機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)：第4章 執(zhí)行元件及控制

1、4.3 三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)4.2 直流電機(jī)的基本工作原理直流電機(jī)的基本工作原理4.1 執(zhí)行元件的分類執(zhí)行元件的分類 第第 4 章章 執(zhí)行元件及控制執(zhí)行元件及控制4.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)4.5 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī) 4.7 交流伺服電機(jī)控制交流伺服電機(jī)控制4.6 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制4.8 電電-氣比例閥、伺服閥氣比例閥、伺服閥4.9 電電-液比例閥、伺服閥液比例閥、伺服閥 執(zhí)行元件定義：執(zhí)行元件定義： 執(zhí)行元件是根據(jù)來(lái)自控制器的控制信執(zhí)行元件是根據(jù)來(lái)自控制器的控制信息完成對(duì)受控對(duì)象的控制作用的元件，它息完成對(duì)受控對(duì)象的控制作用的元件，它將電能或流體能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能

2、或其他能將電能或流體能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或其他能量形式。量形式。 4.1 執(zhí)行元件的分類執(zhí)行元件的分類 4.1.1 4.1.1 電動(dòng)執(zhí)行元件電動(dòng)執(zhí)行元件 執(zhí)行元件根據(jù)使用場(chǎng)合不同分為：電動(dòng)執(zhí)行元件、氣動(dòng)執(zhí)行元件、液壓執(zhí)行元件。 將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電磁元件。電動(dòng)執(zhí)行元件的種類：電動(dòng)執(zhí)行元件的種類： 常用的有直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電磁制動(dòng)器、繼電器等。電動(dòng)執(zhí)行元件的特點(diǎn)：電動(dòng)執(zhí)行元件的特點(diǎn)： 電動(dòng)執(zhí)行元件具有調(diào)速范圍寬、靈敏度高、響應(yīng)速度快、無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象等性能，并能長(zhǎng)期連續(xù)可靠地工作。操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)伺服控制，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載易燒毀。 4.1.2 4.1.2 氣

3、動(dòng)執(zhí)行元件氣動(dòng)執(zhí)行元件 將氣體能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件。氣動(dòng)元件的種類：氣動(dòng)元件的種類：實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)執(zhí)行元件稱為氣缸；實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的稱為氣動(dòng)馬達(dá)。 氣動(dòng)元件的特點(diǎn)：氣動(dòng)元件的特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，成本低；動(dòng)作不夠平穩(wěn)，功率小，不易小型化，難于連續(xù)伺服控制；低壓，0.50.7兆帕，輸出推力?。粔嚎s空氣清潔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易維護(hù)。4.1.3 4.1.3 液壓執(zhí)行元件液壓執(zhí)行元件 液壓執(zhí)行元件是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件。液壓執(zhí)行元件的種類：液壓執(zhí)行元件的種類： 液壓執(zhí)行元件分為液壓缸、擺動(dòng)液壓馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)三類。液壓執(zhí)行元件的特點(diǎn)：液壓執(zhí)行元件

4、的特點(diǎn)：中高壓力，輸出力巨大；功率密度很大，機(jī)械剛性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；制造工藝復(fù)雜、維護(hù)困難。功率大，動(dòng)作平穩(wěn)，易實(shí)現(xiàn)伺服控制；難于小型化，易泄漏污染。 4.2 直流電機(jī)的基本工作原理直流電機(jī)的基本工作原理 任何電機(jī)的工作原理都是建立在電磁力和電磁感應(yīng)這個(gè)基礎(chǔ)上的，直流電機(jī)也是如此。 圖4.1 直流發(fā)電機(jī)的工作原理 圖4.2 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電機(jī)的發(fā)展過(guò)程：直流電機(jī)的發(fā)展過(guò)程：永磁定子他勵(lì)定子稀土高強(qiáng)度永磁定子 圖圖 直流電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯 工業(yè)用直流伺服電機(jī)工業(yè)用直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 大起動(dòng)力矩大起動(dòng)力矩 轉(zhuǎn)子是光滑無(wú)槽鐵心，線圈是用絕緣粘合劑貼在鐵心表面

