执行元件的分类及控制用电机的驱动

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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3.1执行元件3.2机电一体化系统（产品）常用的控制用电机3.3步进电动机及其驱动3.4直流（DC）伺服电动机及其驱动3.5交流（AC）伺服电动机及其驱动目录3.1执行元件一、执行元件的种类及其特点执行元件电磁式液压式气动式其它电动机电磁阀及其它油缸液压马达气缸气压马达交流（AC）伺服电动机直流（DC）伺服电动机步进电机其它电动机双金属片形状记忆合金压电元件与材料有关执行元件的优缺点种类优点缺点电气式操作简便；编程容易；能实现定位伺服；响应快；易与CPU相接；体积小，动力较大

2、，无污染。瞬时输出功率大；过载差；易受外部噪声影响。液压式输出功率大，速度快，动作平稳，可实现定位伺服；易与CPU相接，响应快设备难于小型化，液压源或压力油要求严格，易泄漏且有污染。气压式气源方便，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，难于伺服二、机电一体化系统对执行元件的基本要求2、体积小，重量轻4、易于微机控制3、便于维修、安装1、惯量小、动力大机电一体化系统所用的执行元件主要是电气式，其次是液压式和气压式。3.2机电一体化系统常用的控制用

3、电机机电一体化系统中的控制用电机：是指能提供正确运动或较复杂动作的伺服电动机。各种类型控制用电机伺服电机在数控机床上的应用主轴电机带制动器伺服电机伺服电机刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机伺服电动机控制方式有：开环控制方式闭环控制方式半闭环控制方式开环控制指令输入运算处理电路驱动电路步进电动机滚珠丝杠执行机构半闭环控制指令输入滚珠丝杠执行机构运算处理电路驱动电路伺服电动机速度传感器位置检测传感器（速度反馈）（位置反馈）闭环控制指令输入运算处理电路驱动电路伺服电动机速度传感器（速度反馈）（位置反馈）光栅一、机电一体化

4、系统对控制用电机的基本要求即功率密度和比功率大1、性能密度大在额定输出功率相同的条件下：比功率高低交流伺服电动机直流伺服电动机步进电动机对于起停频率低，但要求低速平稳的产品，其功率密度是主要的性能指标；反之，其主要性能指标是高比功率。2、快速性好3、位置控制精度高、调速范围宽、低速运行平稳无爬行现象、分辨率高、振动噪声小；4、适应启、停频繁的工作要求；5、可靠性高、寿命长二、控制用电机的种类力矩电动机脉冲电动机变频调速电动机开关磁阻电动机各种AC/DC伺服电动机开环控制闭环控制速度控制控制用电机按工作原理可分为旋转

5、磁场型旋转电枢型同步电机步进电机直流伺服电机感应电机交流伺服电动机3.3步进电机及其驱动步进电机是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。一、步进电机的特点与种类1、特点1）步进电机的工作状态不易受各种干扰因素的影响；2）步进电机的步距角有误差，但不会长期累积；3）控制系统简单2、步进电机的种类（1）按运动方式分旋转式步进电机直线式步进电机（2）按励磁相数分三相步进电机四相步进电机五相步进电机六相步进电机（3）按转子的结构分可变磁阻（VR）型永磁（PM）型混合（HB）型可变磁阻型（VR）又称为反应式步进电动机；三相

6、反应式步进电动机断面图特点：步矩角小响应速度快结构简单效率低噪声大永磁（PM）型转子采用永久磁铁定子转子绕组特点：无励磁时具有保持力，可作定位驱动；励磁功率小、效率高、造价便宜；步距角较大；混合（HB）型特点：步距角小响应频率高励磁功率小效率高二、步进电机工作原理下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。ABCIAIBIC定子转子由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。现以A→B→C→A的通电顺序，使三相绕组轮流通入直流电流，观察转子的运动情况

7、。ABCIAIBIC定子转子1、三相单三拍“三相”指三相步进电机；“单”指每次只能一相绕组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。A相绕组通电，B、C相不通电。气隙产生以A-A为轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。CA'BB'C'A3412同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4齿和B、B´磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。CA'BB'C'A34121

8、C'342CA'BB'A按ABCA……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。2、三相六拍按AABBBCCCA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。A相通电：转子1、3齿与A、A'对齐。A、B相同时通电