第四章 机电一体化系统的执行元件(一)
- 格式：ppt
- 大小：8.54 MB
- 文档页数：77
下载文档原格式
合集下载
机电一体化系统执行元件
常见的机电一体化系统执行元件类型
电机
用于产生机械动力，并转换为其他形式的能 量。
执行器
负责将输入的控制信号转换为机械运动。
电磁阀
控制液压或气压系统中流体的流动。
传感器
用于感知和检测环境中的物理量或信号。
机电一体化系统执行元件的工作原理
1
信号转换
2
执行元件将输入信号转换为机械运动、
电磁力或其他形式的能量。
机电一体化系统执行元件
机电一体化系统执行元件是机械运动和电信号相互作用的关键组成部分。了 解其概念和特点是理解机电一体化系统的基础。
机电一体化系统的概念和特点
机电一体化系统是综合电子技术、机械技术和控制技术的新兴技术。其特点 包括高效性、可靠性、精度和智能化。
机电一体化系统执行元件的定 义
机电一体化系统执行元件是指能够完成特定任务的设备或元器件，如电机、 电磁阀、执行器等。
3
接收信号
从控制系统接收输入信号，如电流、 电压、压力等。
完成任务
根据输入信号的变化，执行元件完成 相应的任务或动作。
机电一体化系统执行元件的应 用领域
机电一体化系统执行元件广泛应用于制造业、汽车工业、航空航天、机器人 技术、自动化系统等领域。
机电一体化系统执行元件的发展趋势
随着技术的不断进步，机电一体化系统执行元件的发展趋势是追求更高的效率、更小的
机电一体化系统设计期末试卷
机电一体化系统设计期末试卷第一部分选择题（共30分，每小题2分）1.下列哪个单元不属于机电一体化系统？A. 电机B. 传感器C. 伺服控制器D. 气压缸2.以下哪个操作系统不能用于机电一体化系统的编程？A. WindowsB. LinuxC. macOSD. Android3.哪个传感器可以用于测量摩擦力？A. 压力传感器B. 加速度传感器C. 频率传感器D. 接触式传感器4.以下哪个元器件不是机电一体化系统的执行器？A. 气缸B. 伺服电机C. 变频器D. 步进电机5.什么是PLC？A. 可编程逻辑控制器B. 电子计算机C. 云计算技术D. 数控设备6.哪个元器件可以用于控制气缸的行程？A. 位置传感器B. 温度传感器C. 液位传感器D. 光电开关7.哪个电机可以使精度达到0.1um的高精度加工？A. 步进电机B. 直流无刷电机C. 直流有刷电机D. 同步电机8.在机电一体化系统中，什么控制技术可用于实现位置闭环控制？A. PWM调制技术B. 超声波技术C. PID控制技术D. 模糊控制技术9.哪个气动元件可以把液体压缩为高压气体？A. 气缸B. 液压缸C. 气泵D. 真空泵10.什么系统可以用于多机器人协作？A. 嵌入式系统B. 控制系统C. 开放式系统D. 人工智能系统第二部分填空题（共30分，每小题2分）1.机电一体化系统的主要特点是__________。
2.包括伺服电机、运动控制卡、变频器、编码器在内的元器件可用于_______________的控制。
3.能够把气压缸的动力转换为力矩和运动速度的是____________。
4.____________通常被用于运动平台的角度测量。
5.在气动系统中，工作压力已经可以达到_____________，并能够代替液压系统。
6.在机电一体化系统的设计中，____________可以用于系统的信号调理和控制。
7._____________是通过变换直流电机的运行速度来控制量产线速度的一个装置。
机电一体化复习内容
机电一体化复习内容第一篇：机电一体化复习内容第一章绪论1、机电一体化系统的基本功能要素有哪些？功能各是什么？(1)、机械本体其主要功能是使构造系统的各子系统，零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定位置上，并保持特定的关系。
(2)、动力单元按照机电一体化系统控制要求，为系统提供能量和动力，以保证系统正常运行。
(3)、传感检测单元对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号，传输到控制信息处理单元，经过分析处理产生相应的控制信息。
(4)、执行单元根据控制信息和指令完成所要求的动作。
(5)、驱动单元在控制信息作用下，驱动各执行机构完成各种动作和功能。
(6)、控制与信息处理单元将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统有目的的运行，并达到预期的性能。
