動力驅(qū)動系統(tǒng)

1、 第四章動力驅(qū)動及定位學習要點主要了解機電一體化系統(tǒng)中常用驅(qū)動元件的特點、工作原理和驅(qū)動方法。重點放在怎樣為系統(tǒng)選擇合理的驅(qū)動方案、合適的驅(qū)動元件以及驅(qū)動元件的選擇計算方法。具體學習要求如下：1了解機電一體化系統(tǒng)中常用驅(qū)動元件的特點和驅(qū)動方法。2了解常用定位機構(gòu)的組成及特點。3熟悉驅(qū)動裝置的特性和技術(shù)要求。4.熟悉步進電機、直流電機。5掌握直流電機和步進電機的特點，選擇計算方法，直流電機的主要調(diào)速方法。一、驅(qū)動裝置的特點及技術(shù)要求（一）驅(qū)動裝置的特點驅(qū)動裝置包括驅(qū)動元件和執(zhí)行機構(gòu)，與動力源、控制、傳感及測試等部分聯(lián)系密切。要求：響應(yīng)速度快，動態(tài)性能好，動作靈敏度高，便于集中控制。技術(shù)特點：效率

2、高、體積小、重量輕、自控性強、可靠性高等。（二）驅(qū)動裝置的技術(shù)要求主要性能指標：精度、穩(wěn)定性、快速性、可靠性。1.精度（精確性）精確性的影響因素：傳動誤差，傳動鏈的剛度，傳感器的精度，接口電路的轉(zhuǎn)換精度等都會影響系統(tǒng)的精度，系統(tǒng)的精度包括靜態(tài)精度和動態(tài)精度。傳動誤差由兩部分組成，伺服帶寬以內(nèi)的低頻分量（齒輪傳動、絲杠螺母傳動的回程誤差）和伺服帶寬以內(nèi)的高頻分量（傳動機構(gòu)的傳動誤差），它對系統(tǒng)性能的影響程度與其在系統(tǒng)中所處的位置有關(guān)。圖4.1電機驅(qū)動的観線位置伺服系統(tǒng)前原理圖輸人fil號|iteftL回圖4.2伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)方框圖飼服放次器伺服電機Tq設(shè)G(s)環(huán)節(jié)有誤差，把它等效于無誤差環(huán)節(jié)

3、g2(s)和擾動輸入信號Rns),不考慮其他環(huán)節(jié)的誤差【；(5)圖4.3前項通道上環(huán)節(jié)有誤差時的簡化方框圖則系統(tǒng)對于輸入的閉環(huán)輸出傳遞函數(shù)為:(s)二少二GC(s)GM(S)G2(S)g(5)(設(shè)Fn(s)=O)R(s)1+G,s)Gm(S)G2(S)1+G(s)則系統(tǒng)對于擾動輸入的輸出傳遞函數(shù)為：4(s)=RNS=1G(s)GiM(s)G2(s)=rA=G?(設(shè)只cM2YN(s)5RN(s)G(s)對于一個具有良好工作性能的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它的傳遞函數(shù)應(yīng)具有以下特性在頻率特性的中低頻段有円卜1；|G(s)|1，則：他|=皺即:誤差的低頻分量對系統(tǒng)的輸出精度幾乎沒有影響R(s)|G(s)在頻率特

4、性的高頻段有|G(s)Z1;|G(s)心1,則；葩|=皺茍即:誤差的高頻分量幾乎被一比一的饋送到系統(tǒng)的輸RN(s)|G(s)出，所以對輸出精度影響很大。前向通道上閉環(huán)之后環(huán)節(jié)g4(s)的誤差對輸出精度的影響考慮其他環(huán)節(jié)的誤差。系統(tǒng)對于擾動輸入的輸出傳遞函數(shù)為：YN(S)二Rn(s)(設(shè)R(s)=O)即：閉環(huán)之后傳動環(huán)節(jié)誤差的低頻分量和高頻份量都會影響系統(tǒng)的輸出精度。前向通道上閉環(huán)之前環(huán)節(jié)Gj(s)的誤差對輸出精度的影響設(shè)G(s)環(huán)節(jié)有誤差，可把它等效于無誤差環(huán)節(jié)Gi(s)和擾動輸入信號Rn(s),不考慮其他環(huán)節(jié)的誤差。與(1)比較可知，系統(tǒng)對于擾動輸入的輸出傳遞函數(shù)為：YN(S)=(S)RN(

