《電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理》課件

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，它將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門、風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的精確控制。概述定義電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，它通過控制電機(jī)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門、風(fēng)門、擋板等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精確控制。作用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種工業(yè)設(shè)備的精確控制，提高生產(chǎn)效率和安全性。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)造執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般由電機(jī)、減速器、閥門或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，這些部件共同作用以完成對(duì)被控對(duì)象的調(diào)節(jié)。控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器和驅(qū)動(dòng)器，用于接收控制信號(hào)，并控制電機(jī)運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)精確的調(diào)節(jié)。反饋機(jī)制反饋機(jī)制通過傳感器監(jiān)測被控對(duì)象的實(shí)際狀態(tài)，并將其反饋給控制器，以修正控制信號(hào)，確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)控制。直流電動(dòng)機(jī)1結(jié)構(gòu)簡單直流電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、電刷和換向器組成。2控制靈活通過改變電樞電流或磁場強(qiáng)度可以方便地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和扭矩。3起動(dòng)性能好直流電動(dòng)機(jī)具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，適用于需要快速起動(dòng)和制動(dòng)的場合。交流異步電動(dòng)機(jī)交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于電磁感應(yīng)原理。轉(zhuǎn)子沒有繞組，依靠定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行感應(yīng)。轉(zhuǎn)子速度略低于同步速度，形成轉(zhuǎn)差率，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的工作原理1電磁感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場2磁場相互作用磁場力矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)3能量轉(zhuǎn)換電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能扭矩和功率扭矩電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力，用于克服負(fù)載阻力。功率電動(dòng)機(jī)輸出的能量，用于完成工作。電機(jī)控制方式開環(huán)控制不需要反饋信號(hào)，控制簡單，成本低，但精度低，抗干擾能力差。閉環(huán)控制需要反饋信號(hào)，控制精度高，抗干擾能力強(qiáng)，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。PID控制比例控制根據(jù)偏差大小調(diào)整輸出，偏差越大，輸出越大。積分控制累計(jì)過去偏差，消除靜態(tài)誤差。微分控制根據(jù)偏差變化率調(diào)整輸出，預(yù)測未來趨勢。位置閉環(huán)控制反饋信號(hào)位置傳感器反饋實(shí)際位置信息。誤差計(jì)算將實(shí)際位置與目標(biāo)位置進(jìn)行比較，得到誤差值?？刂扑惴ǜ鶕?jù)誤差值，控制器輸出控制信號(hào)。電機(jī)控制控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置。速度閉環(huán)控制1速度偏差目標(biāo)速度與實(shí)際速度的差值2速度控制通過控制電機(jī)電壓或電流調(diào)節(jié)速度3速度反饋使用速度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測實(shí)際速度電機(jī)啟動(dòng)過程1靜止?fàn)顟B(tài)電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，轉(zhuǎn)子未旋轉(zhuǎn)。2施加電壓向電機(jī)線圈施加電壓，產(chǎn)生磁場。3轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子相互作用，產(chǎn)生扭矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。4穩(wěn)定運(yùn)行電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行速度，轉(zhuǎn)速保持恒定。電機(jī)運(yùn)行特性電機(jī)運(yùn)行特性主要包括：啟動(dòng)特性、穩(wěn)態(tài)特性、過載特性和制動(dòng)特性。啟動(dòng)特性主要反映電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化情況；穩(wěn)態(tài)特性反映電機(jī)在恒定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)的電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系；過載特性反映電機(jī)承受過載能力；制動(dòng)特性反映電機(jī)停止運(yùn)行時(shí)的電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩變化情況。反饋傳感器位置傳感器測量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，反饋到控制系統(tǒng)，用于閉環(huán)控制。速度傳感器測量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，用于速度控制和故障診斷。編碼器將轉(zhuǎn)動(dòng)角度或速度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，提供更精確的反饋信息。位置傳感器用于測量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置。反饋信號(hào)用于控制系統(tǒng)，確保準(zhǔn)確的控制。位置傳感器影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度和響應(yīng)速度。速度傳感器測量速度速度傳感器用于測量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度，并提供反饋信號(hào)給控制系統(tǒng)。