《紡織機(jī)電一體化》教學(xué)課件-05機(jī)電一體化中的執(zhí)行元件與伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

1第五章機(jī)電一體化中的執(zhí)行元件與伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)了解伺服控制技術(shù)的相關(guān)基本概念了解直流電動(dòng)機(jī)的工作原理、特性掌握直流及交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法了解直流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)的基本原理了解交流伺服系統(tǒng)的基本原理及其產(chǎn)品了解步進(jìn)電機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)了解液壓執(zhí)行元件及其伺服系統(tǒng)的原理及應(yīng)用了解氣壓執(zhí)行元件及其伺服系統(tǒng)的原理及應(yīng)用了解新型電氣驅(qū)動(dòng)單元的基本概念本章知識(shí)點(diǎn)2第一節(jié)伺服控制技術(shù)概述第二節(jié)直流電動(dòng)機(jī)及其伺服控制系統(tǒng)第三節(jié)交流電動(dòng)機(jī)及其伺服控制系統(tǒng)第四節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)第五節(jié)液壓執(zhí)行元件及其伺服控制第六節(jié)氣壓執(zhí)行元件及其伺服控制第七節(jié)新型電氣驅(qū)動(dòng)單元本章目錄3執(zhí)行元件的功能及分類執(zhí)行元件是處于執(zhí)行機(jī)構(gòu)與電子控制裝置接口部位的能量轉(zhuǎn)換部件，它能在電子控制裝置控制下，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。執(zhí)行元件電氣式電動(dòng)機(jī)磁致伸縮件壓電元件電磁鐵液壓式往復(fù)液壓缸液壓電動(dòng)機(jī)氣壓式氣缸氣壓電動(dòng)機(jī)4機(jī)電控制系統(tǒng)對(duì)控制用執(zhí)行元件的要求要有良好的可控性，在控制信號(hào)到來(lái)之前靜止不動(dòng)，控制信號(hào)不為零時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方向與速度完全取決于控制信號(hào)的大小、極性或相位，而且轉(zhuǎn)速與控制信號(hào)具有線性調(diào)節(jié)特性。功率密度和比功率大?？焖傩院茫醇铀俎D(zhuǎn)矩大。頻響特性好。位置控制精度高。調(diào)速范圍寬。低速運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象。分辨率高，振動(dòng)噪聲小。適應(yīng)頻繁起停的工作要求。運(yùn)行可靠，且易于計(jì)算機(jī)控制。5第一節(jié)伺服控制技術(shù)概述“伺服”來(lái)源于Servo的音譯，伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入指令信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，從而獲得精確的位置、速度及動(dòng)力輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服控制過(guò)程一般是以能量較弱的電信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)或輸出力等的有效控制，伺服系統(tǒng)具備明顯的“功率放大”作用。對(duì)伺服系統(tǒng)性能的主要要求包括穩(wěn)定性、工作精度和快速響應(yīng)性。穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在輸入及干擾的作用下，在短時(shí)間調(diào)節(jié)后能恢復(fù)到原有的或新的平衡狀態(tài)的能力。精度是系統(tǒng)的輸出對(duì)于輸入信號(hào)符合的程度，快速響應(yīng)反映系統(tǒng)輸出對(duì)于輸入信號(hào)跟隨的速度，這兩方面的要求既相互聯(lián)系，又相互制約，在設(shè)計(jì)、調(diào)試系統(tǒng)時(shí)要綜合考慮。6一伺服系統(tǒng)的分類按控制原理伺服系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。輸入信號(hào)輸入信號(hào)處理控制信號(hào)功率放大運(yùn)動(dòng)執(zhí)行單元運(yùn)動(dòng)輸出輸入信號(hào)控制信號(hào)比較處理控制信號(hào)功率放大運(yùn)動(dòng)執(zhí)行單元運(yùn)動(dòng)輸出反饋信號(hào)處理輸出信號(hào)檢測(cè)輸入信號(hào)控制信號(hào)比較處理控制信號(hào)功率放大運(yùn)動(dòng)執(zhí)行單元運(yùn)動(dòng)輸出反饋信號(hào)處理輸出信號(hào)檢測(cè)7連續(xù)控制與采樣控制按傳遞信息的不同，伺服系統(tǒng)可分為連續(xù)控制與采樣控制。連續(xù)控制系統(tǒng)又稱為模擬控制系統(tǒng)，其發(fā)展最早。模擬控制系統(tǒng)中傳遞的信號(hào)是模擬量。采樣控制系統(tǒng)中的信號(hào)是脈沖序列數(shù)字編碼，通過(guò)采樣開(kāi)關(guān)把模擬量轉(zhuǎn)化為離散量，故這類系統(tǒng)又稱作脈沖控制系統(tǒng)或離散控制系統(tǒng)。與連續(xù)控制系統(tǒng)相比，采樣控制有更高的可靠性、穩(wěn)定性、靈活性及更高的精度。按被控量的不同性質(zhì)，伺服系統(tǒng)又分為位置控制、速度或加速度控制、力或力矩控制等伺服系統(tǒng)。8二伺服系統(tǒng)的反饋輸出檢測(cè)中包含的噪聲使伺服控制性能變壞，有效的反饋可以減少這些不確定性的影響、補(bǔ)償各種因素所引起的誤差。反饋環(huán)節(jié)在閉環(huán)運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)中起著十分重要的作用。應(yīng)用反饋后，便形成了從輸入、系統(tǒng)、輸出、測(cè)量、比較誤差再到輸入的一個(gè)環(huán)路，因而也構(gòu)成了一個(gè)包含原系統(tǒng)在內(nèi)的一個(gè)新的閉環(huán)系統(tǒng)。這種構(gòu)成的關(guān)鍵問(wèn)題是新閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性。反饋環(huán)節(jié)由運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量單元（傳感器）和反饋信號(hào)處理電路（反饋接口電路）組成。測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器等是常用模擬量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳感器，而旋轉(zhuǎn)編碼器、感應(yīng)同步器、圓光柵、圓磁柵等是常用數(shù)字式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量傳感器。9三控制的實(shí)時(shí)性與控制的準(zhǔn)確性絕大部分機(jī)電系統(tǒng)都是有慣性負(fù)載的二階系統(tǒng)，其大部分輸出都不可能“立即”反映輸入控制信號(hào)的要求，這就引出實(shí)時(shí)性問(wèn)題。當(dāng)加在m上的力f(t)(被測(cè)量力)為階躍信號(hào)時(shí)，無(wú)論模型的參數(shù)如何，輸出位移x(f)都不能立即達(dá)到目的值，而是逐步“逼近”最終值。減小阻尼系數(shù)能夠使位移變動(dòng)快，但不易穩(wěn)定，加大阻尼系數(shù)使位移的變化趨向穩(wěn)定，但穩(wěn)定速度卻又變慢。總之，“快”和“穩(wěn)”、或者說(shuō)“實(shí)時(shí)性”與“準(zhǔn)確性”對(duì)不變參數(shù)的系統(tǒng)而言永遠(yuǎn)是有矛盾的。

x(t)1234控制目標(biāo)1.稍有阻尼2.較小阻尼3.較大阻尼4.大阻尼mx(t)f(t)kcm－k－c模型階躍響應(yīng)10第二節(jié)直流電動(dòng)機(jī)及其伺服控制系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)是按通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的原理進(jìn)行工作的。為維持電樞的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)上還需要設(shè)置為電樞電流換向的裝置。普通直流電動(dòng)機(jī)的換向是依靠電刷來(lái)完成的，電樞線圈的兩端接在換向片上，換向片通過(guò)電刷與外部直流電源接通使工作在一定位置的線圈導(dǎo)線之電流方向保持不變，達(dá)到電流換向的目的。