5、。轉(zhuǎn)子是光滑無(wú)槽鐵心，線圈是用絕緣粘合劑貼在鐵心表面。 小慣量轉(zhuǎn)子小慣量轉(zhuǎn)子 減小轉(zhuǎn)子鐵心直徑，增加鐵心長(zhǎng)度；也采用空心轉(zhuǎn)子鐵心。減小轉(zhuǎn)子鐵心直徑，增加鐵心長(zhǎng)度；也采用空心轉(zhuǎn)子鐵心。保證直流伺服電機(jī)起停的即時(shí)性。保證直流伺服電機(jī)起停的即時(shí)性。 改進(jìn)結(jié)構(gòu)使其具有良好的線性伺服性能。改進(jìn)結(jié)構(gòu)使其具有良好的線性伺服性能。4.3 三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(a) t=0 (b) t=T/6 (c) t=T/3 (d) t=T/2 圖4.5 兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)異步交流電機(jī)工作原理異步交流電機(jī)工作原理圖4.4 三相電流的波形圖(a) 鉗放情況 (b) 星形連接接線圖圖4.3 定子三相繞組圖4.

6、4 三相電流的波形圖tIimAsin)32sin(tIimB)34sin(tIimC永磁式同步電機(jī)工作原理永磁式同步電機(jī)工作原理交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)(永磁式同步電機(jī)永磁式同步電機(jī)+光電編碼器光電編碼器)4.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 三相兩極步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件，每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖時(shí)，它便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度，這個(gè)角度稱為步距角，簡(jiǎn)稱為步距。三相三拍工作方式： 正向旋轉(zhuǎn)ABCA步距角60 反向旋轉(zhuǎn)ACBA 三相六拍工作方式： 正向旋轉(zhuǎn)AABBBCCCAA步距角30 反向旋轉(zhuǎn)AACCCBBBAA圖4.6 三相四極反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示

7、意圖(a) A相通電 (b) B相通電 (c) C相通電圖4.7 單三拍通電方式時(shí)轉(zhuǎn)子的位置三相三拍工作方式：三相三拍工作方式：正向旋轉(zhuǎn)ABCA步距角30反向旋轉(zhuǎn)ACBA (a) A相通電 (b) A、B相通電 (c) C相通電 (d) B、C相通電 圖4.8 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電方式三相六拍工作方式：三相六拍工作方式：正向旋轉(zhuǎn)AABBBCCCAA步距角15反向旋轉(zhuǎn)AACCCBBBAA4.5 直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī) 直線電動(dòng)機(jī)：是一種不需要中間轉(zhuǎn)換裝置，而能直直線電動(dòng)機(jī)：是一種不需要中間轉(zhuǎn)換裝置，而能直接作直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)械。接作直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)械。直線電動(dòng)機(jī)種類：直線電動(dòng)機(jī)種類：直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直線感

8、應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線直流電動(dòng)機(jī)直線直流電動(dòng)機(jī)、直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：1）精度高。精度高。直線電動(dòng)機(jī)由于不需要中間傳動(dòng)機(jī)械，因而使整個(gè)機(jī)械得到簡(jiǎn)化，提高了精度，減少了振動(dòng)和噪聲。2）快速響應(yīng)?？焖夙憫?yīng)。用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于不存在中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣量和阻力矩的影響，因而加速和減速時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和正反向運(yùn)行。3）可靠性高?？煽啃愿?。儀表用的直線電動(dòng)機(jī)，可以省去電刷和換向器等易損零件，提高可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。4）裝配靈活性大。裝配靈活性大。往往可將電動(dòng)機(jī)和其它機(jī)件合成一體。 圖4.-9 直線感應(yīng)電機(jī)的形成 直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可以看作是由普通的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)

9、電動(dòng)機(jī)直接演變而來(lái)的。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可以看作是由普通的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接演變而來(lái)的。圖圖4-9 a表示一臺(tái)旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，設(shè)想將它表示一臺(tái)旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，設(shè)想將它沿徑向剖開(kāi)，并將定、轉(zhuǎn)子沿徑向剖開(kāi)，并將定、轉(zhuǎn)子沿圓周方向展成直線沿圓周方向展成直線，如圖，如圖4-9 b，這就得到了最簡(jiǎn)單的平板型直線感應(yīng)電，這就得到了最簡(jiǎn)單的平板型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。動(dòng)機(jī)。 由定子演變而來(lái)的一側(cè)稱作初級(jí)，由轉(zhuǎn)子演變而來(lái)的一側(cè)稱作次級(jí)。由定子演變而來(lái)的一側(cè)稱作初級(jí)，由轉(zhuǎn)子演變而來(lái)的一側(cè)稱作次級(jí)。直線電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式可以是固定初級(jí)，讓次級(jí)運(yùn)動(dòng)，此稱為動(dòng)次級(jí)；相直線電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式可以是固定初級(jí)，讓次級(jí)運(yùn)動(dòng)，此稱為動(dòng)次