5、S)對于一個具有良好工作性能的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它的傳遞函數(shù)應(yīng)具有以下特性在頻率特性的中低頻段|G(s)卜1，則YN(s)二Rn(s)上式說明：誤差的低頻分量相當于系統(tǒng)輸入的一部分，它直接影響系統(tǒng)的輸出精度在頻率特性的高頻段3(s)W：1，則|YN(s)|=|G(s)|RN(s)Z|RN(s)上式說明：誤差的高頻分量對系統(tǒng)的輸出精度幾乎沒有影響。反饋通道上環(huán)節(jié)G3(S)的誤差對輸出精度的影響考慮其他環(huán)節(jié)的誤差。系統(tǒng)對于擾動輸入的輸出傳遞函數(shù)為：YN(S)=G(S)RN(S)影響情況與Gi(s)相同，即反饋通道上誤差的低頻分量直接影響系統(tǒng)的輸出精度，高頻分量對系統(tǒng)的輸出精度幾乎沒有影響。例4.1已知

6、某電機驅(qū)動的直線位置伺服系統(tǒng)如圖所示，試分析各個環(huán)節(jié)的誤差對輸出精度的影響。解：將上圖簡化為:輸入I-腥機輸出傳處B帛號處迥8圖47簡化方框圖(1)信號變換電路:位于閉環(huán)之前的輸入通道，誤差的低頻分量會影響輸出精度,輸岀例圖41伺眼電機傳高頻噪聲。齒輪減速器：位于前向通道閉環(huán)之內(nèi)，誤差的低頻分量不影響輸出精度，高頻分量對輸出精度有影響。因此允許減速器有一定的傳動間隙。絲杠螺母機構(gòu)：位于閉環(huán)之后的輸出通道，誤差的低頻分量和高頻分量都會影響輸出精度。因此絲杠螺母機構(gòu)必須有較高的精度，才能保證輸出精度。頻分量對輸出精度幾乎沒有影響。因此要使該電路的靜態(tài)精度高，可以允許存在一定的高（4）傳感器及信號處

7、理電路：位于反饋通道閉環(huán)之內(nèi)，誤差的低頻分量對輸出精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性都有影響，高頻分量不影響輸出精度。因此傳感器及信號處理電路的靜態(tài)精度要高，可以允許存在一定的高頻噪聲。思考題1:試分析圖示傳動系統(tǒng)中，齒輪減速器的傳動誤差對工作臺輸出精度的影響?輸人伺服電機傳感器輸出控制功放分析：齒輪減速器位于電機之后，前向通道的閉環(huán)之外，齒輪減速器的傳動誤差的低頻分量和高頻分量都不能通過閉環(huán)控制來消除，都將影響工作臺的輸出精度。思考題2:如圖所示的位置控制系統(tǒng)，試分析齒輪的傳動誤差對工作臺輸出精度的影響Z工看汕/LJ步進電機分析：圖示位置控制系統(tǒng)屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，沒有檢測裝置，不對位置進行檢測和反饋，所以齒