1112直流電動(dòng)機(jī)的換向改變電樞電流方向及及改變主磁場(chǎng)方向。直流電動(dòng)機(jī)電樞線圈是感性負(fù)載，在電刷換向時(shí)，容易在電刷和換向片之間產(chǎn)生電弧放電現(xiàn)象，引起電刷的磨損、電火花電磁干擾等問(wèn)題，電刷和換向器的存在增大了摩擦轉(zhuǎn)矩，這些問(wèn)題除了會(huì)造成組件損壞之外，使用場(chǎng)合也受到限制，壽命較低，需要定期維修，使用維護(hù)較麻煩，給直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用造成一定的問(wèn)題。

NNNSSSFFFFFFnnnIII（a）（b）（c）13直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性表示直流電機(jī)工作轉(zhuǎn)速主要取決于電樞線圈電壓，在某一電源電壓下，隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增大，因?yàn)殡姌芯€圈中電流的增加加大了線圈電阻上的壓降，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，這種現(xiàn)象在工程上稱為動(dòng)力源特性的“硬”、“軟”。線圈電阻越小，電機(jī)的機(jī)械特性越硬。似乎直流電動(dòng)機(jī)可以輸出無(wú)限大的轉(zhuǎn)矩，但當(dāng)電樞線圈中的電流過(guò)大時(shí)，過(guò)高的溫升將破壞線圈繞組的絕緣，使電動(dòng)機(jī)損壞。

nTuaO機(jī)械特性

n——電機(jī)轉(zhuǎn)速；Ua——電樞線圈電壓；Ra——電樞線圈的電阻；Ф——定子磁通；Ke——感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；Km——轉(zhuǎn)矩常數(shù)；T——電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。14直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性調(diào)速特性圖說(shuō)明：電樞線圈電壓越高，電機(jī)工作轉(zhuǎn)速越高，兩者基本成線性關(guān)系。當(dāng)電動(dòng)機(jī)要求的輸出轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，需要以更高的電源電壓才能實(shí)現(xiàn)原定的工作轉(zhuǎn)速。

uaTO調(diào)速特性n15直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)于靠勵(lì)磁線圈產(chǎn)生定子磁場(chǎng)的直流電動(dòng)機(jī)，一旦勵(lì)磁失效，直流電機(jī)定子磁場(chǎng)將降至剩磁水平，轉(zhuǎn)子在原有轉(zhuǎn)速下只能產(chǎn)生較小的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，直流電機(jī)電樞電流電流將急劇增加，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生極高的轉(zhuǎn)速，這就是勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)可能產(chǎn)生的“飛車”事故，在使用中要引起注意保證勵(lì)磁的有效。

n——電機(jī)轉(zhuǎn)速；Ua——加在電樞線圈上的電壓；Ra——電樞線圈的電阻；Ф——定子磁通；Ke——感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)及磁場(chǎng)相關(guān)；Km——轉(zhuǎn)矩常數(shù)；T——電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。16直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式直流電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)可以通過(guò)調(diào)節(jié)電樞繞組的電阻、改變定子磁通或調(diào)節(jié)電樞電壓實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)電樞繞組電阻調(diào)速使機(jī)械特性變軟，只能用于軟特性的電動(dòng)機(jī)。改變勵(lì)磁電流，一般只能通過(guò)增大勵(lì)磁電路串聯(lián)的外加電阻來(lái)減小勵(lì)磁電流，當(dāng)電樞電壓和電阻不變時(shí)，減小磁通，使理想空載轉(zhuǎn)速升高，同時(shí)使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增大而下降的數(shù)量增大，因此機(jī)械特性變軟。調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速是直流電機(jī)調(diào)速最有效、最常用的方法。

17二可控硅調(diào)壓晶閘管是硅晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，又程可控硅，有單向?qū)ǖ目煽匦?。?dāng)電路中陽(yáng)極A的電位高于陰極K時(shí)，同時(shí)在門(mén)極G施加高于陰極K的電壓，門(mén)極將承受正向門(mén)極電壓，晶閘管則由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管一旦導(dǎo)通后，無(wú)論門(mén)極電壓是正向還是反向，均不影響其導(dǎo)通狀態(tài)，也不影響晶閘管中陽(yáng)極電流的大小。只有在陽(yáng)極電流減小到某一數(shù)值以下或又一次加上反向陽(yáng)極電壓時(shí)，晶閘管才能由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)施加反向電壓時(shí)，門(mén)極與陰極之間無(wú)論施加何種極性的電壓，均不能使晶閘管由關(guān)斷轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通。即晶閘管具有單向?qū)ǖ目煽靥匦浴＃ㄒ唬┛煽毓鐺陰極G門(mén)極A陽(yáng)極18（二）觸發(fā)角方式單相半波可控硅調(diào)壓電路控制觸發(fā)脈沖疏密程度，即可調(diào)整在全部工作歷程中可控硅導(dǎo)通所占的比重，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電壓和電流大小的目的。用兩只可控硅或配合二極管可以組成橋式全波整流電路。u1uVTu2udidugVTRdT單相半波可控硅調(diào)壓電路OOOOαθαθωtωtωtωtuguduVT電壓、電流波形圖u2對(duì)門(mén)極施加觸發(fā)脈沖使可控硅導(dǎo)通后，其導(dǎo)通狀態(tài)將一直持續(xù)到電源電壓U2降到零為止。19對(duì)可控硅的觸發(fā)，傳統(tǒng)都選用與交流電源頻率同步的方式，將觸發(fā)點(diǎn)都控制在交流電源每一變化周期起始點(diǎn)后的某一相位角度位置（觸發(fā)角），觸發(fā)角越小、效果電壓越高，反之越小。如用積分方式計(jì)算，輸出到電阻負(fù)載上的平均電壓：電壓的有效值：20可控硅觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生電位器Rf調(diào)節(jié)電容的充電時(shí)間，當(dāng)電容上的電壓達(dá)到單結(jié)晶體管的轉(zhuǎn)折電壓（峰點(diǎn)）時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，負(fù)載電阻Rf上產(chǎn)生電壓信號(hào)，同時(shí)，電容迅速放電使發(fā)射極的電壓又下降至截止?fàn)顟B(tài)，由此周而復(fù)始，不斷產(chǎn)生由電容充電時(shí)間控制的脈沖信號(hào)。Rt+_R1R2Rfub1b1b2Ce

