机电一体化系统设计_第三章执行元件选择与设计解读.ppt

（1）晶体管直流脉宽调制驱动(PWM)工作原理 在给定供电电压U，由控制脉冲信号Ud控制晶体管VT的通断，从而使直流电动机得到脉冲驱动信号，改变脉冲控制信号的没一周期通电时间，就可改变直流电动机的平均工作电压Ua达到调速的目的；改变供电压和续流二极管的极性，便可改变直流电动机的转向。 1）直流电动机的脉宽调速电路原理 2）直流电动机的方向控制电路 直流PMW调速驱动电路 直流电机 PWM调速电路 晶闸管驱动 直流电机 PWM调速电路 H桥驱动 3.5 交流（AC）伺服电动机及其驱动 （1）常用交流伺服电动机 永磁同步型（SM）、电磁感应型（IM）伺服电动机。 （2）基本工作原理 检测交流伺服电动机（SM型/IM型）气隙磁场的大小和方向，用电力电子转化器代替整流子和电刷，通过控制与气隙磁场方向相同的磁化电流和与与气隙磁场方向相垂直的等效电流的方法，最终控制交流伺服电动机主磁通量大小和转矩，实现对电机的有效控制，简称矢量控制方法。 1）永磁同步型（SM ） 转子由永磁构成，不需磁化控制电流，只需检测磁铁转子位置和定子绕组磁通矢量控制电流，实现对电机主磁通矢量电流的控制，从而获得对电机的速度和位置控制。 永磁同步（SM）型伺服电动机控制框图 CONV.—整流器；SM—同步电机；INV.变换器；PS—磁极位置检测器；REF—速度基准；IGF—电流函数发生器；SC—速度放大器；CC—电流放大器；RD—速度变换器；PWM—脉宽调制器；P.B.U—再生电力吸收电路。 2）感应（IM）型伺服电动机控制框图 3）交流伺服电动机的矢量控制 r1,X1—定子绕组阻抗和漏抗； r2,X2—转子绕组阻抗和漏抗； rm,Xm—铁芯等效阻抗和主磁通所对应电抗； Im—负载范围内不变。S—转差率 本章小节 重点掌握： 1）执行元件的主要类型和特点。 2）机电一体化系统（产品）对执行元件基本要求。 3）常用控制电机类型与主要特点。 4）机电一体化系统对伺服控制电动机基本要求。 5）典型伺服控制电动机的主要特点和选用原则。 6）步进电动机的运行特性与主要性能指标。 7）步进电机的驱动与控制（驱动电路、变频控制信号、环形脉冲分配器、功率放大器、细分驱动电路、典型细分驱动电路）。 课外作业： 1 题：简述机电一体化系统中对执行元件的分类与特点（优缺点）。 2 题：机电一体化系统的执行元件的基本要求是什么？ 3 题：步进电机具有哪些特点与环形分配方式是什么？ 4 题：步进电机驱动电源功率放大器电路种类以及工作原理是什么？ 5 题：步进电机细分电路的特点、细分方式和原理是什么？ 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、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