第3章 执行元件与驱动系统.ppt

《第3章 执行元件与驱动系统.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、Friday,September10,2021机电一体化系统设计本章教学目标及要求执行元件的作用、分类、特点及机电一体化系统对其要求；步进电机的特点与种类、工作原理；步进电机的性能指标及运行特性、驱动与控制；直流伺服电动机的原理及其驱动；交流伺服电动机的原理及其驱动。第3章执行元件与驱动系统3.1执行元件的种类、特点及基本要求执行元件是机电一体化系统(或产品)必不可少的驱动部件，如数控机床的主轴转动、工作台的进给运动以及工业机器人手臂的升降、回转和伸缩运动等所用驱动部件即执行元件。执行元件处于机电一体化系统的机械运行机构与微电子控

2、制装置的接点（联接）部位的能量转换元件。它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，例如电动机、电磁铁、继电器、液动机、油（气缸）、内燃机等分别把输入的电能、液压能、气压能和化学能转换为机械能。由于大多数执行元件已作为系列化商品生产，故在设计机电一体化系统时，可作为标准件选用、外购。一、执行元件的作用1.作用：执行元件主要用来根据控制信息和指令，将来自电、液压、气压等各种能源的能量转换成旋转运动、直线运动等方式机械能，并完成要求动作的能量转换装置，它在机电一体化系统中所处的位置参见下图。二、执行元件的种类及特点根据

3、使用能量的不同，可以将执行元件分为电气式、液压式和气压式等几种类型。(1)电气(磁)式：是将电能变成电磁力，并用该电磁力驱动运行机构运动的。电动执行装置由于能源容易获得，使用方便，所以得到了广泛的应用。(2)液压式：是先将电能变换为液压能并用电磁阀改变压力油的压力和流向，从而使液压执行元件驱动运行机构运动，包括液压油缸、液压马达等。具有体积小、输出功率大等特点。(3)气压式：与液压式的原理相同，只是将介质由油改为气体，包括气缸和气动马达。特点是重量轻、价格便宜。(4)其它执行元件：与使用材料有关，如使用双金属片、形状记忆合金或压电元

4、件。执行元件的种类三、对执行元件的基本要求（1）惯量小，动力大。表征执行元件惯量的性能指标：m(直线运动）、转动惯量J（回转运动）表征输出动力的性能指标：推力F、转矩T、功率P对直线运动：a=F/m；对回转运动：P=ωT，ε=T/J。即加速度a与角加速度ε表征了执行元件的加速性能。比功率：表征动力大小的综合指标，包含功率、加速性能与转速三种因素，即比功率＝Pε/ω=T2/J（2）体积小，重量轻:用功率密度或比功率密度来评价功率密度＝P/G；比功率密度＝(T2/J)/G，其中G为执行元件重量。（3）安装方便、便于维修维护。最好不要维修

5、，无刷DC及AC伺服电机→走向无维修（4）易于实现自动化控制：主流是电气式。其次是液压式和气压式(在驱动接口中需要增加电-液或电-气变换环节)。内燃机定位运动的微机控制较难，故通常仅被用于交通运输机械。3.2步进电动机的驱动控制一、步进电动机的特点与种类1.步进电动机的特点步进电动机又称脉冲电动机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一个电脉冲，转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步。只要控制输入电脉冲的数量、

6、频率以及电动机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向，很容易用微机实现数字控制。一、步进电动机的特点与种类步进电动机具有以下特点：①步进电动机的工作状态不易受各种干扰因素的影响(如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等)的影响，只要在它们的大小未引起步进电动机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作；②步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”，因此不会长期积累；③控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”。④不需要传感器进行反馈，可以进行开环控制；⑤缺点是

7、能量效率较低。因此，步进电动机被广泛应用于开环控制的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。步进电动机与DC和AC伺服电动机相比其转矩、效率、精度、高速性比较差，但步进电动机具有低速时转矩大、速度控制比较简单、外形尺寸小等优点，所以在办公室自动化方面的打印机、绘图机、复印机等机电一体化产品中得到广泛使用，在工厂自动化方面也可代替低档的DC伺服电动机。一、步进电动机的特点与种类2、开环步进伺服系统的工作原理组成:☻步进电机☻驱动电路驱动速度：进给脉冲的频率代表了驱动速度；位移量：脉冲的数量代表了位移量；运动方向：步进电

8、机的各相通电顺序来决定；☞注意：由于开环步进式伺服系统系统没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定，速度也受到步进电机性能的限制.2、开环步进伺服系统的工作原理步进电机接受驱动电路控制，将进给脉冲序列转换成为具有一定方向、大小和速