觸發(fā)脈沖發(fā)生器21脈寬調(diào)壓脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation，PWM）技術(shù)在進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，電源為直流固定電壓，在規(guī)定的開(kāi)關(guān)頻率下，根據(jù)控制信號(hào)的大小改變每一周期內(nèi)大功率晶體管或功率場(chǎng)效應(yīng)管“接通”與“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短，從而使直流電壓的占空比得到改變，達(dá)到改變輸出電壓平均值的目的。主電路簡(jiǎn)單，所用的功率元件少?？刂朴瞄_(kāi)關(guān)頻率較高，對(duì)電網(wǎng)諧波干擾小，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱較小。電壓調(diào)節(jié)的范圍寬，調(diào)節(jié)的精度相對(duì)較高。主電路的導(dǎo)通損耗小，裝置的效率高。電網(wǎng)的功率因素較高。與可控硅觸發(fā)角方式調(diào)壓相比，脈寬調(diào)壓有以下優(yōu)點(diǎn)：22簡(jiǎn)單脈寬調(diào)壓電路脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)Ub施加到大功率晶體管VT的基極時(shí)，晶體管即依據(jù)Ub的極性對(duì)US進(jìn)行脈寬調(diào)制。晶體管的開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)1～4kHz，經(jīng)該電路調(diào)制后的電流波形不會(huì)有大的起伏。電路中的二極管VD起續(xù)流作用。UbDVDC+_USVT+_ttooUDlav23可正反向轉(zhuǎn)動(dòng)的脈寬調(diào)壓電路VTl與VT4為一對(duì)，控制一個(gè)轉(zhuǎn)向，VT3與VT2成另一對(duì)，控制另一轉(zhuǎn)向。相應(yīng)的控制信號(hào)也成對(duì)同步輸入。VT1VD1Ub1VD3VT3Ub3VT2VD2Ub2VD4VT4Ub4ABM132+US24五直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與小型直流電動(dòng)機(jī)相同，將輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸上的角位移或角速度量。其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向隨輸入信號(hào)的變化而變化，并具有一定的負(fù)載能力。自動(dòng)控制系統(tǒng)要求直流伺服電動(dòng)機(jī)的可控性好且運(yùn)行穩(wěn)定，為滿足該要求，直流伺服電動(dòng)機(jī)大都采用他勵(lì)或永磁勵(lì)磁方式，并在設(shè)計(jì)中力求磁路不飽和、電樞反應(yīng)影響甚微、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小。直流伺服電動(dòng)機(jī)的功率一般都很小，約在幾瓦至幾百瓦之間，采用電樞控制或磁場(chǎng)控制方式。25小貫量直流伺服電動(dòng)機(jī)為減小電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)貫量，小貫量直流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成光滑無(wú)槽鐵芯的形式，電樞線圈用絕緣黏合劑直接貼于鐵芯表面。轉(zhuǎn)子直徑較小，長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，使電動(dòng)機(jī)能夠得到相同的輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)貫量只有一般直流電機(jī)的十分之一，電機(jī)時(shí)間常數(shù)只有幾毫秒（一般電動(dòng)機(jī)至少為幾十毫秒）。由于轉(zhuǎn)子沒(méi)有開(kāi)槽，運(yùn)轉(zhuǎn)均衡性好，低速狀態(tài)無(wú)爬行現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子直徑小，散熱面積小，電機(jī)熱慣性小，承受過(guò)載的時(shí)間不能太長(zhǎng)。就電動(dòng)機(jī)本身而言，小貫量利于伺服工作中的頻繁啟停，但當(dāng)負(fù)載的慣性在系統(tǒng)中占主要作用時(shí)，由于負(fù)載動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的多變和不穩(wěn)定，易導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的失誤甚至失敗。26大貫量直流伺服電動(dòng)機(jī)大慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)又稱大慣量寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)與普通直流電動(dòng)機(jī)比較相似。由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量較大，系統(tǒng)中負(fù)載部分的慣量影響已經(jīng)不占主導(dǎo)地位，負(fù)載的變化及不穩(wěn)定對(duì)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的作用就較小，使系統(tǒng)能夠比較正常地工作，這是在電動(dòng)機(jī)工作品質(zhì)得到很大提高以后出現(xiàn)的比較先進(jìn)的控制方案。這種電機(jī)一般采用恒定強(qiáng)磁材料制成的恒磁定子及一系列相應(yīng)結(jié)構(gòu)，使電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩很大，轉(zhuǎn)子的熱容量高，熱時(shí)間常數(shù)大，加上電樞線圈的絕緣材料耐高溫性能較好，因而電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力很強(qiáng)，使其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性仍然很好。27直流力矩電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)是一種低速、大轉(zhuǎn)矩永磁式直流伺服電機(jī)。轉(zhuǎn)子呈扁平狀，長(zhǎng)度與直徑之比為1:5?？梢蚤L(zhǎng)期在低速、甚至堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下運(yùn)行，并產(chǎn)生足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩。只要準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)輸入電樞線圈的工作電流，就可以十分方便地控制電動(dòng)機(jī)的輸出力矩。考核直流力矩電動(dòng)機(jī)的主要指標(biāo)是輸出轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)重量和消耗功率。直流力矩電動(dòng)機(jī)參數(shù)范圍很寬，小到直徑幾十毫米、轉(zhuǎn)矩零點(diǎn)幾?！っ祝笾林睆揭幻滓陨?、轉(zhuǎn)矩達(dá)幾千?！っ?。轉(zhuǎn)速的適應(yīng)范圍也極大，從每分鐘幾百轉(zhuǎn)到每小時(shí)幾轉(zhuǎn)、每日幾轉(zhuǎn)，甚至數(shù)月只有一轉(zhuǎn)的極低轉(zhuǎn)速。28動(dòng)圈式轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)杯型電樞線圈轉(zhuǎn)子的電樞線圈靠特殊芯軸繞制成杯型，恒磁材料與導(dǎo)磁體分別設(shè)計(jì)成圓柱或圓筒狀，以便形成圓筒形的、可容納杯型電樞線圈的閉合磁場(chǎng)，恒磁材料的內(nèi)置還是外置取決于電動(dòng)機(jī)具體的體積及功率要求。將導(dǎo)磁材料與電樞線圈導(dǎo)線完全分離，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分是在內(nèi)、外磁場(chǎng)間隙中通電、受力的導(dǎo)線，可大大減小電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。線繞盤(pán)式電樞起驅(qū)動(dòng)作用的導(dǎo)線有效部分沿徑向呈放射狀分布，恒磁材料磁極和導(dǎo)磁體布置在電樞軸向的前后兩側(cè)。1.電動(dòng)機(jī)軸2.電樞線圈3.換向片1.導(dǎo)磁體2.磁極3.線圈29六直流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用電樞控制方式控制直流伺服電機(jī)時(shí)，勵(lì)磁繞組由恒定電壓源供電，用以產(chǎn)生恒定磁通，電樞繞組為控制繞組，接控制電壓U，U＝0時(shí)，電樞電流I＝0，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩T＝0，轉(zhuǎn)子靜止，U、I、及T不等于0時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，U極性變化，I改變方向，T反向，電機(jī)轉(zhuǎn)向發(fā)生變化。電樞控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式一般為永磁式，這樣可以減小電機(jī)體積，簡(jiǎn)化控制線路，提高可靠性。采用磁場(chǎng)控制方式控制直流伺服電機(jī)時(shí)，電樞繞組由恒定電壓源供電，勵(lì)磁繞組為控制繞組，接控制電壓。勵(lì)磁繞組電感較大，電磁慣性較大，響應(yīng)較電樞控制方式慢，故磁場(chǎng)控制方式的伺服性稍差，只在某些小功率場(chǎng)合采用。直流伺服電動(dòng)機(jī)主要采用電樞控制方式。30（一）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖然在恒定激磁時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)電樞繞組電壓調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，但由于工作電流在電樞繞組內(nèi)阻上的電壓降，使電動(dòng)機(jī)實(shí)際工作轉(zhuǎn)速將隨外負(fù)載的加大而有所減小，從而增加了直流電機(jī)調(diào)速的復(fù)雜性。為控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，首先需對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。31電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電壓為ui，TG輸出的反饋電壓uf串聯(lián)在控制信號(hào)ui上，模塊2的輸入電壓ur為差值uc之比例與積分的疊加。電機(jī)起動(dòng)時(shí)uf＝0，運(yùn)放1的輸入uc最大，若無(wú)積分作用，ur將最大、起動(dòng)過(guò)程將很快，直至在設(shè)定的工作轉(zhuǎn)速下ui與uf之差達(dá)到預(yù)定數(shù)值，但由于此時(shí)靠ui與uf之差進(jìn)行控制，系統(tǒng)存在靜差，由于積分作用，只要有信號(hào)變動(dòng)，就有輸入電壓ur，可以無(wú)靜差。隨著轉(zhuǎn)速的升高，uf提高，控制逐步趨于平穩(wěn)。R3可調(diào)節(jié)負(fù)反饋深度，運(yùn)算放大模塊周邊的電阻可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制增益。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋使電機(jī)工作特性變硬。TG：測(cè)速發(fā)電機(jī)模塊2：電壓脈沖轉(zhuǎn)換模塊模塊3：功率放大驅(qū)動(dòng)模塊ECRi+R1ui1+_23RfR2RaR3ufucCfurTGM+L32（二）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)置相互串聯(lián)的轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的輸出作為電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的輸入，電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的輸出送到模塊2，控制PWM及功放模塊輸出。電流調(diào)節(jié)環(huán)在內(nèi)，稱電流內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)在外，叫轉(zhuǎn)速外環(huán)。電流負(fù)反饋充分利用了直流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，使在起、制動(dòng)過(guò)程中始終保持最大電流（即最大轉(zhuǎn)矩），電動(dòng)機(jī)能以最大角加速度啟動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又讓電流（轉(zhuǎn)矩）立即下降，最后使電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡、以穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。TA：電路互感器TG：測(cè)速發(fā)電機(jī)模塊2：壓頻轉(zhuǎn)換模塊3：功放驅(qū)動(dòng)ECRi+R1ui1+_23RfR2RR3ufCfur2TGM+iaR41i+_R0R5R0C0ur1+TA33第三節(jié)交流電動(dòng)機(jī)及其伺服控制系統(tǒng)與直流電動(dòng)機(jī)相比，交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，獲取能源方便，壽命長(zhǎng)，而且，單機(jī)容量高、工作轉(zhuǎn)速高。在傳統(tǒng)的控制方法中，交流電機(jī)的控制電路比較復(fù)雜，但是，隨著微電子技術(shù)和交流變頻技術(shù)的快速發(fā)展，加上高性能材料及精密加工等新技術(shù)的日新月異，交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來(lái)的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī)。