10、級(jí)；相反，也可以固定次級(jí)而讓初級(jí)運(yùn)動(dòng)，則稱為動(dòng)初級(jí)。反，也可以固定次級(jí)而讓初級(jí)運(yùn)動(dòng)，則稱為動(dòng)初級(jí)。 4.5.1 直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 圖4-10 直線感應(yīng)電機(jī)的工作原理行波磁場(chǎng)行波磁場(chǎng)：當(dāng)初級(jí)的多相繞組中通入多相電流后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙基波磁場(chǎng)，但是這個(gè)磁場(chǎng)的磁通密度波B是直線移動(dòng)的，故稱為行波磁場(chǎng)。同步速度同步速度：行波的移動(dòng)速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子內(nèi)圓表面上的線速度是一樣的，稱為同步速度。切向電磁力切向電磁力：在行波磁場(chǎng)切割下，次級(jí)導(dǎo)條將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流。所有導(dǎo)條的電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用，便產(chǎn)生切向電磁力。如果初級(jí)是固定不動(dòng)的。那末次級(jí)就順著行波磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的方向作直線運(yùn)動(dòng)?；盥剩夯盥?/p>

11、： ssvvvsa) 短初級(jí) b) 短次級(jí)圖4-11 平板型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)圖4-12 雙邊型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī) U型直線電機(jī) 平板直線電機(jī) 圖4-13 管型直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的形成 4.5.2 直線直流電動(dòng)機(jī)直線直流電動(dòng)機(jī)直線直流電動(dòng)機(jī)類型：直線直流電動(dòng)機(jī)類型：永磁式：功率小、體積小電磁式：功率大、體積大圖4-14 永磁式直線直流電動(dòng)機(jī) a) 單極 b) 兩極1電樞繞組 2極靴 3勵(lì)磁繞組 4電樞鐵心 5非磁性端板 圖4-15 電磁式直線直流電動(dòng)機(jī)4.5.3 直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)： 直接驅(qū)動(dòng)、容易控制、定位精確等優(yōu)點(diǎn)。直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)種類直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)種類：反應(yīng)式、永磁式。

12、 圖4-16 永磁直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理 圖4-16 永磁直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理4.6 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制包括控制電路控制電路、驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路和接接口電路口電路三個(gè)部分。目前，直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)多采用開(kāi)關(guān)型開(kāi)關(guān)型PWM驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)控制方式，弱電控制電路和強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)電路之間也相應(yīng)采用開(kāi)關(guān)型光電隔離開(kāi)關(guān)型光電隔離方式接口連接。 4.6.1 開(kāi)關(guān)型功率接口電路開(kāi)關(guān)型功率接口電路 光電隔離技術(shù)晶閘管接口繼電器輸出接口 固態(tài)繼電器接口 大功率場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)接口 由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口芯片大都采用TTL電平，不能直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，所叨通常在它們之間

13、加一級(jí)驅(qū)動(dòng)器，如7406和7407等。 需要注意，光電耦合器的輸入、輸出端兩個(gè)電源必須單獨(dú)供電，如圖4-17所示。否則，如果使用同一電源 (或共地的兩個(gè)電源)，外部干擾信號(hào)可能通過(guò)電源串到系統(tǒng)申來(lái)，如圖4-18所示，這樣就失去了隔離的意義。 圖4-17 正確的光電隔離 圖4-18 不正確的光電隔離1.光電隔離技術(shù)2.晶閘管接口 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:1-Apr-2011 Sheet of File:E:教學(xué)文件機(jī)電一體化教材機(jī)電一體化課程2010機(jī)制07教案MyDesign.ddbDrawn By:R1RL220V A

14、CSCR1234R2VCC控制信號(hào)圖4-19 控制電路與單向晶閘管接口電路晶閘管晶閘管：是一種大功率電器元件，也稱可控硅。晶閘管特點(diǎn)晶閘管特點(diǎn)：體積小、效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，可作為大功率驅(qū)動(dòng)器件，實(shí)現(xiàn)用小功率控件控制大功率設(shè)備。 3. 繼電器輸出接口繼電器特點(diǎn)繼電器特點(diǎn)：接觸電阻小、流過(guò)電流大、耐高壓；動(dòng)作可靠性和反應(yīng)速度不及晶閘管。 繼電器種類繼電器種類：電壓線圈、電流線圈。 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:1-Apr-2011 Sheet of File:E:教學(xué)文件機(jī)電一體化教材機(jī)電一體化課程201

