3.便于维修、安装：执行元件最好不需要维修。无刷DC及AC就是走向无维修的一例4.易于微机控制：电气式执行元件最易于用微机控制；因此机电一体化系统所用执行元件主流是电气式，其次是液压式和气压式5第二节机电一体化系统常用的控制电动机一、概述控制用电动机是电气伺服控制系统的动力部件，是将电能转换为机械能的一种能量转换装

5、置。它能在很宽的速度和负载范围内进行连续、精确地控制，因而在各种机电一体化系统中得到了广泛的应用。基本控制方式：目标运动不同，电动机及其控制方式也不同；步进电动机的开环方式；DC或AC伺服电动机的半闭环方式和全闭环方式1)开环方式：没有反馈，结构简单，稳定可靠，精度差，在一般的伺服驱动及数字控制中有大量应用。2)（半）闭环方式：用于精度、速度要求较高的场合。直流伺服电动机特性范围宽，易控制，成本低，是目前机电一体化设备中应用最为广泛的执行元件。交流伺服电动机则以其特殊环境应用及不需维修为特征，已越来越具有竞争性。67二、机电一体化系统对控制用电

6、动机的基本要求性能密度大（功率密度、比功率大）功率密度：PG=P/G(W/N)对于起停频率低（如几十次/分）、但要求低速平稳和扭矩脉动小，高速运行时振动、噪声小，在整个调速范围内均可稳定运动的机械（如NC工作机械的进给运动、机器人的驱动系统）是主要性能指标。比功率：式中，TN：电动机的额定转矩(Nm)；Jm：电动机转子的转动惯量(kgm2)对于起停频率高（如几百次/分）、但不特别要求低速平稳性的机械设备(高速打印机、绘图机)，是主要性能指标。无刷伺服电动机>步进电动机直流伺服电动机交流伺服电动机2.快速性好，即加减速扭矩大，频率特性好；

7、3.位置控制精度高，调速范围宽(速比110000)，低速运行平稳无爬行现象，分辨率高；振动噪声小4．适应起、停频繁的工作要求；5．可靠性高，寿命长。8三、控制用电动机的种类、特点及选用种类主要特点优点缺点应用实例步进电动机VR:可变磁阻PM:永磁型HB:混合型转角与控制脉冲数成比例，可构成直接数字控制；有定位转矩；可构成廉价的开环控制系统低速转矩大，速度控制简单；外形尺寸小转矩、效率、精度、高速性差计算机外围设备、办公机械、数控装置DC伺服电动机高响应特性；高功率密度；可实现高精度数字控制；接触换向部件（电刷与换向器）需要维护停电时可制动；

8、控制器简单；小容量的成本低；功率密度高；无铁心型的不存在齿槽效应转矩需对整流子维护；不能在高速大力矩下工作；产生磨耗粉尘NC机械、机器人、计算机外围设