(7)、接口将各要素或子系统连接成一个有机整体。
2、机电一体化的相关技术有哪些？①机械技术②检测传感技术③信息处理技术④自动控制技术⑤伺服驱动技术⑥系统总体技术第二章机械系统设计1、分析各种机械特性对系统性能是如何影响的。
答：摩擦（稳态精度、低速爬行原因）、阻尼（欠阻尼、阻尼比不同时的影响）、间隙（G1—G4）、转动惯量（过大、过小）。
Ⅰ、摩擦特性对性能的影响分析（1）引起动态滞后和稳态误差，如果系统开始处于静止状态，当输入轴以一的角速度转动时,由于静摩擦力矩T的作用,在一定的转角θi范围内, 输出轴将不会运动,θi值即为静摩擦引起的传动死区。
在传动死区内,系统将在一段时间内对输入信号无响应,从而造成误差。
（2）引起低速抖动或爬行—导致系统运行不稳定当输入轴以恒速ω继续运动后,输出轴也以恒速ω运动, 但始终滞后输入轴一个角度θss,（θss为系统的稳态误差）。
Ⅱ阻尼（1）当阻尼比ξ＝0时，系统处于等幅持续振荡状态，因此系统不能无阻尼。
二级考试答案机电
二级考试答案机电一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 以下哪个选项是机电一体化系统的基本组成？A. 机械系统B. 电气系统C. 控制系统D. 所有选项答案：D2. 机电一体化系统中的传感器主要作用是什么？A. 测量温度B. 测量压力C. 转换非电信号为电信号D. 转换电信号为非电信号答案：C3. 以下哪个不是机电一体化系统的控制方式？A. 开环控制B. 闭环控制C. 手动控制D. 自适应控制答案：C4. 机电一体化系统中，伺服电机的作用是什么？A. 驱动机械部件B. 测量机械部件的位置C. 转换电能为机械能D. 所有选项5. 以下哪个不是机电一体化系统的执行元件？A. 电机B. 气缸C. 传感器D. 液压缸答案：C6. 机电一体化系统中，PLC的主要功能是什么？A. 信号放大B. 信号转换C. 逻辑控制D. 数据存储答案：C7. 以下哪个不是机电一体化系统的检测元件？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 位移传感器D. 电机答案：D8. 机电一体化系统中，变频器的作用是什么？A. 改变电压B. 改变电流C. 改变频率D. 改变电阻答案：C9. 以下哪个不是机电一体化系统的驱动元件？B. 气缸C. 传感器D. 液压缸答案：C10. 机电一体化系统中，机器人的主要功能是什么？A. 搬运物品B. 焊接C. 喷涂D. 所有选项答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 机电一体化系统的设计原则包括哪些？A. 模块化设计B. 可靠性设计C. 经济性设计D. 安全性设计答案：ABCD2. 以下哪些是机电一体化系统的组成要素？A. 机械部件B. 电子部件C. 控制部件D. 软件部件答案：ABCD3. 机电一体化系统中，传感器的作用包括哪些？A. 检测温度B. 检测压力C. 检测位移D. 检测速度答案：ABCD4. 以下哪些是机电一体化系统的控制方法？A. PID控制B. 模糊控制C. 神经网络控制D. 遗传算法控制答案：ABCD5. 以下哪些是机电一体化系统的执行元件？A. 电机B. 气缸C. 液压缸D. 传感器答案：ABC三、判断题（每题2分，共10分）1. 机电一体化系统可以实现精确的控制和操作。
机电专业一体化试题及答案
机电专业一体化试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 机电一体化系统的基本组成包括：A. 机械系统B. 电子系统C. 控制系统D. 所有以上选项答案：D2. 下列哪个不是机电一体化系统的特点？A. 高精度B. 高可靠性C. 低效率D. 集成度高答案：C3. 伺服电机主要用于：A. 精确控制位置B. 产生大扭矩C. 快速启动和停止D. 所有以上选项答案：A4. PLC（可编程逻辑控制器）的主要功能是：A. 数据存储B. 逻辑控制C. 人机交互D. 所有以上选项答案：B5. 传感器在机电一体化系统中的作用是：A. 检测外部信号B. 转换信号C. 执行控制命令D. 所有以上选项答案：A6. 以下哪个不是机械传动元件？A. 齿轮B. 皮带C. 电机D. 轴承答案：C7. 以下哪个是机电一体化系统中常用的传感器类型？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 光敏传感器D. 所有以上选项答案：D8. 以下哪个不是机电一体化系统的执行元件？A. 电机B. 液压缸C. 传感器D. 气动缸答案：C9. 以下哪个是机电一体化系统中常用的控制策略？A. PID控制B. 模糊控制C. 神经网络控制D. 所有以上选项答案：D10. 以下哪个是机电一体化系统设计时需要考虑的因素？A. 成本B. 性能C. 可靠性D. 所有以上选项答案：D二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述机电一体化系统与传统机械系统的区别。
