机电一体化概论邵泽强第二章5至6节课件教学.pptVIP

缺点：必须对油的温度和污染进行控制．稳定性较差； 有因漏油而发生火灾的危险； 液压油源和进油、回油管路等附属设备占空间较大。 3) 气功执行装置 优点：利用汽缸可以实现高速直线运动； 利用空气的可压缩性容易实现力控制和缓冲控制； 无火灾危险和环境污染；系统结构简单，价格低。 缺点：由于空气的可压缩性，高精度的位置控制和速度控制都比较困难； 虽然撞停等简单动作速度较高，但在任意位置上停止的动作速度很慢； 能量效率较低。 表2.6.1给出了各种执行装置的性能比较。电动执行装置虽然有功率不能太大的缺点，但由于其良好的可控性、稳定性和对环境的适应性等优点，在许多领域都得到了广泛的应用。 在有利于环境保护的电动汽车和混合能源汽车上也有希望得到应用。电动机的用途很广。液压执行装置的最大优点是输出功率大，因此，在轧制、成型、建筑机械等重型机械上和汽车、飞机上都得到了应用。气动执行装置由于其重量轻、价格低、速度快等优点，适用于工件的夹紧、输送等生产线自动化方面，应用领域也很广。此外，在一些可以利用气体可压缩性的领域，也希望使用气动执行装置。 表2.6.1 各种执行装置的性能比较 便宜 贵 一般 价格 良好 一般 差 防爆性能 一般 差 良好 可靠性 良好 差 良好 使用环境 大 大 小 占用空间 不需要 不需要 需要 减速机构 差 一般 良好 控制特性 快 一般 慢 简单动作速度 小～10Hz 大～100Hz 中～20Hz 快速响应特性 中 大 小 输出功率/重量比 气动式 液压式 电动式 比较项目 在开发和改进执行装置时要考虑的问题有：①功率/重量比；②体积和重量；③响应速度和操作力；④能源及自身检测功能；⑤成本及寿命；⑥能量的效率等。 2.6.2 电动执行装置 1.直流伺服电机 1) 特点 直流伺服电机，只要接上直流电源就可以运转，这是直流电机的一大优点。而且，直流伺服电机作为控制电机，具有起动转矩大、体积小、重量轻、转矩和转速容易控制、效率高等许多突出的优点。 它的缺点是，由于转子上安装了具有机械运动的电刷和换向器，需要定时维护、更换电刷，因此存在使用寿命短和噪声大等问题。此外，直流电机与步进电机（参见本节）不同，在位置控制和速度控制时，必须使用角度传感器来实现闭环控制。 2) 构造与工作原理直流伺服电机构造如图2.6.4所示，由永磁体定子、线圈转子(电枢)、电刷和换向器构成。 图2.6.4 直流电机的构造 3) 特性与驱动方法 直流电机进行电流控制及电压控制时的转矩—转速特性如图2.6.5所示。由图2.6.5可知改变直流电机的电压或电流，就可以成比例地控制其转速和转矩，这是直流电机的最大特点。 (a) 电流控制 (b) 电压控制 图2.6.5 直流电机的转矩—转速特性 2.交流伺服电机 1) 特点 交流伺服电机的最大优点是因没有电刷和换向器而不需要维护，也没有产生火花的危险；缺点是与直流电机相比驱动电路复杂、价格高。 近年来，随着机电一体化技术的发展，逐渐攻克了许多技术难题。因此，交流伺服电机在工业机器人和NC机床等许多领域内得到了广泛的应用。特别是用电子转换向器代替机械换向器的无刷电机，由于继承了有刷电机的良好控制性能，因此，在机电一体化领域已成为非常有用的电动执行装置。 2) 工作原理与种类 交流伺服电机按结构可分为同步电机和异步电机。转子是由永磁体构成的为同步电机，转子是由绕组形成的电磁铁构成的为异步电机。此外，还有前面提到的无刷电机。这些电机的构造如图2.6.6所示。 图2.6.6 交流电机的构造 同步电机与直流电机恰好相反，它是将永磁体装在转子上，而定子上装有能够产生旋转磁场的线圈(定子绕组)。让单相或者三相交流电流通过定子绕组，在定子上产生旋转磁场。旋转磁场与转子磁场相互作用驱动转子转动。由于这种电机体积小，所以主要应用在要求响应速度快的中等功率以下的工业机器人和机床领域。 异步电机的转子和定子都装有绕组，定子绕组叫做一次绕组，转子绕组叫做二次绕组。也有的转子线圈用铝合金等导体金屈铸成的鼠笼形框架代替，其工作原理如下： 如图2.6.7所示，假设磁场沿倾时针方向旋转。为了分析问题方便，可以假设旋转磁场固定不动，而相对的定子绕组沿逆时针方向旋转，这时根据右手定则(右手的食指指向磁场方向，中指指向电流方向，拇指指向速度方向)转子绕组中将产生感应电动势，有感应电流流动。于是，当磁场中的转子绕组上有电流流动时．就会在左手定则确定的方向，即顺时针方向上产生电磁力矩，使转子沿旋转磁场的相同方向旋转。由于异步电机的转子惯性矩可以做得很小，所以响应速度很快，主要应用于中等功率以上的伺服系统。 图2.6.7