【文章內(nèi)容簡介】 第一節(jié) 執(zhí)行元件分類液壓系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)的基本組成直線氣缸擺動氣缸氣馬達(dá)氣爪繼電器定時器電子元件計(jì)數(shù)器順序控制器氣動控制元件氣源 氣源處理裝置 壓力控制閥 方向控制閥 流量控制閥 驅(qū)動裝置操作裝置指示裝置檢測裝置控制 (運(yùn)算 )回路按扭開關(guān)選擇開關(guān)按扭閥指示器計(jì)數(shù)器蜂鳴器限位開關(guān)限位閥接近開關(guān)傳感器壓力開關(guān)真空開關(guān)速度控制閥緩沖閥快速排氣閥電磁閥氣控閥人工換向閥機(jī)控?fù)Q向閥減壓閥增壓閥安全閥空氣壓縮機(jī) 過濾器油霧器油霧分離器驅(qū)動部分控制部分檢測部分氣壓系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的比較 ( 1)空氣可以從大氣中取之不竭且不易堵塞；將用過的氣體排入大氣，無需回氣管路處理方便；泄漏不會嚴(yán)重的影響工作，不污染環(huán)境。 (2)空氣粘性很小，在管路中的沿程壓力損失為液壓系統(tǒng)的干分之一，易于遠(yuǎn)距離控制。 (3)工作壓力低．可降低對氣動元件的材料和制造精度要求。 (4)對開環(huán)控制系統(tǒng)，它相對液壓傳動具有動作迅速、響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。 (5)維護(hù)簡便，使用安全，沒有防火、防爆問題；適用于石油、化工、農(nóng)藥及礦山機(jī)械的特殊要求。對于無油的氣動控制系統(tǒng)則特別適用于無線電元器件生產(chǎn)過程，也適用于食品和醫(yī)藥的生產(chǎn)過程。氣壓系統(tǒng)與電氣、液壓系統(tǒng)比較有以下缺點(diǎn)：(1)氣功裝置的信號傳遞速度限制在聲速范圍之內(nèi)，所以它的工作頻率和響應(yīng)速度遠(yuǎn)不如電氣裝置．并且信號產(chǎn)生較大失真和延遲，也不便于構(gòu)成十分復(fù)雜的回路。但這個缺點(diǎn)對生產(chǎn)過程不會造成困難。 (2)空氣的壓縮性遠(yuǎn)大干液壓油的收縮性，精度較低。 (3)氣壓傳動的效率比液壓傳動還要低，且噪聲較大。 (4)工作壓力較低，不易獲得大的推力。氣壓傳動出力不如液壓傳動大；執(zhí)行元件特點(diǎn)應(yīng)用：液壓系統(tǒng)用于需大的功率重型設(shè)備 氣動用于工件夾緊、輸送等自動化生產(chǎn)線 電動應(yīng)用最廣泛伺服電機(jī)控制方式伺服電機(jī)比較第二節(jié) 步進(jìn)電動機(jī)一、 步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理它與普通電動機(jī)一樣，也是由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，其中定子又分為定子鐵心和定子繞組。定子鐵心由電工鋼片疊壓而成，定子繞組是繞置在定子鐵心 6個均勻分布的齒上的線圈，在直徑方向上相對的兩個齒上的線圈串聯(lián)在一起，構(gòu)成一相控制繞組。圖 61所示的步進(jìn)電動機(jī)可構(gòu)成 A、 B、 C三相控制繞組，故稱三相步進(jìn)電動機(jī) 。1繞組 2定子鐵心 3轉(zhuǎn)子鐵心圖 61 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 步進(jìn)電動機(jī)的工作原理 步進(jìn)電動機(jī)的工作原理實(shí)際上是 電磁鐵的作用原理 。當(dāng) A相繞組通電時，轉(zhuǎn)子的齒與定子 AA上的齒對齊。若 A相斷電， B相通電，由于磁力的作用，轉(zhuǎn)子的齒與定子 BB上的齒對齊，轉(zhuǎn)子沿逆時針方向轉(zhuǎn)過，如果控制線路不停地按 A→B→C→A… 的順序控制步進(jìn)電動機(jī)繞組的通斷電，步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子便不停地逆時針轉(zhuǎn)動。若通電順序改為 A→C→B→A… ，步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子將順時針轉(zhuǎn)動 30。