《机电一体化导论》课件_第2章 机电一体化产品的组成.pptVIP

*§2.3驱动器及其控制驱动器的种类和对装置的基本要求直流伺服系统交流伺服系统2.3.12.3.22.3.3*2.3.1驱动器的种类和对装置的基本要求伺服驱动器的分类根据动力源的不同可以分为液压伺服驱动、气动伺服系统和电气伺服系统三种。电气伺服驱动是以伺服电动机作为驱动元件的伺服系统，常见的伺服电动机有直流伺服电机、交流伺服电机、直接驱动电机和步进电机等。*伺服驱动装置要满足的基本要求伺服电动机应满足如下的技术要求：①具有较硬的机械性能和良好的调节特性。机械特性是指在一定的电枢电压条件下，转速和转矩的关系。调节特性是指在一定的转矩条件下转速和电枢电压的关系。②具有宽广而平滑的调速范围。③具有快速响应特性。就是要求伺服电机从获得控制指令到按指令要求完成动作的时间要短，时间越短，系统的灵敏度越高。④具有小的空载始动电压。电机空载时，控制电压从零开始逐渐增加，直到电动机开始连续运转的电压称为空载始动电压。空载始动电压越小，电动机起动越快，工作越灵敏。返回*2.3.2直流伺服系统直流伺服系统的工作原理典型的直流伺服系统如图2.15所示。该系统包括PWM功率放大器、速度负反馈和位置负反馈等环节。图2.15直流伺服系统的原理框图*直流伺服系统的PWM控制它是一个能将电压信号转变为脉冲宽度的调节变换装置，它能给功率放大器提供一个宽度由速度指令信号调节的控制脉冲序列。微机PWM驱动系统原理如图2.16所示。图2.16微机控制的PWM驱动系统框图返回*2.3.3交流伺服系统交流伺服系统的矢量控制矢量控制是控制交流电机的一种很有前途的控制方案，采用矢量变换的感应电机具有和直流电机一样的控制特点，且结构简单、可靠等。图2.17是采用交流伺服电机作为执行元件的一种矢量控制交流伺服系统框图。*变频调速控制交流感应电机的转速n表示为图2.17交流伺服系统框图式中，n为电机转速（r/min），f为外加电源频率（Hz），p为电机极对数，S为滑差率。从上式可知改变交流电机的转速有变频调速、变极调速和变转差率调速三种方法。*异步电机变频调速所需的变频和变压功能(VVVF)是通过变频器完成的。变频器常采用脉冲幅值调制PAM(PulseAmplitudeModulation)和脉冲宽度调制PWM控制方式实现VVVF。PAM方式主电路如图2.18所示。它将VV和VF分开，在可控整流电路中将交流电整流为直流，同时进行相控调压，而后再将直流电逆变为频率可调的交流电。图2.18PAM控制方式主电路*PWM方式主电路如图2.19所示。它将VV和VF功能在逆变器中一起完成。这种情况下，不可控整流器只完成整流功能，整流后的直流电压是恒定不变的，然后通过逆变器完成变频和变压。图2.19PWM控制方式主电路返回*§2.4机电一体化的机械传动与执行机构传动机构执行机构2.4.12.4.2*2.4.1传动机构当两个物体互相接触并相对运动时，这两个物体称为“运动副”(pair)。在运动副中可以分为“滑动副”“转动副”和“螺旋副”等，也可以按低副和高副等进行分类。机电一体化系统的机械系统一般包括传动机构、导向机构和执行机构三大机构。①传动机构：其功能是传递转矩和转速。②导向机构：其作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向。③执行机构：所谓执行机构（或装置）就是按照指令将电信号转换成流体或机械能，驱动机械部分进行运动的装置。*传动结构主要有齿轮传动机构、滚珠丝杠、滑动丝杠、同步带传动、间歇机构、挠性传动机构等。齿轮传动齿轮传动是机电一体化系统中使用最多的机械传动装置，其原因是齿轮传动的瞬时传动比为常数，传动精确，且强度大、能承受重载、结构紧凑、摩擦力小、效率高。滚珠丝杠滚珠丝杠是在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动元件。它可将直线运动转变为旋转运动，或者将旋转运动转变为直线运动。*滚珠丝杠的结构原理如图2.21所示。当丝杠转动时，带动滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母（或丝杠）轴向移动。为防止滚珠从螺纹滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有挡球器。图2.21螺旋槽式滚珠丝杠副的结构原理示意图*同步带传动同步带传动是综合了带传动、齿轮传动和链传动特点的一种新型传动，如图2.22所示。同步带传动是利用齿形带的带齿和带轮的轮齿依次相啮合来传递运动和动力的。图2.22同步带传动*棘轮传动棘轮传动机构是间歇传动机构的一种，它是将原动机构的连续运动转换成间歇运动。其工