15、0機(jī)制07教案MyDesign.ddbDrawn By:R11K1KVCC控制信號(hào)K?220V ACUCUCC圖4-20 繼電器接口電路4.4.固態(tài)繼電器接口固態(tài)繼電器接口 固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器 (Solid State Relay)： 簡(jiǎn)稱SSR，是用晶體管或晶閘管代替常規(guī)繼電器的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，而在前級(jí)中與光電隔離器融為一體。固態(tài)繼電器種類固態(tài)繼電器種類：直流型固態(tài)繼電器、交流型固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器特點(diǎn)固態(tài)繼電器特點(diǎn)： 輸入控制電流小、輸出無(wú)觸點(diǎn)、體積小、重量輕、無(wú)機(jī)械噪聲、無(wú)抖動(dòng)和回跳、開(kāi)關(guān)速度快、工作可靠。工業(yè)用直流固態(tài)繼電器工業(yè)用直流固態(tài)繼電器 圖4-22 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路圖 5.大

16、功率場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)接口場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)：輸入阻抗高，關(guān)斷漏電流小、響應(yīng)速度快，在計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)量輸出控制中也常作為開(kāi)關(guān)元件使用。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:1-Apr-2011 Sheet of File:E:教學(xué)文件機(jī)電一體化教材機(jī)電一體化課程2010機(jī)制07教案MyDesign.ddbDrawn By: GDS圖4-23 N型大功率場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)及元件G：控制柵極，D：漏極，S：源極。當(dāng)G為高電平時(shí)，源極與漏極導(dǎo)通，允許電流通過(guò)。否則，場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷。 4.6.2 4.6.2 直流電機(jī)直流電機(jī)PWMPWM驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)方式（

17、PULSE WIDTH MODULATE）1.PWM功率驅(qū)動(dòng)接口工作原理 圖4-25 PWM功率驅(qū)動(dòng)接口組成框圖123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:29-Mar-2011Sheet of File:H:機(jī)電一體化教材機(jī)電一體化課程2010機(jī)制07教案MyDesign.ddbDrawn By:U1=0VUTU1+UTUS0V0V0V0VU10VUTU1+UTUS0V0V0V0VU10VUTU1+UTUS0V0V0V0VU10VUTU1+UTUS0V0V0V0V (a) (b) (c)圖4-28 單極性PWM脈寬調(diào)制波形123456AB

18、CD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Mar-2011Sheet of File:E:教學(xué)文件機(jī)電一體化教材機(jī)電一體化課程2010機(jī)制07教案MyDesign.ddbDrawn By:D1 D1 DC2 A-+ DC MOTORD2 D2 DC1 V1 V2 （a） （b） 圖4-29 功率放大電路123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Mar-2011Sheet of File:E:教學(xué)文件機(jī)電一體化教材機(jī)電一體化課程2010機(jī)制07教案MyDesign.ddbDrawn By:

19、A-+ DC MOTORQ1 D1 DC V12功率放大電路 功率放大器是PWM功率接口的主電路，分為單極性和雙極性兩種。 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Mar-2011Sheet of File:E:教學(xué)文件機(jī)電一體化教材機(jī)電一體化課程2010機(jī)制07教案MyDesign.ddbDrawn By:Q5 Q4 Q6 Q3 Q1 Q2 D1 D2 D3 D4 R55.1KR65.1KR21KR31KR41KR11KA-+ DC MOTORDC V1 V2 V3 V4圖4-30 H橋功率放大電路4.6.3 IR2130S4.

20、6.3 IR2130S三相驅(qū)動(dòng)控制集成芯片三相驅(qū)動(dòng)控制集成芯片 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:20-Jun-2011Sheet of File:E:教學(xué)文件機(jī)電一體化教材機(jī)電一體化課程2010機(jī)制07教案MyDesign.ddbDrawn By:T1 T2 T6 T4 T3 T5 Ri0.1DCR2100R4100R6100R5100R3100R1100Q5VS3Q3VS2Q1VS1Q2Q4Q6UVWQ1Q3Q5Q2Q4Q6HIN12HIN23HIN34LIN15LIN26LIN37FLT8ITRIP9CAO10CA-11Vs

