《机械机电课件》PPT课件.ppt

第四部份 执行元件 执行元件 驱动部件 是将各种形式的输入能量转换为机械能的转换部件 在机电一体化系统中 执行元件处于微电子控制系统与机械系统的连接部位 执行元件是机电一体化系统必不可少的部件 第一节执行元件的种类 特点及基本要求 是什么 在哪里 重要性 执行元件 驱动部件 是将各种形式的输入能量转换为机械能的转换部件 例如 电动机 电磁铁 继电器 液压缸 气缸 等 第一节执行元件的种类 特点及基本要求 什么是执行元件 在机电一体化系统中 执行元件位于微电子控制系统与机械系统的连接部位 第一节执行元件的种类 特点及基本要求 它处于什么位置 机电一体化系统 执行元件是机电一体化系统必不可少的部件 数控机床各坐标轴的运功 工作台的进给运动 第一节执行元件的种类 特点及基本要求 例如 工业机器人手臂的升降 回转和伸缩等运动 等等 为什么重要 根据使用能量的不同 执行元件可分为电动式 液动式和气动式 电动式 主要利用电磁力驱动机械运动机构运动 液动式 利用液压能驱动机械运动机构运动 气动式 利用气压能驱动机械运动机构运动 磁致伸缩驱动器 某些磁性体的外部一旦加上磁场则磁性体的外形尺寸会发生变化 利用这种现象制作的驱动器称为磁致伸缩驱动器 形状记忆合金 一 执行元件的种类及特点 一 执行元件的种类及特点 图3 1执行元件的种类 执行元件 一 执行元件的种类及特点 一 执行元件的种类及特点 一 执行元件的种类及特点 二 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 便于维修 安装4 宜于微机控制 二 对执行元件的基本要求 1 惯量小 动力大 表征执行元件惯量的性能指标有 表征执行元件输出动力的性能指标有 直线运动为质量回转运动为转动惯量 推力转矩 功率 二 对执行元件的基本要求 1 惯量小 动力大 如对直线运动来说 设加速度为 则推力为 而对回转运动来说 设角速度为 角加速度为 则转矩 功率为 这里 和表征了执行元件的加速性能 二 对执行元件的基本要求 1 惯量小 动力大 另一种表征执行元件动力大小的综合性指标是比功率 比功率 包含了功率 加速性能与转速三种因素 二 对执行元件的基本要求 2 体积小 重量轻 常用功率密度 比功率密度来评价这项指标 设执行元件的重力为 则功率密度 比功率密度 二 对执行元件的基本要求 3 便于维修 安装 免维修是执行元件的发展方向 无刷DC及AC伺服电机是比较成功的例子 因为是无刷的 所以结构坚固 寿命也长 二 对执行元件的基本要求 4 宜于微机控制 具有驱动接口 电气化 是执行元件的发展方向 一种将电能转换为机械能的执行元件 电动机 无刷电动机步进电动机直线电动机 并励电动机复励电动机串励电动机 永磁式有刷电动机无铁芯电动机 二 控制用电动机的种类 特点及选用 直流电机的微机驱动技术 脉宽调制 PWM 调速 直流电源以一定的频率非对称的波形不断地通断直流电源 从而改变通过电动机的平均电流 频率通常在1 4k之间 通过调节高电平宽度实现调节平均电流 直流电机的微机驱动技术 脉宽调制 PWM 调速 高占空比 平均电流增大 电动机转速提高 反之亦然 脉宽调制集成电路芯片有LM3524D等 直流电机的微机驱动技术 H桥的直流电机转向控制 直流电机的微机驱动技术 H桥驱动器的专用集成电路芯片 D15200 3A 55VH型 输出1 2与电动机的两极相连 即管脚2和10 外部数字信号对方向输入 引脚3 制动输入 引脚4 脉宽调制 引脚5 进行控制 当装置温度超过170度 热传感器便断开输出 步进电动机控制系统 步进电动机 步进电动机的结构与工作原理 产生了磁阻性质的转矩 当某相处于对齿状态时 其它相处于错齿状态 步进电动机控制系统 步进电动机 反应式步进电机的结构与工作原理 定子 转子 三相步进电动机简化图 三相 A AB BC C 三拍一个循环 转子旋转了一个齿极 空间角度为90 步距角为30 对2 4而言 通电顺序为 A B C A 步进电动机控制系统 三相三拍或单三拍工作方式 