2．直流伺服電機

（1）特點（優(yōu)點、缺點）

（2）構(gòu)造（主要組成部分）與工作原理

（3）特性與驅(qū)動方法圖3-2DC電機的構(gòu)造圖3-3DC電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性2．直流伺服電機

（1）特點（優(yōu)點、缺點）

（213．交流伺服電機

（1）特點（優(yōu)點、缺點）

（2）工作原理與種類

（3）特性與控制方式圖3-6AC電機的構(gòu)造圖3-7異步交流電機的工作原理圖3-8交流電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性3．交流伺服電機

（1）特點（優(yōu)點、缺點）

（224．步進電機

（1）特點

（2）工作原理與種類

（3）特性與驅(qū)動方式圖3-9步進電機的構(gòu)造圖3-10步進電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性圖3-11步進電機的驅(qū)動系統(tǒng)4．步進電機

（1）特點

（2）工作原理與種類

35．直接驅(qū)動電機表3-1主要直接驅(qū)動電機的分類轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生方式名稱特性電磁式直流力矩電機高輸出轉(zhuǎn)矩。高線性特性，低轉(zhuǎn)矩波動，高效率，轉(zhuǎn)矩／重量比不高，有刷，需維護永磁同步電機峰值轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3—5倍，高線性個性，低轉(zhuǎn)矩脈動，高轉(zhuǎn)矩／重量比，無刷，不需維護感應式變磁阻電機較大的注續(xù)轉(zhuǎn)矩，較大的電機常數(shù)，價格低（不需永磁體，單極性功率放大器），無刷，不需維護混合型電機高效率，高連續(xù)轉(zhuǎn)矩，無刷，不需維護5．直接驅(qū)動電機表3-1主要直接驅(qū)動電機的分類轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生43.1.3液壓與氣動裝置

1．液壓和氣動執(zhí)行裝置的基本動作原理圖3-10液壓油缸的動作原理圖3-11葉片式液壓馬達的工作原理2．液壓執(zhí)行裝置

(1)液壓系統(tǒng)(2)液壓油缸（3）液壓馬達（4）驅(qū)動方式與液壓控制閥3.1.3液壓與氣動裝置

1．液壓和氣動執(zhí)行裝置的5（1）液壓系統(tǒng)（2）液壓油缸（3）液壓馬達圖3-12液壓系統(tǒng)

圖3-13液壓馬達的構(gòu)造

（1）液壓系統(tǒng)（2）液壓油缸（3）液壓馬達圖3-12液壓6(4)驅(qū)動方式與液壓控制閥

圖3-14電一液伺服閥的構(gòu)造

(4)驅(qū)動方式與液壓控制閥圖3-14電一液伺服閥的構(gòu)造73氣動執(zhí)行裝置及控制閥

(1)氣動系統(tǒng)圖3-15氣動系統(tǒng)

(2)汽缸與氣動馬達式中R——氣體常數(shù)；T——絕對溫度；V——為汽缸腔的容積上為比熱常數(shù)；k——為比熱常數(shù)；p——汽缸腔內(nèi)壓力；A——活塞的有效受壓面積。3氣動執(zhí)行裝置及控制閥

(1)氣動系統(tǒng)圖3-158葉片式氣動馬達的結(jié)構(gòu)(3)無桿氣缸圖3-16葉片式氣動馬達的結(jié)構(gòu)

圖3-17無桿汽缸的結(jié)構(gòu)

(4)氣動控制閥葉片式氣動馬達的結(jié)構(gòu)(3)無桿氣缸圖3-16葉片式93.1.3執(zhí)行裝置的特點與性能1.電動執(zhí)行裝置優(yōu)點：·以電源為能源，在大多數(shù)情況下容易得到；·容易控制；·可靠性、穩(wěn)定性和環(huán)境適應性好；·與計算機等控制裝置的接口簡單。缺點：·在多數(shù)情況下，為了實現(xiàn)一定的旋轉(zhuǎn)運動或者直線運動，必須使用齒輪等運動傳遞和變換機構(gòu)；·容易受載荷的影響；·獲得大功率比較困難。3.1.3執(zhí)行裝置的特點與性能1.電動執(zhí)行裝置102.液壓執(zhí)行裝置