21、o13LO314LO215LO116NC17Vs318HO319Vb320NC21Vs222HO223Vb224NC25Vs126HO127Vb12815V1MGND12U1IR2130S+15VVb1Vb2Vb3Vs1Vs2Vs3PWM1PWM3PWM5PWM2PWM4PWM6IvVs1Vs2Vs3Vb1Vb2Vb3D1D2D3 +15V+C14.7u+C24.7u+C34.7u圖4-31 PWM直流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路原理圖4.7 4.7 交流伺服電機(jī)控制交流伺服電機(jī)控制交流伺服系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：交流伺服系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)： 1) 無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。 2) 定子繞組散熱比較方便。

22、 3) 慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。 4) 適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。 5) 同功率下有較小的體積和重量。 1.1.位置控制方式位置控制方式 指令脈沖（PULS）、指令符號(hào)（SIGN）、清除脈沖（CLR）。 2.2.速度控制方式速度控制方式 模擬電壓信號(hào)（-5V+5V）到速度信號(hào)輸入端就可以控制交流伺服電機(jī)的速度。3.3.扭矩控制方式扭矩控制方式 模擬電壓信號(hào)（-5V+5V）到扭矩信號(hào)輸入端就可以控制交流伺服電機(jī)的扭矩。 （a）控制信號(hào)連接方式 （b）控制信號(hào)波形 圖4-32 交流伺服驅(qū)動(dòng)器位置控制方式圖4-33 交流伺服驅(qū)動(dòng)器速度控制方式圖4-34 交流伺服驅(qū)動(dòng)器扭矩控制方式第第1 章章

23、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)緒論機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)緒論4.8 電電-氣比例閥、伺服閥氣比例閥、伺服閥電電-氣比例閥和伺服閥種類：氣比例閥和伺服閥種類：壓力式比例/伺服閥、流量式比例/伺服閥。壓力式比例壓力式比例/伺服閥：伺服閥：將輸給的電信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為氣體壓力；流量式比例流量式比例/伺服閥：伺服閥：將輸給的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣體流量。4.8.1滑閥式電氣方向比例閥 流量式四通或五通比例控制閥可以控制氣動(dòng)執(zhí)行元件在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)速度，這類閥也稱方向比例閥， 直流比例電磁鐵1、閥芯2、閥套3、閥體4、位移傳感器5和控制放大器6 圖4-35 方向比例控制閥結(jié)構(gòu)控制放大器的主要作用是：1) 將位移傳感器的輸出信號(hào)

24、進(jìn)行放大；2) 比較指令信號(hào)Ue和位移反饋信號(hào)Uf，得到兩者的差植U；3) 將U放大，轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)I輸出。此外，為了改善比例閥的性能，控制放大器含有對(duì)反饋信號(hào)Uf和電壓差U的處理環(huán)節(jié)。比如狀態(tài)反饋控制和PID調(diào)節(jié)等。4.8.2 滑閥式二級(jí)方向伺閥滑閥式二級(jí)方向伺閥動(dòng)圈式二級(jí)方向伺服閥動(dòng)圈式二級(jí)方向伺服閥：主要由動(dòng)圈式力馬達(dá)、噴嘴擋板式氣動(dòng)放大器、滑閥式氣動(dòng)放大器、反饋彈簧等組成。噴嘴檔板氣動(dòng)放大器做前置級(jí)前置級(jí)，滑閥式氣動(dòng)放大器做功功率級(jí)率級(jí)。圖4-36 動(dòng)圈式二級(jí)方向伺服閥4.8.3 4.8.3 動(dòng)圈式壓力伺服閥動(dòng)圈式壓力伺服閥 動(dòng)圈式力馬達(dá)1、噴嘴2、擋板3、固定節(jié)流口4、閥芯5、閥體6

25、、復(fù)位彈簧7、租尼孔8 圖4-37是一種壓力伺服閥壓力伺服閥壓力伺服閥：將電信號(hào)成比例地轉(zhuǎn)換為氣體壓力輸出。 （a）一個(gè)周期的脈沖波 （b）調(diào)制量與平均輸出關(guān)系 圖4-39 一個(gè)周期的脈沖波及調(diào)制量 與平均輸出的關(guān)系4.8.4 4.8.4 脈寬調(diào)制伺服閥脈寬調(diào)制伺服閥 脈寬調(diào)制氣動(dòng)伺服閥脈寬調(diào)制氣動(dòng)伺服閥： 一種數(shù)字式伺服控制，采用的控制閥是開(kāi)關(guān)式氣動(dòng)電磁閥，與模擬式伺服閥不同。 脈 寬 調(diào) 制 器 數(shù) 字 放 大 器 氣 動(dòng) 執(zhí) 行 元 件 氣 動(dòng) 電 磁 閥 檢 測(cè) 及 變 換 元 件負(fù) 載脈 寬 調(diào) 制 伺 服 系 統(tǒng) 方 塊 圖一個(gè)周期的脈沖波；調(diào)制量與平均輸出關(guān)系。圖4-38 脈寬調(diào)