34交流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)可以分為交流同步電動(dòng)機(jī)和交流異步電動(dòng)機(jī)，其中最常用的是三相交流異步電動(dòng)機(jī)，而異步電動(dòng)機(jī)中按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以分為鼠籠式和繞線式電動(dòng)機(jī)。35交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的基本原理

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異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子受力及轉(zhuǎn)動(dòng)分析磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率<1?r/mn0——異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，r/m；n——異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/m；

f——定子繞組交流電的頻率，Hz；P——電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。37三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作特性電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間的轉(zhuǎn)矩為T(mén)S，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)距會(huì)加大，使電機(jī)更快地加速。在繞過(guò)最大轉(zhuǎn)矩Tmax拐角點(diǎn)后，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入與直流電動(dòng)機(jī)外特性類似的工作區(qū)域，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩基本呈線性關(guān)系，而且比較“硬”。電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的最高工作轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速。三相交流異步電機(jī)只能在有限的工作轉(zhuǎn)矩條件下工作，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩接近其最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此，電動(dòng)機(jī)額定工作轉(zhuǎn)矩一般都大約認(rèn)定在起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的二分之一位置，以保證電機(jī)工作可靠。UDTTmaxTSTTTLn0n38交流同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)(SM)一般采用恒磁材料制作轉(zhuǎn)子以形成固定的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極性，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置，在定子中以三相交流電動(dòng)機(jī)的方式建立規(guī)定的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這樣，在磁極的耦合作用下，除非電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩超出其工作極限，否則轉(zhuǎn)子將永遠(yuǎn)按同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。同步電動(dòng)機(jī)比異步伺服電動(dòng)機(jī)容易控制，其轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理與直流伺服電動(dòng)機(jī)相同。同步電動(dòng)機(jī)常用在對(duì)轉(zhuǎn)速要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，如老式電鐘的電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理是一樣的，都靠磁極間的吸引力來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，但在控制的方式上存在著本質(zhì)的區(qū)別。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng)變化是突變式的，而同步電動(dòng)機(jī)定子磁場(chǎng)為連續(xù)回轉(zhuǎn)方式。永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于完全成熟，具備優(yōu)良的低速性能，并可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，適應(yīng)高性能伺服驅(qū)動(dòng)的要求。39二交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速交流同步電機(jī)調(diào)速只能用變頻的方式。一般異步電機(jī)磁極對(duì)數(shù)不能隨意改變，需專門(mén)的雙速或多速異步電機(jī)，為有級(jí)調(diào)速。在機(jī)床上應(yīng)用較多的是雙速電機(jī)。變極調(diào)速在繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中接入一個(gè)調(diào)速電阻，改變電阻的大小，就可得到平滑調(diào)速。設(shè)備簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)差損耗大，效率低。串級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)速對(duì)頻率而改變，轉(zhuǎn)差變化小，調(diào)速性能好，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。應(yīng)用最為廣泛。變頻調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)定子繞組電壓，調(diào)速范圍較小，只能用在有限的場(chǎng)合。調(diào)壓調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法40應(yīng)用：電鉆、洗衣機(jī)、冰箱及吹風(fēng)機(jī)等。特點(diǎn)：可以在單相交流電源使用，效率低，功率低。三異步交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理電容分相式電動(dòng)機(jī)具有兩個(gè)定子繞組，一個(gè)為動(dòng)力繞組、另一個(gè)為起動(dòng)繞組，兩者在空間成90

夾角。(一）單相異步電動(dòng)機(jī)41（二）交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的矢量控制對(duì)于兩相交流電動(dòng)機(jī)，若在兩相對(duì)稱繞組中施加兩相幅值不同，或相位差不是90