優(yōu)點：

·容易獲得大功率；

·功率／重量比大，可以減小執(zhí)行裝置的體積；

·剛度高，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高精度的位置控制；

·通過流量控制可以實現(xiàn)無級變速。

缺點：

·必須對油的溫度和污染進行控制，穩(wěn)定性較差；

·有因漏油而發(fā)生火災的危險；

·液壓油源和進油、回油管路等附屬設備占空間較大。

3.氣動執(zhí)行裝置

優(yōu)點：

·利用汽缸可以實現(xiàn)高速直線運動；

·利用空氣的可壓縮性容易實現(xiàn)力控制和緩沖控制；

·無火災危險和環(huán)境污染；

·系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低。

缺點：

·由于空氣的可壓縮性，高精度的位置控制和速度控制都比較困難；

·雖然撞停等簡單動作速度較高，但在任意位置上停止的動作速度很慢；

·能量效率較低。2.液壓執(zhí)行裝置

優(yōu)點：

·容易獲得大功率；

11各種執(zhí)行裝置的性能比較比較項目電動式液壓式氣動式輸出功率／重量比小大中快速響應特性中～20Hz大～100Hz小～20Hz簡單動作速度慢一般快控制特性良好一般差減速機構(gòu)需要不需要不需要占用空間小大大使用環(huán)境良好差良好可靠性良好差一般防爆性能差一般良好價格一般貴便宜各種執(zhí)行裝置的性能比較比較項目電動式液壓式氣動式輸出功率／重123.1.6機械傳動機構(gòu)1．

齒輪與減速機構(gòu)(1)齒輪的種類與模數(shù)圖3-18各種齒輪3.1.6機械傳動機構(gòu)1．齒輪與減速機構(gòu)圖3-1813(2)減速機構(gòu)圖3-19齒輪減速機構(gòu)TM＝(JM＋JL／λ2)d2θM／dt2（3-14）式中TM——電機轉(zhuǎn)矩；JM——包括齒輪、軸的電機系統(tǒng)慣性矩；JL——負載慣性矩；λ——減速比(齒數(shù)比ZL／ZM)；θM——電機的旋轉(zhuǎn)角度。(2)減速機構(gòu)圖3-19齒輪減速機構(gòu)TM＝(JM＋J142．同步齒型帶與帶傳動機構(gòu)圖3-20同步齒型帶傳動機構(gòu)圖3-20是用電動機通過帶傳動機構(gòu)驅(qū)動滑板，實現(xiàn)直線運動的傳送機構(gòu)簡圖，忽略摩擦作用可以得到如下公式TM＝(JM＋R2M)d2θM／dt2（3-15）式中R——帶輪節(jié)圓半徑；M——載荷質(zhì)量。

如果令λ=l／R，則式(3-15)與式(3-14)的形式相同，說明帶傳動機構(gòu)基本上與齒輪減速機構(gòu)相同。1／R是由滑板位移X向電機軸轉(zhuǎn)角θM作慣性矩變換的變換系數(shù)。在齒輪傳動機構(gòu)中，也可以認為減速比λ是從負載轉(zhuǎn)角θM。向電機軸轉(zhuǎn)角θM作慣性矩變換的變換系數(shù)。

2．同步齒型帶與帶傳動機構(gòu)圖3-20同步齒型帶傳動機構(gòu)153．其它傳動機構(gòu)

圖3-21滾珠絲杠傳動機構(gòu)

圖3-21中所示為電機通過滾珠絲杠帶動滑板運動的傳動簡圖。當忽略粘性摩擦時可以得到如下式子TM＝{JM＋(p／2π)2M}d2θM／dt2 (3-16)式中p——滾珠絲杠的螺距。