這種通電方式稱為三相三拍，而通常的通電方式為三相六拍，其通電順序?yàn)?A→AB→B→BC→C→CA→A… 及A→AC→C→CB→B→BA→A… ，相應(yīng)地，定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 15。 步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)（ 1）步進(jìn)電動機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個確定的角度，即 步距角 ；（ 2）改變步進(jìn)電動機(jī) 定子繞組的通電順序 ，轉(zhuǎn)子的 旋轉(zhuǎn)方向 隨之改變；（ 3）步進(jìn)電動機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化 頻率 越高，轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速 越高；（ 4）步進(jìn)電動機(jī)步距角與定子繞組的相數(shù) m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù) z、通電方式 k有關(guān)，可用下式表示：?=360/mzk 式中 m相 m拍時， k=1； m相 2m拍時， k=2。對于圖 6173。1所示的單定子、徑向分相、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，當(dāng)它以三相三拍通電方式工作時，其步距角為 ?=360/341=30若按三相六拍通電方式工作，則步距角為 ?=360/342=15步距角： 常見的步距角 ,,,10/20,等。例： 某步 進(jìn)電 機(jī)有 80個 齒 , 采用 3相 6拍方式 驅(qū)動 , 經(jīng)絲 杠螺母副 驅(qū)動 工作臺做直 線 運(yùn) 動 , 絲 杠的 導(dǎo) 程 為 6mm。求 :步 進(jìn)電 機(jī)的步矩角。當(dāng)脈沖當(dāng)量要求為 ,試設(shè)計(jì)此傳動系統(tǒng) i=Z2/Z1=αL/360δδ=αL/360i k=6/3=2225。= 360/mzk =360/3802=。 I=Z2/Z1=α L/360δ =6/360=2/1可選 Z1=20， Z2=40，模數(shù) =例 將改造一臺 C620車床，其縱向絲杠的螺距t=12mm，采用 110BF003型步進(jìn)電動機(jī)，步距α=176。，系統(tǒng)規(guī)定的縱向步進(jìn)當(dāng)量 ι=，計(jì)算步進(jìn)電動機(jī)與縱向絲杠之間的聯(lián)接傳動比。解：根據(jù)式（ 7173。1） 可選 ，模數(shù) m=。當(dāng) i為小數(shù)時，則可采用掛輪。 例：三相變磁阻式步進(jìn)電動機(jī)，轉(zhuǎn)子 80個齒。(1)要求電動機(jī)轉(zhuǎn)速為 60r/min,單雙拍制通電，輸入脈沖頻率為多少 ?(2)要求電動機(jī)轉(zhuǎn)速為 100r/min，單拍制通電，輸入脈沖頻率為多少 ?步進(jìn)電機(jī)分類反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) ：定子轉(zhuǎn)子均有鐵心組成，轉(zhuǎn)子無繞組，步進(jìn)運(yùn)行由定子繞組通電歷磁產(chǎn)生的反應(yīng)力矩作用實(shí)現(xiàn)。 特點(diǎn) ：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，運(yùn)行頻率高，步距角小。應(yīng)用 ：數(shù)控設(shè)備，機(jī)器人。永磁式步進(jìn)電機(jī) ：轉(zhuǎn)子用永磁鐵，靠與定子產(chǎn)生電磁力特點(diǎn) ：控制功率小，效率高，造價低，但步距角大。應(yīng)用 ：記錄儀，空調(diào)機(jī)?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī) ：轉(zhuǎn)子有齒，帶固定極性。特點(diǎn) ：步距角小，工作頻率高，控制功率小。