《电动执行机构原理》课件

电动执行机构原理电动执行机构是工业自动化控制系统中不可或缺的组成部分，它将控制信号转换为机械动作，实现对阀门、风机、水泵等设备的精确控制。概述定义电动执行机构，是将电能转换为机械能的装置，它通过控制电机的运行，实现对阀门、风门、挡板等执行机构的精确控制。作用电动执行机构主要用于自动化控制系统中，实现对各种工业设备的精确控制，提高生产效率和安全性。电动执行机构的构造执行机构电动执行机构一般由电机、减速器、阀门或其他执行机构组成，这些部件共同作用以完成对被控对象的调节。控制系统控制系统包括控制器、传感器和驱动器，用于接收控制信号，并控制电机运行以实现精确的调节。反馈机制反馈机制通过传感器监测被控对象的实际状态，并将其反馈给控制器，以修正控制信号，确保执行机构的精准控制。直流电动机1结构简单直流电动机由定子、转子、电刷和换向器组成。2控制灵活通过改变电枢电流或磁场强度可以方便地调节转速和扭矩。3起动性能好直流电动机具有较高的起动转矩，适用于需要快速起动和制动的场合。交流异步电动机交流异步电动机的工作原理是基于电磁感应原理。转子没有绕组，依靠定子产生的旋转磁场进行感应。转子速度略低于同步速度，形成转差率，产生电磁转矩。电机的工作原理1电磁感应电流产生磁场2磁场相互作用磁场力矩驱动转子旋转3能量转换电能转化为机械能扭矩和功率扭矩电动机产生的旋转力，用于克服负载阻力。功率电动机输出的能量，用于完成工作。电机控制方式开环控制不需要反馈信号，控制简单，成本低，但精度低，抗干扰能力差。闭环控制需要反馈信号，控制精度高，抗干扰能力强，但系统复杂，成本高。PID控制比例控制根据偏差大小调整输出，偏差越大，输出越大。积分控制累计过去偏差，消除静态误差。微分控制根据偏差变化率调整输出，预测未来趋势。位置闭环控制反馈信号位置传感器反馈实际位置信息。误差计算将实际位置与目标位置进行比较，得到误差值。控制算法根据误差值，控制器输出控制信号。电机控制控制信号驱动电机，调整执行机构位置。速度闭环控制1速度偏差目标速度与实际速度的差值2速度控制通过控制电机电压或电流调节速度3速度反馈使用速度传感器实时监测实际速度电机启动过程1静止状态电机处于静止状态，转子未旋转。2施加电压向电机线圈施加电压，产生磁场。3转子旋转磁场与转子相互作用，产生扭矩，驱动转子旋转。4稳定运行电机达到稳定运行速度，转速保持恒定。电机运行特性电机运行特性主要包括：启动特性、稳态特性、过载特性和制动特性。启动特性主要反映电机启动时电流、转速和转矩的变化情况；稳态特性反映电机在恒定负载下运行时的电流、转速和转矩之间的关系；过载特性反映电机承受过载能力；制动特性反映电机停止运行时的电流、转速和转矩变化情况。反馈传感器位置传感器测量电动执行机构的实际位置，反馈到控制系统，用于闭环控制。速度传感器测量电动执行机构的转速，用于速度控制和故障诊断。编码器将转动角度或速度转换为数字信号，提供更精确的反馈信息。位置传感器用于测量电动执行机构的实际位置。反馈信号用于控制系统，确保准确的控制。位置传感器影响执行机构的精度和响应速度。速度传感器测量速度速度传感器用于测量电动执行机构的旋转速度，并提供反馈信号给控制系统。反馈信号传感器测量到的速度信息被转化为电信号，反馈给控制系统，用于调节电机转速。类型常见的类型包括：光电式、磁电式、霍尔式等。编码器1位置反馈编码器用于提供精确的位置信息，反馈给控制系统。2旋转编码器常见类型，用于检测旋转轴的角度变化。3线性编码器用于检测线性运动的距离变化。伺服系统结构伺服系统由伺服驱动器、电机、反馈传感器和控制模块组成。伺服驱动器负责控制电机运行，并根据反馈信号调整电机速度和位置。电机是执行机构，负责将电能转化为机械能。反馈传感器负责检测电机运行状态，并将信息反馈给控制模块。控制模块负责根据反馈信号调整伺服驱动器参数，从而实现对电机的精确控制。伺服驱动器电源提供电机运行所需的电压和电流。控制根据控制指令，精确控制电机转速、扭矩和位置。反馈接收来自编码器或其他传感器的信息，并将其反馈到控制系统。电源模块直流电源为伺服电机提供所需的直流电压和电流。滤波电路抑制电源噪声和干扰，确保电机稳定运行。过流保护当电机电流过大时，自动切断电源，防止电机损坏。过压保护当电源电压过高时，自动切断电源，防止系统故障。控制模块信号处理控制模块接收来自反馈传感器和用户指令的信号，并进行处理和分析。算法控制根据预设的控制算法，控制模块计算出电机所需的控制信号。输出控制控制模块将计算出的控制信号输出到电机驱动器，控制电机的转速、转矩和位置。隔离电路电磁隔离使用变压器将高压电源转换为低压电源，隔离高压电路与低压电路之间的连接，防止高压泄漏。光电隔离使用光耦合器，将控制信号转换为光信号，再转换为电信号，实现电路之间的隔离，提高安全性。反馈电路1信号采集反馈电路的主要功能是将执行机构的实际位置或速度信息反馈给控制系统。2信号处理反馈信号通常需要经过放大、滤波等处理，以适应控制系统的要求。3信号传输处理后的反馈信号将传输至控制模块，供控制系统进行偏差计算和控制输出。电动执行机构的应用工业自动化工业机器人、数控机床等领域广泛应用。航空航天飞机、火箭、卫星等领域的精密控制。工业机器人高精度工业机器人能够执行精确的任务，例如焊接、组装和涂漆，这在提高生产效率和产品质量方面至关重要。高效率工业机器人能够持续工作而不会疲劳，并能以极高的速度执行重复任务，从而提高生产效率。安全性现代工业机器人配备了安全系统，可以避免潜在的危险，确保操作人员的安全。数控机床高精度加工数控机床能够实现高精度加工，满足各种复杂零件的加工需求。自动化生产数控机床可集成到自动化生产线中，提高生产效率和产品质量。智能控制数控机床采用智能控制系统，实现精确的加工路径控制和参数设定。汽车电子安全系统电动执行机构在汽车安全系统中发挥重要作用，例如安全气囊、电子稳定控制系统等。舒适性电动执行机构用于控制座椅、车窗、车门等，提高驾驶员和乘客的舒适度。动力系统电动执行机构在发动机控制、变速箱控制等方面应用广泛，提高车辆的动力性能和燃油效率。航空航天高精度控制航空航天领域对执行机构的精度和可靠性要求极高，电动执行机构能够满足这些严苛的标准。轻量化设计电动执行机构体积小、重量轻，非常适合应用于对重量敏感的航空航天器。环境适应性强电动执行机构能够适应各种极端环境，如高空、低温、振动等，在航空航天应用中表现出色。核电设备电动执行机构在核电站安全系统中至关重要，确保反应堆的安全运行。电动执行机构可以精准控制核反应堆的运行参数，提高效率和安全性。电动执行机构具有高可靠性，在恶劣环境下也能稳定运行。未来趋势智能化电动执行机构将与人工智能技术融合，实现更智能的操作和控制。网络化电动执行机构将与物联网技术相结合