三相三拍工作方式 逆时针旋转30 30 30 步进电动机控制系统 步进电动机控制系统 三相六拍工作方式 三相六拍工作方式 通电顺序为 A AB B BC C CA A 六拍一个循环 转子旋转了一个齿极 空间角度为90 步距角为15 步进电动机控制系统 双三拍工作方式 双三拍工作方式 通电顺序为 AB BC CA AB 三拍一个循环 转子旋转了一个齿极 空间角度为90 步距角为30 步进电动机控制系统 三种工作方式比较 三相三拍工作方式 三相六拍工作方式 双三拍工作方式 每次只有一相绕组通电 切换瞬间会失去自锁转矩 易产生失步 且一相绕组产生的力矩相对较小 在平衡位置易产生振荡 电动机运转中总有一相绕组通电 运转比较平稳 步距角是三相三拍工作方式步距角的一半 电动机运转中总有一相绕组通电 运转比较平稳 有两相绕组产生力矩 步进电动机控制系统 步进电动机 反应式步进电机的结构与工作原理 三相反应式步进电动机原理图 步进电动机控制系统 步进电动机的运行特性 1 步距角 定子相数 转子齿数 通电拍数 步进电机运行一拍 其转子转过的转角度 对应一个转角当量 转角 脉冲 步进电动机控制系统 步进电动机的运行特性 2 步距误差 单相通电时 步距误差取决于定子和转子的分齿精度 定子错位角度的精度等 多相通电时 步距误差不仅和加工 装配精度有关 还取决于各相电流的大小 磁路性能 直接影响执行部件的定位精度 一圈不累积 每步实际转角和理论转角之差 步进电动机控制系统 步进电动机的运行特性 3 最高启动频率和最高工作频率 步进电动机控制系统 步进电动机的运行特性 4 输出的转矩 频率特性 定子绕组为感性负载 输入频率越高 励磁电流越小 频率越高 磁通量变化加剧 铁芯的涡流损失加大 工作频率越高 其输出转矩要降低 步进电动机控制系统 环形分配器 步进电动机驱动电源 环形分配器 功率放大器 环形分配器 将脉冲指令按步进电动机的工作规律转换成各相绕组通断信号 经功率放大器 驱动各相绕组产生旋转磁场 步进电动机控制系统 环形分配器 专用集成电路介绍 硬件环形分配器 步进电动机控制系统 环形分配器 X向步进电动机 软件环形分配器 Y向步进电动机 步进电动机控制系统 伺服控制 执行部件的位移量控制 位移量总行程 丝杠螺距 步进电机转角 执行部件的位移量与输入脉冲数成正比 步进电动机控制系统 伺服控制 执行部件移动速度的控制 执行部件位移的速度 丝杠螺距 输入脉冲频率 步距角 执行部件的移动速度与输入脉冲频率成正比 步进电动机控制系统 伺服控制 执行部件移动方向的控制 只要控制步进电机正反转 就可以控制执行部件的移动方向 正转 反转 步进电动机控制系统 步进电动机的单片机控制 步进电机控制电路 步进电动机控制系统 步进电动机的单片机控制 指针法程序流程 三相六拍状态表 状态表存入EEPROM中 步进电动机控制系统 提高系统精度的措施 问题一 由于转子启 停时具有惯性 决定了步进电动机的频率响应特性 会导致步进电动机在突然启 停或换向时失步 方法 选择合适的控制方式 提高动态转矩性能 并采用自动升降速电路 软件 启动时 速度由较低频率逐渐升高到所要求的工作频率 在减速或停止时 逐步降低到所需频率 梯形控制策略 步进电动机控制系统 提高系统精度的措施 问题二 由于转子具有惯性 在低速 步进式 时会产生强烈的振动和噪声 方法 采用细分电路 解决微量进给与快速移动的矛盾 一种可能的细分方式 步进电动机控制系统 提高系统精度的措施 问题三 由于机械 传动机构 轴承等 的制造精度 刚度等 传动时存在空程和回程间隙 方法 适当提高系统各组成环节的制造精度和装配精度 包括机械传动与支承装置的精度 习题 1 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么 2 简述控制用电动机的功率密度及比功率的定义 简述PWM直流驱动调速的工作原理 简述H桥电路转向的工作原理5简述步进电机的工作原理 简述步进电机步距角大小的计算方法 设计师希望利用与变速箱相连的步进电机来驱动传送带 实现1m