的電壓，所得磁場(chǎng)是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。只要改變控制電壓和勵(lì)磁電壓的大小及相位，就能改變合成轉(zhuǎn)矩的大小和方向，從而達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向的目的。這與單相交流電動(dòng)機(jī)十分相似。當(dāng)磁場(chǎng)矢量不旋轉(zhuǎn)、僅為某一方向的脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)處于靜止鎖定狀態(tài)，若磁場(chǎng)矢量旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子亦相應(yīng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)。磁場(chǎng)A磁場(chǎng)B繞組L2繞組L1ML2移相電路L1交流伺服電動(dòng)機(jī)定子繞組交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路42四、變頻技術(shù)及其原理通過(guò)四只三極管的成對(duì)定時(shí)開(kāi)通，形成方波形式的交流輸出，控制開(kāi)通定時(shí)的周期就可以改變交流輸出的頻率。方波形式的交流電所包含的諧波分量過(guò)多、過(guò)大，與交流電動(dòng)機(jī)所需要的理想正弦波波形差別太大，難以應(yīng)用到實(shí)際電路中去。三極管功率有限，普通晶閘管不能人為地關(guān)斷，應(yīng)用功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管或可關(guān)斷晶閘管的正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)是實(shí)用的變頻電路。交流電的頻率是決定交流電動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速的基本參數(shù)，因此，直接改變和控制供電頻率是控制交流伺服電動(dòng)機(jī)的最有效方法。+V1V2V3V4_RL43（一）場(chǎng)效應(yīng)晶體管及可關(guān)斷晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管能適應(yīng)在高速、高頻條件下工作，輸入電路功耗小、阻抗高，容許與信號(hào)控制回路直接耦合，控制回路比較簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)速度高、功耗小、效率高。用柵極與源極間的電壓大小及極性可對(duì)晶體管的導(dǎo)通進(jìn)行控制，在VGS達(dá)到一定數(shù)值之后，場(chǎng)效應(yīng)管的電流特性接近開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的狀況。可關(guān)斷晶閘管（GateTurn－offThyristor，GTO）既具有普通晶閘管耐壓高、電流大的優(yōu)點(diǎn)，又具有晶體三極管控制比較方便的長(zhǎng)處，是一種比較理想的電子開(kāi)關(guān)型器件。D：場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏極S：場(chǎng)效應(yīng)晶體管源極；用柵極G與源極S之間的電壓VGSDGS+_44（二）正弦波脈寬調(diào)制原理（SPWM）從能量效果上看，正弦波形可以用一組在時(shí)間序列上等幅而不等寬的矩形脈沖群來(lái)近似等效。每等份中的正弦曲線與時(shí)間坐標(biāo)軸所包圍的面積都與等高矩形脈沖面積相等。計(jì)算每一分段矩形脈沖的寬度只能靠實(shí)時(shí)計(jì)算或查表實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)頻率變化也需要由計(jì)算實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。矩形脈沖雖然寬度不同，但他們相互之間的時(shí)間間隔相同，對(duì)控制系統(tǒng)存在較集中的高頻諧波干擾。所以，實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常采用正弦波與三角波求差方法來(lái)確定各分段矩形脈沖的起始與終止點(diǎn)。UmotoUmt45三角波是上下寬度線性變化的波形，任何最大幅值小于其振幅的光滑曲線與三角波相交時(shí)，都能解得一組等幅、脈沖寬度正比于該函數(shù)值的調(diào)制信號(hào)——在能量效果上等效于該函數(shù)的矩形脈沖群。函數(shù)信號(hào)為基準(zhǔn)信號(hào)，三角波信號(hào)為載波信號(hào)。正弦波基準(zhǔn)信號(hào)值小于三角波載波信號(hào)時(shí)，GTO關(guān)斷，無(wú)矩形脈沖輸出。當(dāng)正弦波信號(hào)大于三角波后，GTO開(kāi)通，矩形脈沖被觸發(fā)。當(dāng)正弦波的頻率發(fā)生變化時(shí)，等效矩形脈沖群的變動(dòng)基頻相應(yīng)改變。只要三角波的頻率足夠高，此類調(diào)制方法可以適應(yīng)很大的頻率范圍。相鄰脈沖之間的間隔不相等，包含的高頻諧波分量比較小而分散，對(duì)系統(tǒng)的干擾將大大下降。tOtUmO46（三）交—直—交變頻裝置及交—交變頻裝置交—直—交變頻先將電網(wǎng)供應(yīng)的工頻交流電源通過(guò)整流裝置變換成直流，然后再用變頻電路將直流變換成頻率受控的交流電源。交—直—交變頻可在極寬的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，供電質(zhì)量較高。交—交變頻直接對(duì)工頻三相交流電源各相波形進(jìn)行斬切和拼合，形成領(lǐng)率可控的等效正弦波交流能源。與交—直—交變頻相比，它省去了中間整流環(huán)節(jié)，直接一次變換，但能提供的最高輸出頻率約為電網(wǎng)變換頻率的1/3～1/2，而且對(duì)電網(wǎng)則功率因素也較低。47（四）能量只從電源向負(fù)載流動(dòng)的三相變頻電路電動(dòng)機(jī)是感性負(fù)載，交—直—交變頻器存在無(wú)功功率問(wèn)題。在整流與變頻回路中間應(yīng)設(shè)置能儲(chǔ)存和釋放能量的元件。如果并聯(lián)大容量濾波電容，此時(shí)整流回路相當(dāng)于恒壓源，變頻裝置稱為電壓型變頻器。如果兩者間串聯(lián)電感，整流回路為恒流源，變頻器稱為電流型變頒器。六只整流管組成三相橋式整流回路，將三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，六只GTO管組成三相橋式變頻電路，用SPWM法將直流能源轉(zhuǎn)換成要求頻率的三相交流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于慣性運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)發(fā)出的電能通過(guò)六只續(xù)流二極管組成的橋式整流向中間的電容充電，電容電壓升高觸發(fā)與之并聯(lián)回路上的GTO導(dǎo)通，將電容存儲(chǔ)的能量耗放到耗能電阻R上，兩側(cè)回路之間串聯(lián)的電感L起電流濾波的作用。CRLUrUc~~48交—直—交變頻裝置結(jié)構(gòu)原理49（五）變頻電源產(chǎn)品轉(zhuǎn)向可以靠電源換相進(jìn)行。B1、B2連接外部制動(dòng)電阻，變化阻值可調(diào)節(jié)制動(dòng)的程度。數(shù)字輸入D1～D6用于頻率設(shè)定方式選擇、起動(dòng)、停止等。模擬電流輸出、數(shù)字輸出及繼電器輸出用于輸出變頻器的工作狀態(tài)。通訊協(xié)議一般由變頻電源廠商規(guī)定，不可改變。接觸器空氣斷路器變頻電動(dòng)機(jī)通訊接口繼電器輸出1繼電器輸出2模擬輸入mAFM模擬輸出數(shù)字輸入D1D2D3D4D5D6+24VAGNDFOIODGNDREFAGNDAI2AI1SCRRSTB1B2UVWSCRS1S2AGNDSCRKM1KM2PE50變頻電源產(chǎn)品的應(yīng)用交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速與控制技術(shù)已經(jīng)在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，因此提供進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)變頻器的廠商已經(jīng)十分普遍。為保證變頻器的散熱，變頻器安裝時(shí)應(yīng)留出足夠空間，變頻電源工作的環(huán)境溫度不準(zhǔn)超過(guò)50℃。變頻電源的頻率控制模式一般有模擬與數(shù)字兩種，模擬控制又有電壓和電流兩類可選，電壓控制信號(hào)一般為DC0～10V，模擬電流控制信號(hào)的參數(shù)范圍一般為0～20mA。數(shù)字控制模式可以采用“頻率預(yù)選”方式、直接輸入及通信控制等方式。變頻器可以對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示，并可以對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式、多段加減速時(shí)間、轉(zhuǎn)矩電壓補(bǔ)償、慣性停車或強(qiáng)制制動(dòng)、PID控制及補(bǔ)償?shù)冗M(jìn)行設(shè)定與控制。51（六）交流變頻異步電動(dòng)機(jī)交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電磁感應(yīng)常數(shù)、電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、供電頻率及定子繞組通電所造成的實(shí)際磁通量成正比。該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與直流電動(dòng)機(jī)中施加于電樞繞組的電壓相當(dāng)，是決定電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性的重要工作參數(shù)。當(dāng)頻率從額定數(shù)值向下調(diào)節(jié)時(shí)，如果維持磁通基本不變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將下降，轉(zhuǎn)子通過(guò)電磁感應(yīng)所能夠獲取的能量減少，電動(dòng)機(jī)處于保證一定輸出轉(zhuǎn)矩(相當(dāng)于恒磁條件下直流電動(dòng)機(jī)電樞中維持額定的工作電流)的狀態(tài)。如果此時(shí)仍以額定電供電，會(huì)使磁通增加，當(dāng)頻率較低時(shí)，磁通會(huì)超過(guò)磁路飽和的數(shù)值，引起能量損失。當(dāng)頻率在額定數(shù)值基礎(chǔ)下上調(diào)時(shí)，似乎感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也會(huì)上升，而實(shí)際上外部供電電壓是有限的，所以只可能引起磁通的減小，也就是相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩要降低。由于此時(shí)的工作轉(zhuǎn)速提高了，電動(dòng)機(jī)的輸出功率（從外部獲得的能量）仍然能夠得到保證。52交流變頻異步電動(dòng)機(jī)的控制方式及機(jī)械特性當(dāng)工作頻率低于額定值時(shí)，電機(jī)適合按恒轉(zhuǎn)矩方式控制，而當(dāng)工作頻率高于額定數(shù)值時(shí)，電機(jī)適合按恒功率方式進(jìn)行工作。變頻電機(jī)對(duì)絕緣要求更加可靠，在電磁線、浸漬絕緣漆等材料的質(zhì)量控制和浸漬工藝中都采取了比較先進(jìn)及科學(xué)的措施，并單獨(dú)增加了軸流風(fēng)機(jī)實(shí)施強(qiáng)迫通風(fēng)降溫措施等?？刂品绞綑C(jī)械特性fPfOφ恒轉(zhuǎn)矩控制恒功率控制低頻電壓補(bǔ)償恒功率范圍恒轉(zhuǎn)矩范圍fOnT53五、交流伺服系統(tǒng)產(chǎn)品交流伺服系統(tǒng)一般由交流伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器兩部分配套而成。交流伺服系統(tǒng)的選擇可以有兩種方式，一種以變頻器為伺服控制器，以交流同步電動(dòng)機(jī)或鼠籠型交流異步電動(dòng)機(jī)為交流伺服電動(dòng)機(jī)組成，若需要閉環(huán)控制，還需要對(duì)電機(jī)軸的速度或位置進(jìn)行檢測(cè)；另一種是選擇同一廠家生產(chǎn)的伺服電機(jī)與伺服控制器配套產(chǎn)品，伺服電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子位置傳感器、速度傳感器組成。伺服系統(tǒng)可以工作在速度控制、位置控制及轉(zhuǎn)矩控制方式下。工作在位置控制方式時(shí)一般采用脈沖控制方法，而在轉(zhuǎn)矩控制方式下工作時(shí)可實(shí)現(xiàn)力矩電機(jī)的功能。系統(tǒng)一般提供伺服系統(tǒng)啟閉、控制方式確認(rèn)、內(nèi)部速度指令選擇、停車鎖定選擇、報(bào)警清除等控制信號(hào)的輸入端口。伺服系統(tǒng)有自動(dòng)增益調(diào)整功能，以設(shè)定系統(tǒng)最佳工作參數(shù)。電子齒輪功能用于實(shí)現(xiàn)不同輸出減速比切換，以簡(jiǎn)化機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。54交流伺服系統(tǒng)總體設(shè)備5556第四節(jié)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)每接收一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，稱為步距角。這種電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是斷續(xù)地一步一步進(jìn)行的，所以被稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。按具體結(jié)構(gòu)分類：反應(yīng)式、永磁式和混合式三種。一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類57（一）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為可變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，利用磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式通常分為單段式和多段式兩種，目前使用最多的是單段式。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子及轉(zhuǎn)子鐵芯都用軟磁材料制造，定位精度高、氣隙小，磁極較窄(步距角較小)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角小，但動(dòng)態(tài)性能差。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一旦斷電就完全失去工作力矩。58（二）永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子或轉(zhuǎn)子鐵芯以永磁材料制造，一般轉(zhuǎn)子為一對(duì)極或幾對(duì)極的星形磁鋼，定子上繞有二相或多相繞組。定子繞組輪流通電，建立的磁場(chǎng)與永久磁鐵的恒定磁場(chǎng)互相吸引與排斥產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的出力大，動(dòng)態(tài)性能好,但受磁極材料及磁場(chǎng)分布的影響，轉(zhuǎn)子磁極的磁化間距受到限制，難以制造，故步距角較大。斷電后永磁材料能產(chǎn)生一定的定位轉(zhuǎn)矩。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的激磁繞組通電時(shí)需要規(guī)定它的激磁極性，如果使其激磁磁場(chǎng)作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)質(zhì)上它就成了一臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)。59（三）混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是反應(yīng)式與永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的混合，是在永磁和變磁阻原理共同作用下運(yùn)轉(zhuǎn)的。它綜合了反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，利用部分永磁材料的磁性來(lái)減小反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的激磁電流和在斷電以后獲得一定數(shù)量的剩余轉(zhuǎn)矩，但它的工作轉(zhuǎn)矩并不完全依靠永磁，所以步矩角可以與反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相近，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，有逐步取代反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的趨向。軸向磁化永磁體產(chǎn)生一單向磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子的一段經(jīng)永磁體磁化為S極，另一段磁化成N極，每段轉(zhuǎn)子齒以一個(gè)齒距間隔均勻分布，但兩段轉(zhuǎn)子的齒相互間錯(cuò)開(kāi)1/2個(gè)轉(zhuǎn)子齒距。xy定子繞組轉(zhuǎn)子磁通通路永久磁鋼60二步進(jìn)電機(jī)的工作原理及運(yùn)行方式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子總是傾向于與定子磁通最大位置對(duì)齊，即搜索最小磁阻路徑，通過(guò)最大磁通量。三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)可以相差很大，但工作原理相同。為討論方便，以轉(zhuǎn)子只有4個(gè)齒的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例，由于定子和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)分別是6和4，比值為一分?jǐn)?shù)，這就產(chǎn)生了所謂的齒錯(cuò)位情況。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相定子繞組的通電順序有“三相三拍”和“三相六拍”兩種運(yùn)行方式。(a)A相通電(b)B相通電(c)C相通電A’`61“三相”指電機(jī)有三相通電狀態(tài)改變一次，稱為“一拍”“單”指每次只有一相控制繞組通電“三拍”指三次通電狀態(tài)為一循環(huán)，步距角30°定子繞組按A－B－C－A順序通電，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理三相單三拍運(yùn)行方式(a)A相通電(b)B相通電(c)C相通電A’`62步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理三相雙三拍運(yùn)行方式“雙”表示同時(shí)有兩相控制繞組通電轉(zhuǎn)子齒處于總磁通所經(jīng)過(guò)路徑的最小磁阻位置繞組通電順序：AB—BC—CA—AB，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向:逆時(shí)針三拍一個(gè)循環(huán)，步距角30°(a)AB相通電(b)BC相通電(c)CA相通電63三相單三拍+三相雙三拍=三相六拍通電順序：A－AB－B－BC－C－CA－A或A－AC－C－CB－B－BA－A六拍:完成一個(gè)循環(huán)有六個(gè)通電狀態(tài),步距角15°步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理三相六拍運(yùn)行方式