8、輪減速器的傳動誤差（誤差的高頻分量）和回程誤差（誤差的低頻分量）將直接影響工作臺的輸出精度。2.穩(wěn)定性穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常工作的首要條件。當系統(tǒng)受到外界干擾動（負載的變化、電源電壓和頻率的波動、環(huán)境變化引起的元件參數(shù)變化等）作用后，輸出偏離平衡狀態(tài)，當擾動取消后，系統(tǒng)逐步恢復(fù)到平衡狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。穩(wěn)定性與振動，熱效應(yīng)和環(huán)境因素有關(guān)。要提高抗震性就必須提高執(zhí)行裝置的固有頻率（50100HZ,并需要提高系統(tǒng)的阻尼能力（）。傳動機構(gòu)、傳感器及信號處理電路、驅(qū)動元件的性能都會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。f；K=kekT/i-25Kf粘性阻尼系數(shù)N/mAs;K系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù),ke執(zhí)行裝置之前的系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的放

9、大倍數(shù)；kT執(zhí)行裝置的力矩放大倍數(shù)匕一一所有傳動件的轉(zhuǎn)動慣量折算到輸出軸上的值;ir執(zhí)行裝置的總轉(zhuǎn)速自比。穩(wěn)定性取決于阻尼比和放大倍數(shù)K;增大有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性；放大倍數(shù)K太大不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性（雖然可提高穩(wěn)態(tài)精度）；所以選擇較大的傳動比i三，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但會造成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不緊湊，固有頻率的降低，傳動誤差增大。對于開環(huán)系統(tǒng)，不存在穩(wěn)定性問題。3.快速性系統(tǒng)的快速性取決于系統(tǒng)的頻率特性和驅(qū)動系統(tǒng)的加速度提高系統(tǒng)的快速性的措施有：提高系統(tǒng)的帶寬，減小阻尼，提高伺服元件的加速度增加傳動系統(tǒng)的剛度，減少折算慣量，減少摩擦力提高驅(qū)動元件的驅(qū)動力P89圖4.8位置控制系統(tǒng)為二階系統(tǒng)圖4.8位置控制

10、系統(tǒng)方槿圏P1sRs:(s)二一111sTvsKps1sTvKPV2T當=1時為臨界阻尼狀態(tài)，輸出：y(t)=1-e_，nt(Vnt)誤差為：e(t)=1-y(t)=nt(1nt)當nt(1訃)=0.01時，ntnt:6.5傭樹rad)=1，無超調(diào)量臨界控制狀態(tài)時的偏差與定位時間4可靠性可靠性、抗干擾性和運行安全性是確定機電一體化系統(tǒng)使用價值和使用功效的主要指標。機電一體化系統(tǒng)是可維修系統(tǒng)，可靠性用持續(xù)可用性來表示。VpT;T為工作時間；TA為停機時間pATTA可以通過提高系統(tǒng)元件本身的可靠性，各元件之間的合理布置，對系統(tǒng)增加故障檢測，過載保護等措施來提高。、動力驅(qū)動元件動力驅(qū)元件：交流伺服電

11、機、直流伺服電機、步進電機和電液、電氣、伺服閥等。特點：可以輸出一定的運動和力，但工作特性差異很大，應(yīng)用范圍也不相同。對驅(qū)動元件的要求：功率密度大Pw=P/W;P為輸出功率，W為重量。快速性好，即加減速的扭矩大，頻率特性好。位置控制精度高，調(diào)速范圍寬(速比1：10000以上)，低速平穩(wěn)。振動小，噪聲小?？煽啃愿撸瑝勖L。效率高，節(jié)約能源。(一)步進電機步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換成機械位移的變換器，分為轉(zhuǎn)動式和直線式。步進電機由于輸出功率小，又稱為伺服式步進電機，快速步進電機；輸出轉(zhuǎn)矩大于10N.m的稱為功率步進電機步進電機種類：1）可變磁阻式（VR步進電機（反應(yīng)式步進電機）：特點：轉(zhuǎn)子無繞組，