26、制伺服系統(tǒng)方塊圖1-電磁鐵；2-銜鐵；3-閥芯；4-閥體；5-反饋彈簧；6-氣缸。圖4-40 滑閥式脈寬調(diào)制伺服閥的結(jié)構(gòu)原理圖該系統(tǒng)可以根據(jù)輸入的電信號(hào)使氣缸活塞在任意位置定位。4.8.5 電電氣比例伺服系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例氣比例伺服系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例（柔性定位伺服氣缸、位置伺服控制系統(tǒng) ）控制閥伺服閥 氣缸位移傳感器 柔性定位伺服氣缸原理圖 （a)系統(tǒng)原理圖；(b)系統(tǒng)方塊圖1、2-氣缸；3-位移傳感器；4-控制放大器（a）系統(tǒng)原理圖（b）系統(tǒng)方塊圖1、2氣缸；3位移傳感器；4-控制放大器 圖4-41 柔性定位伺服氣缸原理圖4.9 電電-液比例閥、伺服閥液比例閥、伺服閥 4.9.1 電液伺服閥電液伺服

27、閥：電液伺服閥： 由電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換器和液壓放大器兩部分組成。閥的輸入為小功率電流信號(hào)，輸出為大功率的液壓信號(hào)。 圖4-42 電液伺服閥的基本構(gòu)成永久磁鐵1、導(dǎo)磁體2、銜鐵3、控制線圈4和彈簧管5 圖4-43 QDY電液伺服閥 無(wú)電流信號(hào)輸入時(shí)，永久磁鐵1在a、b、c、d四個(gè)氣隙中形成的磁通g是相同的，銜鐵3由彈簧管5支撐在上、下導(dǎo)磁體2的中間位置，此時(shí)擋板9處于兩個(gè)噴嘴6的中間，控制壓力p1P=p2P，滑閥7在反饋桿10小球的約束下也處于中位置。當(dāng)輸入控制電流信號(hào)時(shí)，控制線圈4便產(chǎn)生相應(yīng)的控制磁通c，在圖2-43所示情況下，氣隙b、c中c與g方向相同，而a、d中c與g方向相反，致使b、c中的合成

28、磁通大于a、d中的合成磁通，于是在銜鐵上產(chǎn)生一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻拇帕?，使其繞彈簧管中心逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，使擋極向右偏移，結(jié)果使控制壓力p2P大于p1P，推動(dòng)滑閥左移，同時(shí)使反饋桿產(chǎn)生彈性變形，又對(duì)銜鐵擋板組伴形成一個(gè)反向力矩，當(dāng)作用在銜鐵擋板組件上的磁力矩、彈簧管阻力矩、反饋桿反力矩相平衡時(shí)，滑閥便停在一個(gè)平衡位置上，輸出相應(yīng)流量。在閥的負(fù)載壓力一定時(shí)，輸出流量大小決定于輸入控制電流大小，輸出流量的方向亦由輸入控制電流方向決定。 由于滑閥的位置是通過(guò)反饋桿的變形力反饋到銜鐵上使諸力平衡所決定的，所以也稱為力反饋式電液伺服閥。又因?yàn)椴捎脙杉?jí)液壓放大，故又稱為力反饋兩級(jí)電液伺服閥。8是固定節(jié)流孔。3-導(dǎo)磁體，4-控制線圈，5-銜鐵，6-彈簧管，7-擋板，8-噴嘴，9-反饋桿，10-閥芯，11-固定節(jié)流孔，12-蓋，13-濾油器。 圖4-44 工業(yè)伺服閥圖4-45 帶電反饋的電液伺服閥 功率級(jí)滑閥閥芯4位置由位移傳感器8檢測(cè)，由集成電路5向傳感器提供激磁電壓。并調(diào)制其輸出電壓后反饋到放大器7的輸入端形成位置閉環(huán)。工作原理是當(dāng)輸入控制電信號(hào)經(jīng)大后輸入力矩馬達(dá)，