(a’)(b’)(c’)A’`64三相單三拍：在轉(zhuǎn)換時(shí)存在斷電時(shí)刻，易失步。三相雙三拍：無(wú)斷電時(shí)刻，運(yùn)行平穩(wěn)，輸出扭矩大，發(fā)熱大。三相六拍：無(wú)斷電時(shí)刻，運(yùn)行平穩(wěn)，步距角小，最常用。幾種步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式比較步距角N----運(yùn)行方式的拍數(shù)；Z----為轉(zhuǎn)子齒數(shù)。轉(zhuǎn)速f----輸入脈沖頻率(Hz)。65三與動(dòng)力學(xué)性能相關(guān)的步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)工作特性參數(shù)最高空載啟動(dòng)頻率：在空載條件下步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠正常啟動(dòng)可以施加的最高脈沖頻率（一般情況下為500～4000Hz）。雖然該參數(shù)可以在一定程度上反映步進(jìn)電機(jī)的頻率響應(yīng)性能，但不能作為實(shí)際運(yùn)行時(shí)選用最高起動(dòng)頻率之依據(jù)。最高空載運(yùn)行頻率：空載條件下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)維持不丟步運(yùn)行的最高頻率，比最高空載啟動(dòng)頻率有較大提高。啟動(dòng)矩頻持性：在空載條件下，測(cè)量各種起動(dòng)頻率條件下步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能承受的最大外負(fù)載力矩。起動(dòng)頻率增加，其啟動(dòng)力矩值降低。運(yùn)行矩頻特性：在空載的條件下，測(cè)量各種頻率運(yùn)行時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能承受的最大外負(fù)載力矩。該參數(shù)的變化規(guī)律與啟動(dòng)矩頻特性相似。在某些步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)“頻率陷阱”現(xiàn)象，即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在陷阱頻率附近的頻率起動(dòng)或運(yùn)行時(shí)負(fù)載能力急劇下降或幾乎沒(méi)有負(fù)載能力。66四步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電源共同構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能除與電機(jī)的性能有關(guān)外，在很大程度上還取決于驅(qū)動(dòng)器性能的優(yōu)劣。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸入速度和方向信號(hào)，環(huán)形分配器受輸入速度脈沖及方向信號(hào)的控制而產(chǎn)生通電邏輯控制信號(hào)，環(huán)形分配器每接收一個(gè)控制脈沖（CP），就輸出一次通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。環(huán)形分配器輸出的控制信號(hào)送驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂戚斎朊}沖數(shù)可以控制位移量，控制脈沖頻率就可以控制速度。環(huán)形分配器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路速度方向67光電藕合隔離光電耦合接口通過(guò)光強(qiáng)變化或光脈沖把“弱電”和“強(qiáng)電”聯(lián)系起來(lái)。普通光電耦合隔離電路的工作頻率大約在100kHz以下。電路中來(lái)自計(jì)算機(jī)的電路與輸出至功率放大的電路完全隔離，接地也不聯(lián)在一起，這種電路輸入與輸出之間的絕緣電阻可達(dá)1011Ω以上。在光電耦合器件中，脈沖信號(hào)輸入端發(fā)光二極管上的最小壓降應(yīng)達(dá)到1.2V，通過(guò)發(fā)光二極管的電流最好在5mA以上。至功率放大電路控制脈沖VccR1R2光電耦合器件68脈沖的環(huán)形分配步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分配器有硬件和軟件兩種實(shí)現(xiàn)方式。軟件環(huán)形分配由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，軟件方式占用硬件少、變動(dòng)靈活，但在工作時(shí)占用CPU的空間和時(shí)間，可靠性取決于軟件，工程中一般不推薦使用。硬件環(huán)形分配器是由觸發(fā)器或門(mén)電路組合而成的功能電路。市場(chǎng)上有多種商品化的環(huán)形分配器集成電路可供選擇，只要配接少量電路元件即可產(chǎn)生滿足時(shí)序要求的通電邏輯信號(hào)。