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源脈沖分配脈沖分配軟件脈沖分配 軟件環(huán)形分配器的設(shè)計(jì)方法有很多，如查表法、比較法、移位寄存器法等，它們各有特點(diǎn)，其中常用的是查表法。步序 導(dǎo)電 相 工作狀 態(tài) 數(shù) 值 （ 16進(jìn) 制）程序的數(shù)據(jù)表正 轉(zhuǎn) 反 轉(zhuǎn) C B A TAB A 0 0 1 01H TAB0 DB 01HAB 0 1 1 03H TAB1 DB 03HB 0 1 0 02H TAB2 DB 02HBC 1 1 0 06H TAB3 DB 06HC 1 0 0 04H TAB4 DB 04HCA 1 0 1 05H TAB5 DB 05H四、步進(jìn)電動機(jī)的功率放大 1．單電壓功率放大電路 此電路的 優(yōu)點(diǎn) 是電路結(jié)構(gòu)簡單，不足之處是 Rc消耗能量大，電流脈沖前后沿不夠陡，在改善了高頻性能后，低頻工作時會使振蕩有所增加，使低頻特性變壞。2．高低電壓功率放大電路電源 U1為高電壓，電源大約為 80～ 150V，U2為低電壓電源，大約為 5～ 20V。在繞組指令脈沖到來時，脈沖的上升沿同時使 VT1和 VT2導(dǎo)通。由于二極管 VD1的作用，使繞組只加上高電壓 U1，繞組的電流很快達(dá)到規(guī)定值。到達(dá)規(guī)定值后， VT1的輸入脈沖先變成下降沿，使 VT1截止，電動機(jī)由低電壓 U2供電，維持規(guī)定電流值，直到 VT2輸入脈沖下降沿到來 VT2截止。不足之處是 在高低壓銜接處的電流波形在頂部有下凹，影響電動機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性 。 該電路的特點(diǎn)是工作時 Vin端輸入方波步進(jìn)信號：當(dāng) Vin為 “0”電平，由與門 A2輸出 Vb為 “0”電平，功率管（達(dá)林頓管） VT截止，繞組 W上無電流通過，采樣電阻上 R3上無反饋電壓， A1放大器輸出高電平；而當(dāng) Vin為高電平時，由與門 A2輸出的 Vb也是高電平，功率管 VT導(dǎo)通，繞組 W上有電流，采樣電阻上 R3上出現(xiàn)反饋電壓 Vf，由分壓電阻 R R2得到設(shè)定電壓與反饋電壓相減，來決定 A1輸出電平的高低，來決定 Vin173。信號能否通過與門 A2。若 Vref173。Vf時 Vin信號通過與門，形成 Vb正脈沖，打開功率管VT；反之， Vref173。Vf時 Vin信號被截止，無 Vb正脈沖，功率管 VT截止。這樣在一個 Vin脈沖內(nèi)，功率管 VT會多次通斷，使繞組電流在設(shè)定值上下波動。 3．?dāng)夭ê懔鞴Ψ烹娐?步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源總結(jié)作用 ：對控制脈沖進(jìn)行功率放大，以使步進(jìn)電機(jī)獲得足夠大的功率驅(qū)動負(fù)載運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)是用脈沖供電，且按一定工作方式輪流作用于各相勵磁線圈上。步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)是靠給各相勵磁線圈通電順序變化來實(shí)現(xiàn)的。速度控制是靠改變控制脈沖的頻率實(shí)現(xiàn)的。在通電脈沖內(nèi)使勵磁線圈的電流能快速建立，而在斷電時電流能快速消失。五、步進(jìn)電機(jī)的選擇步距角的選擇電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有 /（五相電機(jī)）、 /（二、四相電機(jī)）、 /3度 （三相電機(jī)）等。靜力矩的選擇 （ 1）根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)草圖計(jì)算機(jī)械傳動裝置及負(fù)載折算到電動機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量。（ 2）計(jì)算各種工況下所需的等效力矩。（ 3）根據(jù)步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩和起動、運(yùn)行矩頻特性。