12、定子有繞組，由定子繞組通電產(chǎn)生反應(yīng)力矩作用產(chǎn)生步進。結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，運行頻率高，步距角?。?.759）;應(yīng)用于工業(yè)機器人，數(shù)控機床等。2）永磁式（PM步進電機：特點：轉(zhuǎn)子為永磁鐵，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動靠與定子繞組所產(chǎn)生的電磁力相互吸引或排斥來實現(xiàn)?？刂乒β市　⑿矢?、結(jié)構(gòu)簡單、步距角大（1.818）3）混合式（HB步進電機（永磁式反應(yīng)式步進電機）：特點：步距角小，控制功率小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。通電方式：步進電機通電方式不同，產(chǎn)生的步距角也不同，以三相為例。1）三相單三拍通電方式：（反應(yīng)式步進電機）很少用，高速時易失步。21.!按AB-CAB-C的順序通電，轉(zhuǎn)子按逆時針方向轉(zhuǎn)動。按A-C-BACB的順序

13、通電，電機按順時針反方向轉(zhuǎn)動。其轉(zhuǎn)速取決于各相控制繞組通電與斷電的頻率，旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序，角位移量則取決于輸入脈沖的數(shù)目?！叭唷笔侵溉嗖竭M電動機，“單”是指每次只有一相控制繞組通電?？刂评@組每改變一次通電方式稱為“一拍”，“三拍”是指經(jīng)過三次改變通電方式為一個循環(huán)。每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度為步距角，圖示三相單三拍運行時：=30。2）三相雙三拍通電方式：運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輸出轉(zhuǎn)矩大，發(fā)熱也大。當控制繞組的通電方式為ABC-CA-AB或ACA-BC-AB寸，即每拍同時有兩相繞組通電，三拍為一個循環(huán)。3）二相六拍通電方式：運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩也比較大，步距角減小，精度也得到提咼，應(yīng)用多。當控制

14、繞組的通電方式為AAB-BBCCCA-A或AAC-CCB-BBA-A即一相通電和兩相通電間隔地輪流進行，完成一個循環(huán)需要經(jīng)過六次改變通電狀態(tài)時。4）其他：四相、五相、六相、八相單四拍、雙四拍、四相八拍、五相十拍等相數(shù)越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，轉(zhuǎn)矩越大，體積大，控制元件多，成本高。四相八拍的通電順序為：AB-ABC-BC-BCD-CD-CDA-DA-DAB-AB-五相十拍的通電順序為：ABC-ABCD-BCD-BCDE-CDE-CDEA-DEA-DEAB-EAB-EABC-ABC主要性能指標：相數(shù)：產(chǎn)生不同對極NS磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。拍數(shù)：每通電一次為一拍，常用P表示。步距角：對應(yīng)一個脈沖信

15、號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用：表示。小3於（Z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)；m為相數(shù)；P為拍數(shù)）。ZP.例：P=6,z=75,則=18;P=10,z=24,則：=1.5步距角誤差匸實際步距角-理論步距角。一般為10左右。最咼啟動頻率fq：空載時電機在不失步條件下可施加的最咼頻率，反映快速性能。最咼運行頻率fmax:電機在一定負載條件下不失步運行的的最咼轉(zhuǎn)速頻率。矩頻特性：電機在某種測試條件下測得的運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為矩頻特性，見P94圖4.13;是電機選擇的根本依據(jù)。失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。失調(diào)角：轉(zhuǎn)子軸線偏移定子軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角。靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作

16、用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速公式：轉(zhuǎn)角：，N為脈沖數(shù)轉(zhuǎn)速：n=60f二一f（r/min）f脈沖頻率（Hz）3606由轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速公式可知，只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電機繞組的相序，即可獲得所需轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向。步進電機的定位特性：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個步距角的過程是一個振蕩過程，與系統(tǒng)的阻尼有關(guān),步進電機的轉(zhuǎn)子上裝有阻尼器0J叭/T.VVCtr冬49步進電機的定位特性4.步進電機的驅(qū)動電源與普通電機不同，在使用步進電機時，僅僅給予電壓，電機是不會動作的，必須通過脈沖產(chǎn)生器提供脈沖(脈沖數(shù))，以及使用驅(qū)動器驅(qū)動電流流過電機內(nèi)部線圈、依順序切換激磁相序的方式才能夠讓電機運轉(zhuǎn)