CH250121μF+12V100kΩ678161514131211109UDJ3LJ3rCBAR*RJ6rJ6LENCLUS正反向控制控制脈沖輸入

CH25011621514131211109435678UDJ3LJ3rCBAR*RJ6rJ6LENCLUSCH250三相六拍接線圖69功率放大電路功率放大電路應(yīng)解決以下幾個(gè)問(wèn)題：盡快建立激磁繞組的工作電流。激磁繞組是一個(gè)感性負(fù)載，在突然加上直流電壓時(shí)，通過(guò)繞組的電流以指數(shù)曲線的方式逐漸加大，這一過(guò)程會(huì)影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作磁場(chǎng)的快速建立，為此可用加大施加在激磁繞組兩端電壓的方法來(lái)加快激磁電流的建立速度。保持激磁繞組中的額定工作電流。激磁繞組本身的電阻是很小的，如簡(jiǎn)單地為了加快激磁電流建立速度直接施加高電壓，則會(huì)造成在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后工作電流過(guò)大、燒損激磁繞組絕緣的后果。因此，至少要在驅(qū)動(dòng)電路中串聯(lián)限流電阻來(lái)限定額定工作電流。斷電后在最短的時(shí)間內(nèi)消除剩余電流的影響。因?yàn)槔@組為感性負(fù)載，當(dāng)結(jié)束通電時(shí)，繞組中必然出現(xiàn)慣性電流（剩余電流），造成因磁場(chǎng)延時(shí)而影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作磁極的迅速切換，因而需要設(shè)法盡快釋放和消耗。70簡(jiǎn)單功率放大電路在電壓施加于功放電路的瞬間，電路中沒(méi)有工作電流，限流電阻不產(chǎn)生電壓降，激磁繞組以額定電壓起動(dòng)。當(dāng)電流逐漸增大時(shí)，限流電阻上的電壓降也隨之增高，最后，工作電流達(dá)到額定工作電流，限流電阻也最終完成其限流作用。電容C減小回路的動(dòng)態(tài)阻抗，提高工作電流建立的速度，穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的阻抗仍為限流電阻。反向并聯(lián)的二極管用于釋放斷電后的慣性電流，該二極管應(yīng)能耐受兩倍以上額定電壓，電阻Rc耗散慣性電流能量。估算限流電阻的數(shù)值。如：電動(dòng)機(jī)標(biāo)稱工作電壓24V、額定工作電流3A，三極管上壓降可粗略地估計(jì)成1V，如果忽略激磁繞組本身電阻，則限流電阻的阻值大約為：VRCLRCLRDV71高低壓功率放大電路為了提高驅(qū)動(dòng)電路的工作效率，可以安排兩種供電電壓，分別承擔(dān)高壓起動(dòng)和在額定電流下工作的任務(wù)。高電壓輸入可采用定時(shí)控制的方式，根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率及整個(gè)系統(tǒng)慣量的不同，高電壓接入的時(shí)間一般約在0.1～1ms之間。三極管V1控制高電壓的輸入，V2控制整個(gè)激磁繞組是否開(kāi)通。保護(hù)二極管VD防止高壓電路“竄入”低壓電路。V1V2VD高壓低壓72步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)一般情況下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最小步矩角只有0.9

或0.75

。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的本質(zhì)是把對(duì)繞組的矩形電流波供電改為階梯型電流波供電。要求繞組中的電流以若干個(gè)等幅等寬的階梯上升到額定值，或以同樣的階梯從額定值下降到零。雖然這種驅(qū)動(dòng)電源的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但有如下優(yōu)點(diǎn)：在不改變電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下，使步進(jìn)電機(jī)具有更小的步距角、更高的分辨率；使電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，減小或消除電機(jī)振蕩、減小噪聲。近年來(lái)，能夠作很大程度細(xì)分的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品與配套的驅(qū)動(dòng)電路層出不窮，某些產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)（細(xì)分至基本步距的幾十分之一、其至數(shù)百分之一）已經(jīng)能夠與高精度的伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相匹敵。73常用的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路

