机电一体化系统设计第3章-执行元件的分类及其控制用电机的驱动a.ppt

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
一、本章教学目标及要求
①      执行元件的作用、分类、特点及机电一体化系统对其要求;
②      步进电机的特点与种类、工作原理;
③     步进电机的性能指标及运行特性、驱动与控制;
④      直流伺服电动机的原理及其驱动;
⑤      交流伺服电动机的原理及其驱动。
本章教学重点:步进电机工作原理及驱动控制,直流、交流伺服电机选用及控制。
本章教学难点:步进电机、直流、交流伺服电机控制。
第一节执行元件的作用、分类及机电一体化系统对其基本要求
作用:
执行元件主要用来根据控制信息和指令,将来自电、液压、气压等各种能源的能量转换成旋转运动、直线运动等方式机械能,并完成要求动作的能量转换装置,它在机电一体化系统中所处的位置参见下图。
一、执行元件分类
根据使用能量的不同,可以将执行元件分为电气式、液压式和气压式等几种类型。
(1) 电气(磁)式:是将电能变成电磁力,并用该电磁力驱动运行机构运动的。电动执行装置由于能源容易获得,使用方便,所以得到了广泛的应用。
(2)液压式:是先将电能变换为液压能并用电磁阀改变压力油的压力和流向,从而使液压执行元件驱动运行机构运动,包括液压油缸、液压马达等。具有体积小、输出功率大等特点。
(3)气压式:与液压式的原理相同,只是将介质由油改为气体,包括气缸和气动马达。特点是重量轻、价格便宜。
(4)其它执行元件:与使用材料有关,如使用双金属片、形状记忆合金或压电元件。
一、执行元件分类
交流伺服电机
直流伺服电机
步进电机
其它电机
双金属片
形状记忆合金
压电元件
电磁铁及其它
电动机
油缸
液压马达
气缸
气压马达
执行元件
电磁式
液压式
气压式
其它
与材料有关
二、执行元件的特点与性能
:
优点:
①     以电源为能源,在大多数情况下容易得到;
②     容易控制;
③     可靠性、稳定性与环境适应性好;
④      与计算机等控制装置的接口简单;
缺点:
①    为了实现一定的旋转运动或直线运动,经常要使用齿轮等传动部件;
②     过载能力差,容易受载荷影响,不慎被“卡住”时甚至会烧毁;
③     获得大功率比较困难;
二、执行元件的特点与性能
:
优点:
①      输出功率大;
②     功率密度大,可以减小执行元件的体积;
③      刚度高,能够实现高速、高精度的位置控制;
缺点:
①      液压油源和进油、回油管路等附属设备占空间,使设备难于小型化。
②      对油的要求(杂质、温度等)严格;
③      易泄露且有污染;
二、执行元件的特点与性能
3. 气压执行元件:
优点:
①      气源方便、成本低;
②      无泄漏污染;
③      速度快、操作比较简单;
④      利用空气的可压缩性可实现缓冲控制;
缺点:
①      由于空气的可压缩性,高精度伺服控制比较困难;
②      虽然撞停等简单动作速度较高,但在任意位置上停止的速度很慢;
③      能量效率低, 噪声大。
三、机电一体化系统对执行元件的基本要求
1、惯量小、动力大
加速度表征执行元件的加速性能;另一表征动力大小的综合性指标为比功率(功率的时间变化率) ,它包含了功率、加速性能与转速三种因素。