17、使用。因此步進電機的性能實際上取決于其電源的好壞?？梢酝ㄟ^控制脈沖數(shù)量來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時也可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。5.直線步進電機直接傳動的特種電機。特點：將輸入的電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直線位移，不需要閉環(huán)控制，提供一定精度、可靠的位置控制。工作原理：變阻式和混合式。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單；應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強；反應(yīng)速度快，靈敏度高，隨動性好；額定值高，冷卻條件好；精密定位和自鎖功能；工作可靠，壽命長。例題：如圖所示步進電機驅(qū)動滾珠絲杠的高速定位系統(tǒng)，已知工作臺的質(zhì)量為m=2000N,工作臺與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)卩=0.1；負載力為

18、F=0N，工作臺往復(fù)定位精度為_0.05mm;工作臺移動速度有兩種：Vj=25mm/0.2s及v2=500mm/1.5s。滾珠絲杠導(dǎo)程ts=12mm，直徑d=36mm，傳動效率=80%，試選定驅(qū)動該系統(tǒng)的步進電機。解：(1)確疋步進電機步距角:脈沖當量為、=005mm;ns為步進電機的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)設(shè)i=1,則ns=ts/i=12/1X0.05=240脈沖/轉(zhuǎn):=360/240=1.5(2)計算負載力負載力由外負載力、慣性負載力和摩擦力三部分構(gòu)成夕卜負載力Fl=0N慣性負載力摩擦力(3)電機上的負載力矩為1tTm(FlFmFf)-mlmfi2二(002000)=48NcmFm二ma=0Ff二mg=

19、0.1200010=2000N1108(二)直流電機直流電動機在直流電壓的控制下可以輸出一定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，可以直接或通過傳動機構(gòu)驅(qū)動負載。1直流電機的主要特點具有很好的調(diào)速特性，調(diào)速范圍寬。較大的起動轉(zhuǎn)矩、功率大、響應(yīng)速度快。可通過閉環(huán)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、力矩和位置伺服控制。永磁式直流電機可以工作在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)(轉(zhuǎn)速為零)。斷電不能自鎖，需要配置專用電磁制動器才能實現(xiàn)斷電后的定位。輸出力矩與控制電流成正比，輸出轉(zhuǎn)速要受到負載變化的影響。常采用線性驅(qū)動和脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動兩種驅(qū)動方式，線性驅(qū)動適用于小功率電機的驅(qū)動，大功率電機宜采用PWM驅(qū)動。常用于機器人，數(shù)控機床等高性能伺服控制系統(tǒng)。2.直流電動機分類

20、：電磁式：磁場由激磁繞組產(chǎn)生；應(yīng)用廣，大功率(100W)永磁式：又稱直流力矩電機，可直接驅(qū)動負載。磁場由永磁體產(chǎn)生，出力大，快速響應(yīng)；精度高；線性度好；運行可靠、維護簡單、振動小、結(jié)構(gòu)緊湊。3直流電動工作原理圖：轉(zhuǎn)矩特性:uc=1cRaEa；Ea=Cee=心門；T二CMJC二KMIC轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性：T二仏Uc-tAn;RaRa44UCCee-dbTKeKMKe電機的功率計算:以峰值力矩Tlp不斷驅(qū)動負載，電機功率Pm為：Pm：(1.52.5)tlS其中7=25.驅(qū)動電路：(1)線性直流伺服放大器：互補式、線性橋式；P101(2)脈寬調(diào)制放大器PWM:P1011026.直流電機的調(diào)速：由電機的速

