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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。

执行元件选择和相关设计
执行元件的特点

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

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

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。
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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。
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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。

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。
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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。
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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。
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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。
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、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。
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(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机。
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