若令p／2π=λ，則式(3-16)與式(3-14)形式相同。p／2π為滑板位移X向電機轉(zhuǎn)角θM作慣性矩變換的變換系數(shù)。

3．其它傳動機構(gòu)圖3-21滾珠絲杠傳動機構(gòu)圖3-2163.2控制系統(tǒng)

3.2.1控制系統(tǒng)的基本組成

+

-_控制器執(zhí)行裝置被控對象傳感與檢測裝置被控參數(shù)圖3-22控制系統(tǒng)的基本組成控制裝置機電系統(tǒng)給定值3.2.2控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)從信號傳送的通路可分為兩大類：—是開環(huán)控制系統(tǒng)；二是閉環(huán)控制系統(tǒng)。技制系統(tǒng)從信號形式來看，又可分為連續(xù)控制系統(tǒng)(模擬控制系統(tǒng))和計算機控制系統(tǒng)(離散控制系統(tǒng))。3.2控制系統(tǒng)

3.2.1控制系統(tǒng)的基本組成+控制器執(zhí)171．具有單向信號的控制系統(tǒng)1．具有單向信號的控制系統(tǒng)182．具有反饋信號的控制系統(tǒng)2．具有反饋信號的控制系統(tǒng)19計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)大致分為三類：采樣控制系統(tǒng)；離散控制系統(tǒng)；混合式計算機控制系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)大致分為三類：采樣控制系203.2.3機械系統(tǒng)的速度與位置控制機械系統(tǒng)的速度與位置控制系統(tǒng)是數(shù)控伺服系統(tǒng)中的重要組成部分，它由速度(位置)控制單元、伺服電機、速度(位置)檢測裝置(由速度傳感器、信號處理電路和軟件組成)等構(gòu)成。1．速度控制速度控制可分為速度的模擬反饋控制和數(shù)字反饋控制兩種。(1)速度的模擬反饋控制(2)速度的數(shù)字反饋控制

3.2.3機械系統(tǒng)的速度與位置控制機械系統(tǒng)的速度與212．位置控制位置控制按其控制指令來分有絕對值方式和增量方式兩種．絕對值方式是先確定基準坐標系，以此坐標系的坐標值為位置控制指令。而增量控制方式則以從當前位置向下—個位置移動時所需的移動量為控制指令。(1)利用步進電機定位(2)利用直流(或交流)伺服電機定位(絕對值方式)(3)利用直流，(或交流)伺服電機定位(增量式)2．位置控制位置控制按其控制指令來分有絕對值方式和增量方22復習題簡述執(zhí)行裝置及其分類簡述直流伺服電機和交流伺服電機的優(yōu)缺點簡述直流伺服電機的驅(qū)動方法根據(jù)電動、液壓、氣動執(zhí)行裝置的特點，完成表3-2簡述液壓系統(tǒng)的主要組成部分及功能簡述氣動系統(tǒng)的主要組成部分及功能給出圖3-21，3-22，3-23所需的電機轉(zhuǎn)矩計算公式復習題簡述執(zhí)行裝置及其分類232．直流伺服電機

（1）特點（優(yōu)點、缺點）

（2）構(gòu)造（主要組成部分）與工作原理

（3）特性與驅(qū)動方法圖3-2DC電機的構(gòu)造圖3-3DC電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性2．直流伺服電機

（1）特點（優(yōu)點、缺點）

（2243．交流伺服電機

（1）特點（優(yōu)點、缺點）

（2）工作原理與種類

（3）特性與控制方式圖3-6AC電機的構(gòu)造圖3-7異步交流電機的工作原理圖3-8交流電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性3．交流伺服電機

（1）特點（優(yōu)點、缺點）

（2254．步進電機

（1）特點

（2）工作原理與種類

（3）特性與驅(qū)動方式圖3-9步進電機的構(gòu)造圖3-10步進電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性圖3-11步進電機的驅(qū)動系統(tǒng)4．步進電機

