第3章动力系统设计ppt课件.ppt

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1、第3章动力系统设计3.1动力元件的种类和主要特性3.2动力元件的选择与计算教学目标1.了解常用的动力元件及特性2.掌握动力元件的选择与计算方法3.1动力元件的种类和主要特性动力元件（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，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。电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n

2、换算脉冲环形分配变换功率放大电机3.1.1执行元件的种类及特点执行元件电磁式液压式气压式其它电动机电磁铁及其它交流(AC)伺服电动机直流(DC)伺服电动机步进电动机其它电动机油缸液压马达气缸气动马达与材料有关压电元件形状记忆合金双金属片(1)电气式执行元件电气式执行元件包括控制用电动机(步进电动机、Dc和Ac伺服电动机)、静电电动机、磁致伸缩器件、压电元件、超声波电动机以及电磁铁等。要求：稳速运转性能；具有良好的加速、减速性能；伺服性能等动态性能；频繁使用时的适应性；便于维修性能。电气式执行元件中微量位移用器件：①电

3、磁铁是由线圈和衔铁两部分组成，结构简单，由于是单向驱动，故需用弹簧复位，用于实现两固定点间的快速驱动；②压电驱动器是利用压电晶体的压电效应来驱动运行机构作微量位移的；③电热驱动器是利用物体(如金属棒)的热变形来驱动运行机构的直线位移，用控制电热器(电阻)的加热电流来改变位移量，由于物体的线膨胀量有限，位移量当然很小，可用在机电一体化产品中实现微量进给。(2)液压式执行元件液压式执行元件主要包括往复运动的油缸、回转油缸、液压马达等，其中油缸占绝大多数。新型数字式液压式执行元件，例如电-液伺服马达和电-液步进马达最大优点

4、是：比电动机的转矩大，可以直接驱动运行机构；转矩/惯量比大，过载能力强，适合于重载的高加减速驱动。电-液式马达在强力驱动和高精度定位时性能好，而且使用方便。(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，与液压式执行元件无什么区别。具有代表性的气压执行元件有气缸、气压马达等。由于空气粘性差，具有可压缩性，故不能在定位精度较高的场合使用。3.1.2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

5、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/J3.1.2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

6、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。3.1.3机电系统常用的控制电动机控制用电动机有力矩电动机、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、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

7、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。●伺服系统定义——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统.●伺服系统的作用:接受机电装置发来的进给脉冲指令信号，经过信号变换和电压、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，驱动运动部件实现加工所需要的运动.●伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变量通常是机械或位置的运动，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

8、律。一、伺服系统（一）概念（二)、伺服系统的基本组成由以下4部分组成：☻控制器；☻功率驱动装置；☻检测反馈装置；☻伺服电机(M).例：数控机床伺服系统伺服系统结构图1、开环伺服系统(1)组成：☻步进电机；☻驱动控制电路(控制器).1、开环伺服系统(2)开环伺服系统特点①没有位置和速度反馈回路;②设备投资低，调试维修方便;③精度差；④高速扭矩小.