第三章执行元件 PPT.ppt

第三章执行元件的选择与设计伺服系统执行元件常用的控制用电机步进电动机及其驱动直流伺服电动机及其驱动交流伺服电动机及其驱动“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思 。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具,服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前,转子静止不动;讯号来到之后,转子立即转动;当讯号消失,转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能,因此而得名伺服系统。   伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标值(或给定值)的任意变化的自动控制系统。  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,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。一、伺服系统概念从系统组成元件的性质来看,有电气伺服系统、液压伺服系统和电气—液压伺服系统、电气—气动伺服系统等;从系统输出量的物理性质来看,有速度或加速度伺服系统和位置伺服系统等;从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来看,有模拟式伺服系统和数字式伺服系统;从系统结构特点来看,有单回路伺服系统、多回路伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。二、伺服系统类型例:数控机床伺服系统,由图可以看出,它与一般的反馈控制系统一样,也是由控制器、被控对象、反馈测量装置等部分组成。二、伺服系统类型对伺服系统的基本要求有稳定性、精度和快速响应性。稳定性是指作用在系统上的扰动消失后,系统能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指令信号作用下,系统能够达到新的稳定运行状态的能力。精度是伺服系统的一项重要的性能要求。它是指其输出量复现输入指令信号的精确程度。快速响应性是衡量伺服系统动态性能的另一项重要指标。快速响应性有两方面含义,一是指动态响应过程中,输出量跟随输入指令信号变化的迅速程度,二是指动态响应过程结束的迅速程度。三、C机床、各种自动机械、计算机外围设备、办公室设备、车辆电子设备、医疗器械、各种光学装置、家用电器(音响设备、录音机、摄像机、电冰箱)等机电一体化系统(或产品)必不可少的驱动部件,如数控机床的主轴转动、工作台的进给运动以及工业机器人手臂的升降、回转和伸缩运动等所用驱动部件即执行元件。该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。由于大多数执行元件已作为系列化商品生产,故在设计机电一体化系统时,可作为标准件选用、外购。第一节执行元件的种类、特点及基本要求一、执行元件的种类及特点根据使用能量的不同,可以将执行元件分为电磁式、液压式和气压式等几种类型,如下图所示。电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。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流向,从而使液压执行元件驱动运行机构运动。气压式与液压式的原理相同,只是将介质由油改为气体而已。其他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。(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。其中,利用电磁力的电动机和电磁铁,因其实用、易得而成为常用的执行元件。对控制用电动机的性能除了要求稳速运转性能之外,还要求具有良好的加速、减速性能和伺服性能等动态性能以及频繁使用时的适应性和便于维修性能。大家有疑问的,可以询问和交流可以互相讨论下,但要小声点控制用电动机驱动系统一般由电源供给电力,经电力变换器变换后输送给电动机,使电动机作回转(或直线)运动,驱动负载机械(运行机构)运动,并在指令器给定的指令位置定位停止。这种驱动系统具有位置(或速度)反馈环节的叫闭环系统,没有位置与速度反馈环节的叫开环系统。另外,其他电气式执行元件中还有微量位移用器件,例如:①电磁铁-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-利用压电晶体的压电效应来驱动运行机构作微量位移;③电热驱动器-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。