第四章机电一体化系统的执行元件――控制电动机ppt课件.ppt

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1、第四章机电一体化系统的执行元件—控制电动机作业1、以三相步进电机为例，画简图叙述其基本工作原理。2、三相步进电机不同通电方式有何特点？3、若用单片机控制三相步进电机，试说明如何实现三相双三拍通电方式的软环分。4、直流伺服电动机有何优点？其结构特点是什么？5、画出直流伺服电机PWM双极性控制的T形直流调压驱动电路，并叙述其基本原理。异步电动机、直流电动机等都是作为动力使用的，其主要任务是能量的转换。各种控制电机有各自的控制任务：如:步进电动机将脉冲信号转换为角位移或线位移。伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱动控制对象；直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不

2、需要任何中间转换机构的传动装置。本章介绍的各种控制电机的主要任务是转换和传递控制信号，能量的转换是次要的。控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种:步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机和直线电动机。第一节概述一、功能：执行元件是机电一体化系统的重要组成部分，用来将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。是一种能量变换元件。机电一体化伺服系统要求执行元件具有转动惯量小，输出动力大，便于控制，可靠性高和安装维护简便等特点。二、执行元件的种类及特点根据使用能量的不同，执行元件主要分为电磁（气）式、液压式和气压式三大类型，如图所示。伺服系统是自动控制系统的一类，

3、它的输出变量通常是机械或位置的运动，它的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状态能够自动、连续、精确地复现输入指令信号的变化规律。常用执行元件的种类交流(AC)伺服电机直流(DC)伺服电机步进电机其它电机双金属片形状记忆合金压电原件其它电磁铁及其它与材料有关气压马达气缸液压马达油缸电动机电磁式液压式气动式执行元件各种执行元件的特点1、电气执行元件电气执行元件主要是直流（DC）伺服电机、交流（AC）伺服电机和步进电机。能实现定位伺服，响应快，易于CPU接口，体积小，动力大，无污染。对这些伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态性能好，适合于频繁

4、使用，便于维修等。2、液压式执行元件液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点。各种执行元件的特点3、气压式执行元件气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差且具有可压缩性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。三、对伺服控制电动机的基本要求为实现运动、功率/能量、控制运动方式的转换，对伺服控制电动机提出了一些基本要求。（1）性能密度大即功率密度Pw=P/G或比功率密度Pbw=(T2/J)/G大。比功率

5、表征动力大小的综合性指标。比功率＝Pε/ω=T2/J，P是功率，ω是转速，ε是加速度。通常用执行元件的单位重量所能达到的输出功率或比功率，即用功率密度或比功率密度来评价执行元件体积小、重量轻。设执行元件的重量为G，功率密度＝P/G，比功率密度＝（T2/J）/G。三、对伺服控制电动机的基本要求（2）快速性好加速度大、响应特性好。（3）位置控制与速度控制精度高、调速范围大、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，可靠性高、寿命长。（5）易于与计算机接口，实现计算机控制。四、常用伺服控制电动机的控制方式主要有：开环控制、半闭环控制、闭环控制三种。步进电机是利用

6、电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。1.按工作方式的不同分为功率式是伺服式两种。步进电动机的分类第一节步进电动机及其控制⑴功率式：其输出转矩较小，能直接带动较大负载。⑵伺服式：输出转矩较小，只能直接带动较小的负载，对于大负载需通过液压放大元件来转动。2.按定子绕组的对数分为单相、两相、三相、四相、五相、六相和八相等多种。（1）可变磁阻式（VR）步进电机：也称反应式步进电机，转子为导磁体，无绕组。特点：结构简单，工作可靠，运行频率高，步距角小，但励磁电流大，断电后无定位转矩。（2）永磁式（PM）

7、步进电机：转子为永久磁铁。特点：控制功率小，效率高，造价低，断电后有定位转矩，但步距角大。（3）混合式（HB-Hybrid）步进电机：转子上置有磁钢，作用原理及性能相当于永磁式和反应式的结合。特点：步距角小，工作频率高，控制功率小。但结构复杂，成本高。目前以反应式步进电动机应用最多。第一节步进电动机及其控制3.按转子的构成不同分类一、概述1、步进电动机简介步进电动机是一种将电脉冲信号—>角位移的执行元件,其特点如下：（1）步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步距角。（2）改变步进