工作原理：由基極開(kāi)關(guān)電壓U1~U5控制多路功率開(kāi)關(guān)管VTd1~VTd5的通斷，從而控制功放管VT的導(dǎo)通電流大小，即步進(jìn)電機(jī)線圈繞組電流的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)量的細(xì)分。功率開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功耗很低，但器件多、體積大。74帶電流反饋的線性細(xì)分功率放大電路L是激磁繞組，V為控制三極管。由細(xì)分脈沖分配器輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成階梯狀模擬控制電壓，通過(guò)其與工作電流測(cè)量電阻Rs測(cè)到的電流信號(hào)之比較來(lái)控制激磁電流。這種方法特別適用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)較低速的運(yùn)行與精確定位。LRVCCVDVRS+_RfUi75五步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速控制運(yùn)行速度大于系統(tǒng)極限啟動(dòng)頻率時(shí)，需要有一個(gè)加速、恒速、減速、停止的過(guò)程，要求加減速過(guò)程盡量短，而恒速時(shí)間盡量長(zhǎng)。加速規(guī)律一般有兩種：一是按直線規(guī)律加速，二是按指數(shù)規(guī)律加速。按直線規(guī)律加速時(shí)加速度為恒值，要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒值。從電動(dòng)機(jī)本身的矩頻特性來(lái)看，在轉(zhuǎn)速不是很高的范圍內(nèi)，輸出的轉(zhuǎn)矩可基本認(rèn)為恒定。但實(shí)際上電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩將有所下降，如按指數(shù)規(guī)律升速，加速度是逐漸下降的，接近電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行加減速控制，實(shí)際上就是改變輸出時(shí)鐘脈沖的時(shí)間間隔。加速時(shí)使脈沖串逐漸加密，減速時(shí)使脈沖串逐漸稀疏。7677第五節(jié)液壓執(zhí)行元件及其伺服控制液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式。液壓傳動(dòng)主要利用液體的壓力能來(lái)傳遞能量。一、液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)功率傳遞密度大。電氣系統(tǒng)中由于鐵磁材料磁飽和特性及線圈、鐵芯渦流的損耗發(fā)熱等因素之制約，使電動(dòng)機(jī)等執(zhí)行元件的功率—重量比難以提高，而液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件的功率—重量比僅受其力學(xué)結(jié)構(gòu)所能夠承受的最高允許壓力之限制，它的功率—重量比要比電磁執(zhí)行元件幾乎大一個(gè)數(shù)量級(jí)。負(fù)載剛性大，可以可靠地對(duì)被驅(qū)動(dòng)部件進(jìn)行“鎖止”，同時(shí)能夠承受極大的擾動(dòng)載荷，這幾乎是所有電動(dòng)機(jī)無(wú)法做到的?？刂票容^方便。由于采用了液體作為動(dòng)力傳遞介質(zhì)，液壓系統(tǒng)就能夠通過(guò)容易布置和隨意彎曲的管道進(jìn)行能量傳遞和分配，在空間安排和結(jié)構(gòu)布局方面比傳統(tǒng)的機(jī)械方式具有更大的靈活性。油液兼有潤(rùn)滑作用，有利于延長(zhǎng)元器件的工作壽命。78液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)由于油液的黏性損失，使系統(tǒng)的傳動(dòng)效率較低；液壓器件的機(jī)械間隙一般都很小，為防止過(guò)度磨損，對(duì)油液的清潔度要求都較高；為防止漏油污染環(huán)境，液壓系統(tǒng)的密封要求比較嚴(yán)格；由于油液的黏度對(duì)溫度很敏感以及閃點(diǎn)的限制，液壓系統(tǒng)要求嚴(yán)格控制工作溫度，而且還要求采用抗燃、防爆等技術(shù)措施；由于液壓系統(tǒng)中不少環(huán)節(jié)都具有非線性的特性，故系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析比電氣系統(tǒng)復(fù)雜；以液壓方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)、處理和傳遞不如電氣方式方便等。79二、液壓執(zhí)行元件利用流體能量做機(jī)械功的液壓元件稱為液壓執(zhí)行元件。液壓執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，一般采用礦物油為工作介質(zhì)。液壓缸：液壓缸是液壓系統(tǒng)中最重要的執(zhí)行元件，將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)。液壓缸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配制靈活，設(shè)計(jì)、制造比較容易方便。液壓電動(dòng)機(jī)：液壓電動(dòng)機(jī)是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，在液壓系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件來(lái)使用。常用液壓電動(dòng)機(jī)主要有齒輪式與葉片式兩種。齒輪液壓電動(dòng)機(jī)的密封性差，容積效率低，工作轉(zhuǎn)矩小，輸出轉(zhuǎn)矩具有脈動(dòng)性，一般用于高速、低轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，轉(zhuǎn)速范圍1000～10000r/min。葉片式液壓電動(dòng)機(jī)體積小、慣性小、動(dòng)作靈敏，適用于換向頻率高的場(chǎng)合，其最大弱點(diǎn)是機(jī)械特性較軟，負(fù)載增加時(shí)轉(zhuǎn)速迅速下降，泄漏大，不能低速工作，一般最低轉(zhuǎn)速不低于100r/m，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)2000r/m。8081三、電液伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)是電氣電子技術(shù)和液壓傳動(dòng)及控制相結(jié)合的產(chǎn)物，它兼?zhèn)淞穗姎夂鸵簤旱碾p重優(yōu)勢(shì)。（一）電液伺服閥液壓油分兩路從閥的P口供入，主控通道通至主控四邊閥的控制邊，當(dāng)閥芯移動(dòng)時(shí)將壓力油輸入控制口A或B，控制通道通過(guò)兩側(cè)的固定阻尼通至噴嘴擋板。1–固定阻尼2–主控閥芯3–彈簧鋼絲4–力矩電動(dòng)機(jī)5–擋板82（二）電液比例控制雖然電液伺服閥可以實(shí)現(xiàn)較精確的運(yùn)動(dòng)控制，但由于伺服閥中噴嘴擋板、阻尼孔、主控閥芯間隙等對(duì)油液的潔凈度要求苛刻，限制了它的應(yīng)用。在電液比例閥中，比例電磁鐵驅(qū)動(dòng)先導(dǎo)閥或直接驅(qū)動(dòng)主控閥芯，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到大大簡(jiǎn)化，而且使用條件的要求也可適當(dāng)降低，比較適宜于常規(guī)的液壓控制系統(tǒng)。采用壓力、流量、位移內(nèi)反饋和動(dòng)壓反饋及電校正等手段，閥的穩(wěn)態(tài)精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性都可以達(dá)到比較理想的水平。83直流比例電磁鐵結(jié)構(gòu)原理隔磁環(huán)的位置與形狀對(duì)比例電磁鐵的性能將有決定性的影響。推桿起傳遞鐵芯推力的作用。當(dāng)控制電磁線圈2中的電流變化時(shí)，電磁場(chǎng)對(duì)鐵芯的電磁牽引力也將發(fā)生變化，鐵芯可以通過(guò)推桿對(duì)先導(dǎo)閥或主控閥芯進(jìn)行控制。由于磁場(chǎng)的氣隙特性，普通電磁鐵鐵芯在其全行程上所受到的電磁牽引力有非常激烈的變化，使鐵芯工作位置的控制變得十分困難，限位擋圈使鐵芯不能進(jìn)入牽引力激烈變化的工作區(qū)段，而位于線性較好的區(qū)斷。調(diào)零彈簧4則可以調(diào)節(jié)鐵芯工作時(shí)的起始位置。1–隔磁環(huán)2–線圈3–鐵芯

4–調(diào)零彈簧5–滑動(dòng)環(huán)

6–限位擋圈7–推桿234567184第六節(jié)氣壓執(zhí)行元件及其伺服控制氣壓傳動(dòng)是以壓縮氣體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式，一般以壓縮空氣為工作介質(zhì)。一、氣動(dòng)傳動(dòng)的特點(diǎn)主要以空氣作為工作介質(zhì)，可以直接排向大氣，不需要設(shè)置回程管道，即使系統(tǒng)稍微有所泄漏也不會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，使用方便。氣體不是致燃的工作介質(zhì)，能應(yīng)用于易燃、易爆場(chǎng)所?？諝怵ざ戎挥杏偷娜f(wàn)分之一，系統(tǒng)流動(dòng)阻力小，可在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需的壓力和速度，動(dòng)作迅速反應(yīng)快，可實(shí)現(xiàn)氣源的集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。因?yàn)闅怏w的可壓縮性，適當(dāng)超載時(shí)系統(tǒng)也能安全運(yùn)行，當(dāng)壓縮機(jī)因故障停止運(yùn)行、氣閥失靈時(shí)，氣動(dòng)系統(tǒng)仍可維持一定工作壓力。85氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)空氣的可壓縮性使氣動(dòng)系統(tǒng)的流量難以實(shí)現(xiàn)精確控制，對(duì)位置控制和速度控制的精度帶來(lái)了一定的影響；氣壓系統(tǒng)工作壓力較低(一般小于0.8MPa)，因而氣動(dòng)系統(tǒng)的輸出力小；氣壓系統(tǒng)的工作噪聲較大，尤其在超音速排氣時(shí)，因此需要加裝消聲器；空氣本身沒(méi)有潤(rùn)滑性能，如不使用特殊的無(wú)油氣動(dòng)元件，則在氣動(dòng)系統(tǒng)中需要加配油霧器等附加裝置，使排氣對(duì)環(huán)境造成一定影響。86二、氣壓執(zhí)行元件（一）氣缸：氣缸是氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用最多的動(dòng)力執(zhí)行元件。當(dāng)前，世界各主要?dú)鈩?dòng)器件公司都推出了大量品種豐富、功能齊全、品質(zhì)優(yōu)異的氣缸產(chǎn)品。（二）氣動(dòng)電動(dòng)機(jī)：氣動(dòng)電動(dòng)機(jī)是將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)執(zhí)行元件。常用的氣壓電動(dòng)機(jī)是容積式氣動(dòng)電動(dòng)機(jī)，它利用工作腔的容積變化來(lái)作