第三章_执行元件的选择与设计

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1、第三章执行元件的选择与设计第一节执行元件的种类、特点及基本要求第二节常用的控制用电动机第三节DC与AC伺服电动机及驱动第四节步进电动机及驱动河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第三章执行元件的选择与设计第一节执行元件的种类、特点及基本要求执行元件机电一体化系统(或产品)必不可少的驱动部件。动力源执行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。计算传感器执行元件机例如：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

2、能、气压能和化学能转换为机械能。机构多数执行元件已作为系列化商品生产，在设计机电一体化系统时，可作为标准件选用、外购。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第三章执行元件的选择与设计第一节执行元件的种类、特点及基本要求一、执行元件的种类及特点河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第三章执行元件的选择与设计第一节执行元件的种类、特点及基本要求二、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

3、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河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第三章执行元件的选择与设计第一节执行元件的种类、特点及基本要求二、对执行元件的基本要求（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，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

4、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。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第三章执行元件的选择与设计第二节常用的控制电动机控制用电动机：力矩电动机、脉冲（步进）电动机、变频调速电动机、开关磁阻电动机和各种AC/DC电动机等。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置。由于其可在很宽的速度和负载范围内进行连续、精确的控制，因而在各种机电一体化系统中得到广泛应用。控制用电动机有回转和直线驱动电动机，通过电压、电流、

5、频率(包括指令脉冲)等控制，实现定速、变速驱动或反复起动、停止的增量驱动以及复杂的驱动，而驱动精度随驱动对象的不同而不同。机电一体化系统中常用的控制用电动机是指能提供正确运动或较复杂动作的伺服电动机。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第三章执行元件的选择与设计第二节常用的控制电动机一、对控制用电动机的基本要求（1）性能密度大。即功率密度：P/G，或比功率密度(T2/J)/G大。（2）快速性好。即加速转矩大、频响特性好。（3）位置控制精度高、调速范围宽、低速平稳性好、分辨率高以及振动噪音小。（4）能适应频繁启动，。（5）可靠性高、寿命长。河南理

6、工大学机械与动力工程学院机电工程系第三章执行元件的选择与设计第二节常用的控制电动机二、控制用电动机的种类、特点及选用机电一体化系统中使用的两类电动机,动力用电动机;和控制用电动机。不同的应用场合，对控制用电动机性能密度的要求也有所不同。①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，其功率密度是主要的性能指标；②对于起停频率高(如数百次／分)，但不特别要求低速平稳性的产品，如高速打印机、绘图机、打孔机、集成电路焊接装置等主要的性能指

7、标是高比功率。在额定输出功率相同的条件下,交流伺服电动机的比功率最高，直流伺服电动机次之，步进电动机最低。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系伺服电动机的性能比较河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系伺服电机的优缺点比较河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系简单了解一下伺服系统(servo-system)定义：以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。接受控制装置发来的进给脉冲指令信号，经过信号变换和功率放大由执行元件(伺服电机)将其转换成角位移或直线位移，驱动运动部件实现所需要的运动.伺服系统

8、是自动控制系统的一类，它的输出变量通常是机械的位置或角度，根本任务是实现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量的某种