（1）特點

（2）工作原理與種類

265．直接驅(qū)動電機表3-1主要直接驅(qū)動電機的分類轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生方式名稱特性電磁式直流力矩電機高輸出轉(zhuǎn)矩。高線性特性，低轉(zhuǎn)矩波動，高效率，轉(zhuǎn)矩／重量比不高，有刷，需維護永磁同步電機峰值轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3—5倍，高線性個性，低轉(zhuǎn)矩脈動，高轉(zhuǎn)矩／重量比，無刷，不需維護感應式變磁阻電機較大的注續(xù)轉(zhuǎn)矩，較大的電機常數(shù)，價格低（不需永磁體，單極性功率放大器），無刷，不需維護混合型電機高效率，高連續(xù)轉(zhuǎn)矩，無刷，不需維護5．直接驅(qū)動電機表3-1主要直接驅(qū)動電機的分類轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生273.1.3液壓與氣動裝置

1．液壓和氣動執(zhí)行裝置的基本動作原理圖3-10液壓油缸的動作原理圖3-11葉片式液壓馬達的工作原理2．液壓執(zhí)行裝置

(1)液壓系統(tǒng)(2)液壓油缸（3）液壓馬達（4）驅(qū)動方式與液壓控制閥3.1.3液壓與氣動裝置

1．液壓和氣動執(zhí)行裝置的28（1）液壓系統(tǒng)（2）液壓油缸（3）液壓馬達圖3-12液壓系統(tǒng)

圖3-13液壓馬達的構(gòu)造

（1）液壓系統(tǒng)（2）液壓油缸（3）液壓馬達圖3-12液壓29(4)驅(qū)動方式與液壓控制閥

圖3-14電一液伺服閥的構(gòu)造

(4)驅(qū)動方式與液壓控制閥圖3-14電一液伺服閥的構(gòu)造303氣動執(zhí)行裝置及控制閥

(1)氣動系統(tǒng)圖3-15氣動系統(tǒng)

(2)汽缸與氣動馬達式中R——氣體常數(shù)；T——絕對溫度；V——為汽缸腔的容積上為比熱常數(shù)；k——為比熱常數(shù)；p——汽缸腔內(nèi)壓力；A——活塞的有效受壓面積。3氣動執(zhí)行裝置及控制閥

(1)氣動系統(tǒng)圖3-1531葉片式氣動馬達的結(jié)構(gòu)(3)無桿氣缸圖3-16葉片式氣動馬達的結(jié)構(gòu)

圖3-17無桿汽缸的結(jié)構(gòu)

(4)氣動控制閥葉片式氣動馬達的結(jié)構(gòu)(3)無桿氣缸圖3-16葉片式323.1.3執(zhí)行裝置的特點與性能1.電動執(zhí)行裝置優(yōu)點：·以電源為能源，在大多數(shù)情況下容易得到；·容易控制；·可靠性、穩(wěn)定性和環(huán)境適應性好；·與計算機等控制裝置的接口簡單。缺點：·在多數(shù)情況下，為了實現(xiàn)一定的旋轉(zhuǎn)運動或者直線運動，必須使用齒輪等運動傳遞和變換機構(gòu)；·容易受載荷的影響；·獲得大功率比較困難。3.1.3執(zhí)行裝置的特點與性能1.電動執(zhí)行裝置332.液壓執(zhí)行裝置