TL/TMax≤JL/Jm≤4電流的選擇靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）第三節(jié) 直流伺服電動機(jī) 直流伺服電動機(jī)具有 良好的調(diào)速特性，較大的起動轉(zhuǎn)矩，相對功率大及快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件還是獲得了廣泛的應(yīng)用。 直流伺服電動機(jī)按激磁方式可分為 電磁式和永磁式 兩種。電磁式的磁場由 激磁繞組 產(chǎn)生；永磁式的磁場由 永磁體 (永久磁鐵 )產(chǎn)生。電磁式直流伺服電動機(jī)是一種目前巳普遍使用的伺服電動機(jī)，特別是在大功率范圍內(nèi) (100w以上 )。永磁式直流伺服電動機(jī)由于尺寸小、重量輕、效率高、出力大、結(jié)構(gòu)簡單，無需激磁等一系列優(yōu)點(diǎn)而被越來越重視。一、 特點(diǎn)穩(wěn)定性好可控性好響應(yīng)迅速控制功率低，損耗小轉(zhuǎn)矩大直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與一般的電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，也是由定子、轉(zhuǎn)子和電刷等部分組成，在定子上有勵磁繞組和補(bǔ)償繞組，轉(zhuǎn)子繞組通過電刷供電。由于轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場始終正交，因而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 直流伺服電機(jī)控制二、 驅(qū)動與控制 一個驅(qū)動系統(tǒng)性能的好壞，不僅取決于電機(jī)本身的特性，而且還取決于驅(qū)動電路的性能以及兩者之間的相互配合。對驅(qū)動電路一般要求 頻帶寬、效率高、能量能回授 等。目前常用 晶體管驅(qū)動和晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動 ，廣泛采用的直流伺服電機(jī)的 晶體管驅(qū)動電路有線性直流伺服放大器和脈寬調(diào)制放大器 (PwM)。 一般， 寬頻帶低功率系統(tǒng)選用線性放大器 (小于幾百瓦 )，而脈寬調(diào)制放大器常用在較大的系統(tǒng)中，尤其是那些要求在低速和大轉(zhuǎn)矩下連續(xù)運(yùn)行的場合。一、晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動二、脈寬調(diào)制放大器 (PwM) PWM放大器的優(yōu)點(diǎn)是 功率管工作在開關(guān)狀態(tài)，管耗小 。它的 基本原理 是： 利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率 (例如 2023HZ)的方波電壓，加在直流電動機(jī)的電樞上，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 如圖 4—18所示。鋸齒波發(fā)生器的輸出電壓 vA和直流控制信號vIN進(jìn)行比較。同時，在 比較器 的輸入端還加入一個調(diào)零電壓 v0，當(dāng)控制電壓 vIN為零時，調(diào)節(jié) vo使比較器的輸出電壓為正、負(fù)脈沖寬度相等的方波信號，如圖 4—19(a)所示。當(dāng)控制信號 vIN為正或負(fù)時，比較器輸入端處的鋸齒波相應(yīng)地上移或下移，比較器的輸出脈沖也隨著相應(yīng)改變，實(shí)現(xiàn)了脈寬調(diào)制，如圖 4—19(b)、 (c)所示。第四節(jié) 交流伺服電動機(jī) 與普通直流伺服電動機(jī)相比較， 普通交流伺服電動機(jī)的特點(diǎn)是：它不需要電刷和換向器，因而避免了由于存在電刷和換向器而引起的一系列弊病。此外，它的轉(zhuǎn)動慣量、體積和重量一般來說也較小 。缺點(diǎn)是： 輸出功率和轉(zhuǎn)矩較??；轉(zhuǎn)矩特性和調(diào)節(jié)特性的線性度不及直流伺服電動機(jī)好；其效率也較直流伺服電動機(jī)為低 。銀狐工控網(wǎng)自動化、企業(yè)信息化 —中國工控網(wǎng) 1