反饋信號(hào)傳感器測量到的速度信息被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，反饋給控制系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。類型常見的類型包括：光電式、磁電式、霍爾式等。編碼器1位置反饋編碼器用于提供精確的位置信息，反饋給控制系統(tǒng)。2旋轉(zhuǎn)編碼器常見類型，用于檢測旋轉(zhuǎn)軸的角度變化。3線性編碼器用于檢測線性運(yùn)動(dòng)的距離變化。伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、反饋傳感器和控制模塊組成。伺服驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)控制電機(jī)運(yùn)行，并根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)整電機(jī)速度和位置。電機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。反饋傳感器負(fù)責(zé)檢測電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并將信息反饋給控制模塊?？刂颇K負(fù)責(zé)根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)整伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制。伺服驅(qū)動(dòng)器電源提供電機(jī)運(yùn)行所需的電壓和電流。控制根據(jù)控制指令，精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩和位置。反饋接收來自編碼器或其他傳感器的信息，并將其反饋到控制系統(tǒng)。電源模塊直流電源為伺服電機(jī)提供所需的直流電壓和電流。濾波電路抑制電源噪聲和干擾，確保電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。過流保護(hù)當(dāng)電機(jī)電流過大時(shí)，自動(dòng)切斷電源，防止電機(jī)損壞。過壓保護(hù)當(dāng)電源電壓過高時(shí)，自動(dòng)切斷電源，防止系統(tǒng)故障?？刂颇K信號(hào)處理控制模塊接收來自反饋傳感器和用戶指令的信號(hào)，并進(jìn)行處理和分析。算法控制根據(jù)預(yù)設(shè)的控制算法，控制模塊計(jì)算出電機(jī)所需的控制信號(hào)。輸出控制控制模塊將計(jì)算出的控制信號(hào)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和位置。隔離電路電磁隔離使用變壓器將高壓電源轉(zhuǎn)換為低壓電源，隔離高壓電路與低壓電路之間的連接，防止高壓泄漏。光電隔離使用光耦合器，將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電路之間的隔離，提高安全性。反饋電路1信號(hào)采集反饋電路的主要功能是將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置或速度信息反饋給控制系統(tǒng)。2信號(hào)處理反饋信號(hào)通常需要經(jīng)過放大、濾波等處理，以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。3信號(hào)傳輸處理后的反饋信號(hào)將傳輸至控制模塊，供控制系統(tǒng)進(jìn)行偏差計(jì)算和控制輸出。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。航空航天飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星等領(lǐng)域的精密控制。工業(yè)機(jī)器人高精度工業(yè)機(jī)器人能夠執(zhí)行精確的任務(wù)，例如焊接、組裝和涂漆，這在提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量方面至關(guān)重要。高效率工業(yè)機(jī)器人能夠持續(xù)工作而不會(huì)疲勞，并能以極高的速度執(zhí)行重復(fù)任務(wù)，從而提高生產(chǎn)效率。安全性現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人配備了安全系統(tǒng)，可以避免潛在的危險(xiǎn)，確保操作人員的安全。數(shù)控機(jī)床高精度加工數(shù)控機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)高精度加工，滿足各種復(fù)雜零件的加工需求。自動(dòng)化生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床可集成到自動(dòng)化生產(chǎn)線中，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。智能控制數(shù)控機(jī)床采用智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精確的加工路徑控制和參數(shù)設(shè)定。汽車電子安全系統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在汽車安全系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，例如安全氣囊、電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)等。舒適性電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于控制座椅、車窗、車門等，提高駕駛員和乘客的舒適度。動(dòng)力系統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)控制、變速箱控制等方面應(yīng)用廣泛，提高車輛的動(dòng)力性能和燃油效率。航空航天高精度控制航空航天領(lǐng)域?qū)?zhí)行機(jī)構(gòu)的精度和可靠性要求極高，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠滿足這些嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。輕量化設(shè)計(jì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積小、重量輕，非常適合應(yīng)用于對(duì)重量敏感的航空航天器。環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠適應(yīng)各種極端環(huán)境，如高空、低溫、振動(dòng)等，在航空航天應(yīng)用中表現(xiàn)出色。核電設(shè)備電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在核電站安全系統(tǒng)中至關(guān)重要，確保反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以精準(zhǔn)控制核反應(yīng)堆的運(yùn)行參數(shù)，提高效率和安全性。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有高可靠性，在惡劣環(huán)境下也能穩(wěn)定運(yùn)行。未來趨勢智能化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將與人工智能技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)更智能的操作和控制。網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合