優(yōu)點：

·容易獲得大功率；

·功率／重量比大，可以減小執(zhí)行裝置的體積；

·剛度高，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高精度的位置控制；

·通過流量控制可以實現(xiàn)無級變速。

缺點：

·必須對油的溫度和污染進行控制，穩(wěn)定性較差；

·有因漏油而發(fā)生火災的危險；

·液壓油源和進油、回油管路等附屬設備占空間較大。

3.氣動執(zhí)行裝置

優(yōu)點：

·利用汽缸可以實現(xiàn)高速直線運動；

·利用空氣的可壓縮性容易實現(xiàn)力控制和緩沖控制；

·無火災危險和環(huán)境污染；

·系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低。

缺點：

·由于空氣的可壓縮性，高精度的位置控制和速度控制都比較困難；

·雖然撞停等簡單動作速度較高，但在任意位置上停止的動作速度很慢；

·能量效率較低。2.液壓執(zhí)行裝置

優(yōu)點：

·容易獲得大功率；

34各種執(zhí)行裝置的性能比較比較項目電動式液壓式氣動式輸出功率／重量比小大中快速響應特性中～20Hz大～100Hz小～20Hz簡單動作速度慢一般快控制特性良好一般差減速機構(gòu)需要不需要不需要占用空間小大大使用環(huán)境良好差良好可靠性良好差一般防爆性能差一般良好價格一般貴便宜各種執(zhí)行裝置的性能比較比較項目電動式液壓式氣動式輸出功率／重353.1.6機械傳動機構(gòu)1．

齒輪與減速機構(gòu)(1)齒輪的種類與模數(shù)圖3-18各種齒輪3.1.6機械傳動機構(gòu)1．齒輪與減速機構(gòu)圖3-1836(2)減速機構(gòu)圖3-19齒輪減速機構(gòu)TM＝(JM＋JL／λ2)d2θM／dt2（3-14）式中TM——電機轉(zhuǎn)矩；JM——包括齒輪、軸的電機系統(tǒng)慣性矩；JL——負載慣性矩；λ——減速比(齒數(shù)比ZL／ZM)；θM——電機的旋轉(zhuǎn)角度。(2)減速機構(gòu)圖3-19齒輪減速機構(gòu)TM＝(JM＋J372．同步齒型帶與帶傳動機構(gòu)圖3-20同步齒型帶傳動機構(gòu)圖3-20是用電動機通過帶傳動機構(gòu)驅(qū)動滑板，實現(xiàn)直線運動的傳送機構(gòu)簡圖，忽略摩擦作用可以得到如下公式TM＝(JM＋R2M)d2θM／dt2（3-15）式中R——帶輪節(jié)圓半徑；M——載荷質(zhì)量。

如果令λ=l／R，則式(3-15)與式(3-14)的形式相同，說明帶傳動機構(gòu)基本上與齒輪減速機構(gòu)相同。1／R是由滑板位移X向電機軸轉(zhuǎn)角θM作慣性矩變換的變換系數(shù)。在齒輪傳動機構(gòu)中，也可以認為減速比λ是從負載轉(zhuǎn)角θM。向電機軸轉(zhuǎn)角θM作慣性矩變換的變換系數(shù)。

2．同步齒型帶與帶傳動機構(gòu)圖3-20同步齒型帶傳動機構(gòu)383．其它傳動機構(gòu)

圖3-21滾珠絲杠傳動機構(gòu)

圖3-21中所示為電機通過滾珠絲杠帶動滑板運動的傳動簡圖。當忽略粘性摩擦時可以得到如下式子TM＝{JM＋(p／2π)2M}d2θM／dt2 (3-16)式中p——滾珠絲杠的螺距。

若令p／2π=λ，則式(3-16)與式(3-14)形式相同。p／2π為滑板位移X向電機轉(zhuǎn)角θM作慣性矩變換的變換系數(shù)。

3．其它傳動機構(gòu)圖3-21滾珠絲杠傳動機構(gòu)圖3-2393.2控制系統(tǒng)

3.2.1控制系統(tǒng)的基本組成

+

-_控制器執(zhí)行裝置被控對象傳感與檢測裝置被控參數(shù)圖3-22控制系統(tǒng)的基本組成控制裝置機電系統(tǒng)給定值3.2.2控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)從信號傳送的通路可分為兩大類：—是開環(huán)控制系統(tǒng)；二是閉