21、度公式_cmAt可知，改變電樞電阻、改變電樞電壓和改變勵磁的磁通量都能改變電機的輸出轉(zhuǎn)速。同時也看到負載力矩的變化同樣也會引起轉(zhuǎn)速變化。電樞串電阻調(diào)速(Ra):實現(xiàn)無級調(diào)速，簡單，但受負載影響大，空載無調(diào)速作用改變電樞電壓調(diào)速(UC):調(diào)速廣，低速運行出現(xiàn)較多的諧波成分。改變勵磁的恒功率調(diào)速()：轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)矩下降，為恒功率調(diào)速。ePWM直流調(diào)速：控制方波的占空比來改變輸出平均電壓，調(diào)速性能好。MT(6圖5PWM瓦流訓速動系統(tǒng)I康理雙閉環(huán)直流調(diào)速：反饋電樞電流和轉(zhuǎn)速，電流環(huán)用于控制電流，轉(zhuǎn)速環(huán)用于控制轉(zhuǎn)速。情態(tài)和動態(tài)性能好，抗干擾能力強。數(shù)字式直流調(diào)速：調(diào)速性能高，工作可靠、體積小。例題：如圖

22、所示電機驅(qū)動系統(tǒng)，已知齒輪減速比為i=2,滾珠絲杠螺距ts=4mm，直徑為d=16mm,驅(qū)動負載質(zhì)量為m=100Kg，工作臺最大線速度為2v=0.05m/s，最大加速度為a=5m/s，工作臺與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)卩=0.1,試選擇直流電機。解:(1)計算負載力負載力由外負載力、慣性負載力和摩擦力三部分構(gòu)成外負載力F=0N慣性負載力F=ma=10010F000Nm=摩擦力Ff二jmg=0.110010=100N2)電機上的負載力矩為；n2(Fl-FmFf)-810(01001000)=0.35Nm專吩丄100(空)2=0.1kg/cm22二2負載折算到電機上的慣量(4)電機的轉(zhuǎn)速十200525r/

23、s=1500r/min20.004J(5)電機的功率0.352P:(1.52.5)tLp*=225=137.4W0.84.步進電機和直流電機主要特點比較：步進電機通過改變輸入脈沖的數(shù)量、頻率和順序就可以控制電機的輸出轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向，可以實現(xiàn)開環(huán)位置控制；直流電機需要通過閉環(huán)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、位置伺服控制。步進電機具有定位自鎖能力；直流電機不能自鎖，需要配置專用電磁制動器才能實現(xiàn)斷電后的定位。步進電機的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)速不受電源電壓波動和負載變化的影響；電壓的變化直接影響直流電機的輸出轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。步進電機的啟動頻率和最高運行效率相差很大，啟動速度大小與負載慣量有關(guān)；直流電機啟動力矩大，永磁式直流電機可以工

24、作在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。步進電機常用于自動化儀表和小功率位置伺服系統(tǒng)；直流電機常用于機器人、數(shù)控機床等高性能伺服控制系統(tǒng)。（三）交流電動機常用的交流電動機有三相異步電動機和單相異步電動機。三相異步電動機：工業(yè)中應(yīng)用最廣泛。單相異步電動機：家用電器、醫(yī)療器械中應(yīng)用。交流電動機的主要類型籠型異步電動機：起動電流大，常采用降壓起動，用于風機、水泵等。繞線式異步電動機：常用于不需調(diào)速的連續(xù)運行的大功率設(shè)備，如空調(diào)、氣泵、起重機械等。各型號交流電動機的性能及應(yīng)用范圍，見P106表4.1o交流伺服電機分類：永磁式交流同步伺服電機和籠型交流異步伺服電機。永磁式交流同步伺服電機：在電機軸上裝有檢測轉(zhuǎn)速和位置的反饋裝置。

25、電源由PWM變頻器供給,實現(xiàn)無級變頻調(diào)速，旋轉(zhuǎn)速度與輸入的脈沖信號頻率成正比（類似步進電機），轉(zhuǎn)速不受負載影響，調(diào)速范圍極大（100000:1）,轉(zhuǎn)矩和過載能力保持不變。交流伺服驅(qū)動原理：SPW正弦脈寬調(diào)制變頻調(diào)速。（等幅不等寬）三博液與正凳瀝相更抉狐處寬調(diào)制菠籠型交流異步伺服電機：軸端裝有編碼器，可配選制動器，由矢量控制和PWh變頻技術(shù)實現(xiàn)調(diào)速,調(diào)速范圍廣、轉(zhuǎn)矩脈動小、響應(yīng)速度快和運行平穩(wěn)等特點。電機容量的計算連續(xù)恒負載運行時電機容量的計算P=Tn/9550T為折算轉(zhuǎn)矩；n為額定轉(zhuǎn)速。連續(xù)周期性變化負載的電機功率計算：P108公式(4.42)較短工作制的電動機功率計算：P109公式(4.43

