机电一体化系统设计_第三章执行元件选择与设计资料ppt课件.ppt

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1、机电一体化系统设计第三章机电一体化系统执行元件的选择与设计第三章机电一体化系统执行元件的选择与设计第3.1节执行元件执行元件——是将控制信号转换成机械运动和机械能量的转换元件。3.1.1执行元件的种类及特点执行元件的特点1.电气执行元件电气执行元件包括直流(DC)伺服电机、交流（AC）伺服电机、步进电机以及电磁铁等。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

2、、快速性好等特点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，具有可压缩性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。执行元件的特点以及优缺点种类特点优点缺点电气式可用商业电源；信号与动力传送方向相同；有交流直流之分；注意使用电压和功率。操作简便；编程容易；能实现定位伺服控制；响应快、易与计算机（CPU）连接；体积小、动力大、无污染。瞬时输出功率大；过载差；一旦卡死，会引起烧毁事故；受外界噪音影响大。气压式气体压力源压力5~7×Mpa；要求

3、操作人员技术熟练。气源方便、成本低；无泄露而污染环境；速度快、操作简便。功率小、体积大、难于小型化；动作不平稳、远距离传输困难；噪音大；难于伺服。液压式液体压力源压力20~80×Mpa；要求操作人员技术熟练。输出功率大，速度快、动作平稳，可实现定位伺服控制；易与计算机（CPU）连接。设备难于小型化；液压源和液压油要求严格；易产生泄露而污染环境。厚德达理励志勤工3.1.2机电一体化系统对执行元件的基本要求（1）惯量小，动力大。（2）体积小，重量轻。（3）安装方便、便于维修维护。（4）易于实现自动化控制。3.2机电一体化系统常用的控制电

4、动机常用伺服控制电动机：DC/AC电动机、力矩电动机、步进（脉冲）电动机、变频调速电动机、开关电磁电动机以及其他电动机（直流或交流脉宽调速电动机、电磁伸缩元件）等。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。如图所示数控机床伺服系统。它由控制器、被控对象、反馈测量装置等部分组成。3.2.1机电一体化系统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。（2）快速性好。加速

5、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）易于与计算机对接，实现计算机控制。3.2.2伺服控制电动机基本特性无论动力用伺服控制电动机，还是控制用伺服控制电动机，功率—转速—转矩的电特性是电机重要的基本特性指标之一。对于伺服控制电机而言，恒转矩工作特性是衡量电机调速性能的重要参数之一。3.3步进电动机与驱动3.3.1步进电动机的特点、种类、工作原理（1）步进电动机的特点①控制精度由步进角决定（）。②抗干扰能力强，在电机电特性工作范围

6、内，不产生丢步或无法工作等现象。③电机每转动一步进角，尽管存在一定的转角误差，但电机转动360时，转角累计误差将归零。④控制性能好，不会产生“丢步”现象（频繁启动、停止、变换）。⑤易于与计算机实现对接。（2）步进电动机的种类①种类·按转子构成分类：可变磁组型（VR）步进电机——转子为导磁体，也称反应式步进电机。永磁型（PM）步进电机——转子为永磁铁。混合型（HB-Hybrid）步进电机——转子为导磁体和永磁铁的组合。·按定子绕组对数分类：分为2相、3相、4相、5相、10相等步进电机。·按定子绕组通电极性分类：分为单极性和双极性步进电

7、机。（3）步进电动机的工作原理当第一个脉冲通入A相时，磁通企图沿着磁阻最小的路径闭合，在此磁场力的作用下，转子的1、3齿要和A级对齐。当下一个脉冲通入B相时，磁通同样要按磁阻最小的路径闭合，即2、4齿要和B级对齐，则转子就顺逆时针方向转动一定的角度：3.3.2步进电动机的运行特性与性能指标（1）分辨率主要指步进角=360º/znK。如：0.6º/1.2º、0.75º/1.5º、0.9º/1.8º、………。（2）静态特性主要指步进电机在稳态工作条件下的特性，包括：矩—角特性、静转矩、静态稳定特性等。失调角示意图矩－角特性曲线（3）动态

8、特性动态特性参数：主要指动态稳定区、启动转矩、矩－频特性、惯－频特性等。动态稳定区：在步进电机从A相转换为B（或AB）相通电，不产生丢步时的稳定工作区域θr。从图中可以得出，步进电机工作的拍数越多，稳定工作区域θr越接近静态稳定工作区