机电控制系统中执行和驱动元件的类型和特点

西棠 · 发表于 2018-11-15 15:52:53

执行元件是位于功率转换及放大元件和被控制对象节点之间的一种能量转换装置，它能在控制装置的控制下，将输入的各种形式的能量转换成机械能。

机电控制系统所用到的执行元件主要由以下几类：

1、电气式

电气式主要有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、力矩电动机、交流永磁同步电动机、异步电动机和各种电气－机械转换装置等。其优点是控制调节方便，在地面固定设备使用时能源获取方便等；缺点是定位刚度和力矩/惯量比不上液压式执行元件，另外实现往复直线运动不如液压式执行元件方便。电气式执行元件是机电一体化系统最常用的执行元件。功率分析仪关于这方面的内容前面已经介绍，这里不再赘述。

2、液压式

液压式主要有液压缸、摆动液压缸、液压马达等。其优点是输出功率大，动作平稳，快速性好和便于实现往复直线运动等；缺点是需要相应的液压源，容易漏油，维护困难，控制和教正不如电气执行元件方便等。

这里简单介绍一下液压动力机构：它是指采用压力油作为传动介质，油液压放大元件和液压执行元件所组成的通过调节液压功率驱动和控制负载运动的装置。液压动力机构世液压控制系统中必不可少的组成部分，由于它位于系统的功率转换、放大与驱动部位，一般是系统中动态响应特性最慢的部分，所以它的动态特性对整个系统的动态特性有着决定性的影响。

液压动力机构有阀控和排量控制两种控制方式。

阀控又称节流控制。用控制阀来控制从油源流入执行元件的液压油的流量，油源通常为恒压油源（可以采用定量泵加溢流阀或恒压变量泵加安全阀构成）。属于此种控制方式的液压动力机构油阀控液压缸和阀控液压马达。

排量控制，又称流量控制。用电控变排量泵（电液比例变排量泵或电液伺服变排量泵）给执行元件供油或恒压网络驱动电控变排量马达（电液比例变排量马达、电液伺服变排量马达），通过改变泵或马达的排量来控制流入执行元件的流量或执行元件的驱动转矩从而使执行元件的速度收到控制。对于泵控方式，系统的压力取决于负载；对于马达控制方式，恒压网络的输出流量取决于负载的实际需要。　　容积控制型液压控制系统实际上是由阀来控制变量机构，再由变量机构控制泵或马达的排量，而阀控变量机构就是阀控系统。所以在分析动态性能时应着重分析阀控系统。

阀控系统可分为三通阀控差动液压缸、四通阀控制单出杆液压缸、四通阀控制双出杆液压缸和四通阀控制液压马达等四种情况。后两种情况尤其是四通阀控制双出杆缸的应用最多，因此本节重点分析这种动力机构的特性，对其它各种动力机构只作简略的介绍，读者可以采取类似的方法分析和了解它们的特性。

3、气压式

气压式主要有气缸、气马达等。其优点是气源获取方便，成本低，动作块；但输出功率小，体积大，工作噪声大，且难于实现准确控制。

电气动力机构是一种由功率放大与驱动元件（通常也称驱动电路）和执行电机所组成的，采用电流作为传动介质，控制负载运动的机电装置。

按传输功率电流性质和执行电机的不同，电气动力机构分为直流电气动力机构和交流电气动力机构；按功率放大与驱动元件的不同分为直流线性伺服放大器型动力机构、晶闸管功率放大型电气动力机构、直流PWM型电气动力机构、交流变频变压（VVVE）型电气动力机构、交流矢量控制型电气动力机构、交流永磁同步控制型动力机构（此时执行电机必须为交流永磁同步电机）等。

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