《電磁驅(qū)動微運動》課件

電磁驅(qū)動微運動課程大綱1電磁驅(qū)動概述電磁驅(qū)動原理及特點，應(yīng)用領(lǐng)域介紹2微機電系統(tǒng)概述微電機分類、結(jié)構(gòu)、工作原理3微電機驅(qū)動技術(shù)驅(qū)動電路設(shè)計、控制策略4微電機控制電路設(shè)計電機選型、功率容量計算、電磁兼容性電磁驅(qū)動概述原理利用電磁力驅(qū)動機械運動應(yīng)用廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域電磁力的特點非接觸力電磁力無需直接接觸就能產(chǎn)生作用，這使得它在許多應(yīng)用中具有優(yōu)勢，例如在微型電機和傳感器中。可控性電磁力的大小和方向可以通過調(diào)節(jié)電流和磁場來精確控制，這使得它在許多應(yīng)用中具有靈活性。電磁驅(qū)動的原理1磁場與電流電流通過導(dǎo)體時會產(chǎn)生磁場，磁場方向與電流方向有關(guān)。2磁場與運動磁場會對處在其中的磁性材料或載流導(dǎo)體產(chǎn)生力的作用，導(dǎo)致運動。3電磁驅(qū)動的原理利用電磁力的作用，通過控制電流或磁場變化，實現(xiàn)對物體進行驅(qū)動。電磁驅(qū)動的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)機器人、自動化設(shè)備汽車電子、電動汽車醫(yī)療器械、手術(shù)機器人微機電系統(tǒng)概述微機電系統(tǒng)（MEMS）是一種集微型機械結(jié)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和微型電子電路于一體的微型器件，它將機械、電子、材料、物理、化學等學科交叉融合。MEMS的尺寸通常在微米或納米級別，它具有體積小、重量輕、功耗低、集成度高、成本低等特點。微電機的分類直流微電機直流電機利用直流電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。它們通常具有高效率和扭矩，適合各種應(yīng)用。步進微電機步進電機是一種數(shù)字電機，每接收一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)動一個固定角度。它們常用于需要精確位置控制的系統(tǒng)。伺服微電機伺服電機是一種可以精確控制轉(zhuǎn)速和位置的電機。它們通常用于需要高精度控制的自動化系統(tǒng)。直流微電機結(jié)構(gòu)簡單直流微電機結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，便于安裝。運行平穩(wěn)直流微電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，噪音低，運行平穩(wěn)，適合精密控制?？刂品奖阒绷魑㈦姍C易于控制，轉(zhuǎn)速和扭矩可以通過改變電壓和電流進行調(diào)節(jié)。步進微電機旋轉(zhuǎn)精度高步進電機可以精確地控制旋轉(zhuǎn)角度，適用于需要精確定位的應(yīng)用。低功耗步進電機在靜止狀態(tài)下不會消耗功率，節(jié)能環(huán)保。易于控制步進電機可以通過數(shù)字信號控制，實現(xiàn)精確的運動控制。伺服微電機高精度伺服微電機可以實現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)速和位置控制，廣泛應(yīng)用于精密儀器和自動化設(shè)備。高性能伺服微電機具有較高的轉(zhuǎn)矩和功率密度，能夠滿足高速、高負載的運動需求。小型化隨著電子設(shè)備的不斷miniaturization，伺服微電機也朝著小型化方向發(fā)展，以滿足各種應(yīng)用場景。微電機的典型應(yīng)用微電機在現(xiàn)代科技領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色，應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了醫(yī)療器械、汽車電子、工業(yè)自動化、機器人等多個行業(yè)。微電機憑借其尺寸小、功率大、效率高、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢，成為了眾多精密設(shè)備和系統(tǒng)不可或缺的驅(qū)動核心。醫(yī)療器械精密手術(shù)微電機用于構(gòu)建精密手術(shù)機器人，提高手術(shù)精度和效率。藥物輸送微電機驅(qū)動藥物輸送泵，實現(xiàn)精準控量和持續(xù)輸送。診斷設(shè)備微電機應(yīng)用于診斷設(shè)備的精密移動部件，例如掃描儀和探頭。