26、)和(4.44)(4)斷續(xù)周期工作制電動機的功率計算：P109公式(4.45)4.交流電機的調(diào)速：見P111表4.2GCf速度公式：n=(1-s)；p磁極對數(shù)；f電源頻率(Hz);s轉(zhuǎn)差率P(1)變極調(diào)速：改變繞組接線方式(串聯(lián)、并聯(lián))改變磁極對數(shù)，24極。電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速：5=n-電機轉(zhuǎn)速，n。-旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速no轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速：串級調(diào)速：附加電動勢變頻調(diào)速：改變電源頻率，無級調(diào)速。5交流伺服電機的主要特點調(diào)速范圍寬。輸出功率大，比步進電機和直流電機具有更大的輸出功率。通過閉環(huán)實現(xiàn)速度控制或位置控制。同步電機具有與步進電機相近的特性，可工作于步進方式，轉(zhuǎn)速不受負載變化的影響，穩(wěn)定性高，在整

27、個調(diào)速范圍內(nèi)電機的轉(zhuǎn)矩和過載能力保持不變。異步伺服電機的工作原理與普通的籠型異步電機基本相同，成本較低。同步電機適用于高性能伺服系統(tǒng)，異步伺服電機適用于機床的進給驅(qū)動及其它功率較大的伺服系統(tǒng)。(四)液壓與氣壓伺服元件液壓伺服元件和氣壓伺服元件的工作原理相類似。有比例閥和伺服閥兩種控制閥可與液壓(或氣壓)缸或者馬達組成驅(qū)動系統(tǒng)。液壓伺服元件開關(guān)控制閥：具有開關(guān)或切換油路的功能，電磁換向閥。電液伺服閥：將微弱的電信號輸入轉(zhuǎn)換成大功率的液壓量輸出。電液比例閥：將輸入的電氣信號轉(zhuǎn)換成機械輸出信號以對流量、壓力或方向進行成比例控制。液壓伺服元件的主要特點功率密度大，輸出功率大，帶負載能力強。伺服閥與油缸

28、、馬達組成電液伺服系統(tǒng)，可實現(xiàn)高性能位置、速度或力控制。響應(yīng)速度快，低速平穩(wěn)性好。具有自密封性，可適用于水下，化工等特殊環(huán)境。需要專門的液壓動力源，體積較大，存在環(huán)境污染問題。適用于對輸出力要求比較大和一些特殊工作環(huán)境。氣壓控制閥通過電磁鐵把電控信號轉(zhuǎn)換成控制閥的閥芯位移，實現(xiàn)流量、方向和壓力的控制氣壓控制閥分開關(guān)控制閥和比例控制閥。氣壓伺服元件的主要特點(1)工作介質(zhì)來源于空氣、方便且無污染。(2)反應(yīng)速度快。(3)負載能力較差。無污染、適用于各種生產(chǎn)線，特別是食品或藥品的生產(chǎn)線。三、常用動力驅(qū)動元件的特性及選擇方法：1常用動力驅(qū)動元件：步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機、電液伺服元件、氣壓伺服元件等。2典型伺服驅(qū)動元件構(gòu)成的伺服系統(tǒng)的輸出功率和響應(yīng)頻率的大致關(guān)系：見P114,圖4.283.各種伺服驅(qū)動元件的特性。見P114表4.3。四、定位機構(gòu)概述1定位結(jié)構(gòu)的作用驅(qū)動物體到達并按規(guī)定的精度停