汽車電子安全系統(tǒng)防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、電子穩(wěn)定程序(ESP)、自適應(yīng)巡航控制(ACC)舒適性系統(tǒng)自動空調(diào)、電動座椅、車窗升降器、多媒體系統(tǒng)動力系統(tǒng)電子控制單元(ECU)、發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制系統(tǒng)工業(yè)自動化提高效率自動化系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)效率，減少人工成本。增強精度自動化系統(tǒng)可以提高產(chǎn)品的精度和一致性。安全可靠自動化系統(tǒng)可以減少人為錯誤，提高生產(chǎn)安全。機器人工業(yè)自動化機器人被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，提高效率和精度。醫(yī)療保健機器人輔助手術(shù)，提高精度和安全性。家用服務(wù)機器人執(zhí)行家務(wù)，如吸塵和清潔。微電機驅(qū)動技術(shù)1脈沖寬度調(diào)制(PWM)通過調(diào)節(jié)脈沖寬度來控制電機電壓和電流2三相全橋驅(qū)動適用于三相電機，提供精確的電流控制3矢量控制實現(xiàn)高精度、高效率的電機控制脈沖寬度調(diào)制控制信號通過改變脈沖的寬度來控制輸出電壓和電流。頻率固定脈沖頻率保持不變，僅改變占空比。靈活控制適用于各種電機類型，實現(xiàn)精確速度控制。三相全橋驅(qū)動1原理三相全橋驅(qū)動電路使用六個開關(guān)器件，通過控制開關(guān)的通斷狀態(tài)來實現(xiàn)對電機三相繞組的電流控制。2優(yōu)點能夠?qū)崿F(xiàn)較高的效率和功率密度，并可通過調(diào)整開關(guān)的占空比來控制電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。3應(yīng)用廣泛應(yīng)用于伺服電機、步進電機等高性能電機驅(qū)動系統(tǒng)，尤其適用于需要高速、高精度控制的場合。矢量控制精確控制電機轉(zhuǎn)矩和速度提高效率和響應(yīng)速度優(yōu)化能量利用，減少損耗微電機控制電路設(shè)計功率驅(qū)動電路負責將直流電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動微電機所需的電壓和電流。控制電路負責控制微電機轉(zhuǎn)速、方向、力矩等參數(shù)，實現(xiàn)對微電機的精確控制。保護電路防止微電機過載、過熱、短路等故障，確保微電機安全穩(wěn)定運行。傳感器接口電路接收來自傳感器信號，例如位置傳感器、速度傳感器等，反饋到控制電路中。電機選型原則負載特性首先要確定負載的類型和特性，例如負載的轉(zhuǎn)矩、速度、慣量等。根據(jù)負載特性，選擇合適的電機類型和參數(shù)。工作環(huán)境考慮工作環(huán)境的溫度、濕度、振動、沖擊等因素，選擇合適的電機防護等級和耐腐蝕性。控制方式根據(jù)控制方式，選擇合適的電機控制系統(tǒng)和驅(qū)動器。例如，如果是閉環(huán)控制，則需要選擇帶有編碼器的電機。成本與效率綜合考慮成本和效率因素，選擇性價比最高的電機。例如，高性能電機通常成本較高，但效率更高。電機尺寸選擇1負載要求考慮扭矩、速度和功率需求，選擇適當尺寸的電機。2安裝空間選擇尺寸適合安裝空間的電機，避免過度占用空間。3重量限制根據(jù)應(yīng)用場景，選擇重量合適的電機，避免過度負荷。功率容量計算參數(shù)公式單位電機功率P=T×ωW扭矩T=F×rN·m轉(zhuǎn)速ω=2πnrad/s電磁噪聲抑制屏蔽使用金屬屏蔽罩或材料隔離噪聲源。濾波在電路中添加濾波器抑制特定頻率的噪聲。接地良好接地可以降低噪聲源對其他電路的影響。散熱設(shè)計熱量管理微電機運行過程中會產(chǎn)生熱量，需要有效散熱以防止過熱損壞。散熱器選擇根據(jù)電機功率和工作環(huán)境選擇合適的散熱器，例如風冷、水冷或熱管散熱。熱量傳遞通過熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射等方式將熱量從電機傳遞到散熱器。散熱效率優(yōu)化散熱器尺寸、形狀和材料，提高散熱效率，確保電機穩(wěn)定運行。電磁兼容性抑制電磁干擾設(shè)計電路以最小化電磁干擾（EMI）輻射，防止對其他設(shè)備造成干擾。電磁屏蔽使用屏蔽材料或技術(shù)隔離電磁輻射，減少對周圍環(huán)境的影響。測試與認證進行電磁兼容性測試，確保設(shè)備符合相關(guān)標準和法規(guī)要求。微電機可靠性設(shè)計1環(huán)境適應(yīng)性考慮工作環(huán)境的溫度、濕度、振動等因素，選擇合適的材料和封裝方式。2材料選擇選用耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的材料，提高微電機壽命。3工藝控制嚴格控制制造工藝，減少生產(chǎn)過程中的缺陷，保證產(chǎn)品質(zhì)量。測試與實驗驗證1性能測試測試電