答案：机电一体化系统与传统机械系统的主要区别在于，机电一体化系统将机械系统与电子系统、控制系统相结合，实现了高度的集成和自动化。
它通过传感器检测外部信号，利用电子系统进行信号处理，并通过控制系统实现精确的控制，从而提高系统的精度、效率和可靠性。
2. 解释什么是伺服电机，并简述其工作原理。
答案：伺服电机是一种高精度的电机，它能够根据输入的控制信号精确地控制电机的转速和位置。
伺服电机的工作原理是，通过编码器检测电机的实际位置，将位置信号反馈给控制系统，控制系统根据位置误差调整电机的输入，从而实现精确控制。
第四章 机电一体化系统的执行元件(一)
闭环控制：有检测装置，装在移动部件上，可直 接检测移动部件的位移，系统采用了反馈和误差
补偿技术，可很精确地控制移动部件的移动距离。
半闭环控制：也有检测装置，装在伺服电动机上，在
伺服电动机的尾部装有编码器或测速发电机，分别检
测移动部件的位移和速度。由于传动件不可避免地存
在受力变形和消除传动间隙等问题，因而半闭环控制 系统的控制精度不如闭环系统。
螺栓形晶闸管
平板形晶闸管外形及结构
（4）按电流容量分类
可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小 功率晶闸管三种。通常，大功率晶闸管多采用 金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑 封或陶瓷封装。
（5）按关断速度分类 可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。
（二）普通单向晶闸管
1、晶闸管的结构、原理 单向晶闸管 (SCR) 符号和 原理如图所示。 SCR 有三个 极，分别为阳极 A 、阴极 K 和控制极 G （又称门极）。 从物理结构看，它是一个 PNPN 四层半导体器件，其 工作原理可以用一个 PNP 晶 体管和一个 NPN 晶体管的组 合来加以说明。图 b ）为晶 闸管的内部等效电路图。
四、常用伺服控制电动机的控制方式 P66
主要有：开环控制、半闭环控制、闭环控制三种。
开环控制：无检测装置，常用步进电动机驱动实现， 每输入一个指令脉冲，步进电动机就旋转一定角度， 它的旋转速度由指令脉冲频率控制，转角大小由脉 冲个数决定。 因无检测装置，结构简单、成本低，但由于误 差无法测出和补偿，因此开环系统精度不高。
3、 晶闸管的分类
晶闸管有多种分类方法。 （1）按关断、导通及控制方式分类 可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、 门极关断晶闸管（ GTO ）、 BTG 晶闸管、温控晶
机电一体化系统的基本组成
机电一体化
机电一体化系统的基本组成
传统的机械产品主要是解决物质流和信息流的问题，而机 电一体化产品除了解决物质流和能量流以外，还要解决信息流 的问题。机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量 与信息（即所谓工业三大要素）按照要求进行处理，输出具有 所需特性的物质、能量与信息。
传
任何一个产品都是为满足人们的某种需求而开发和生产的， 因而都具有相应的目的功能。机电一体化系统的主功能包括变 换（加工、处理）、传递（移动、输送）、储存（保持、积蓄、 记录）三个目的功能。主功能也称为执行功能，是系统的主要 特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。机 电一体化系统除了具备主功能外，还应具备动力功能、检测功 能、控制功能、构造功能等其他功能。
加工机是以物料搬运、加工为主，输入物质（原料、毛坯 等）、能量（电能、液能、气能等）和信息（操作及控制指令 等），经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质的系 统（或产品）。如各种机床、交通运输机械、食品加工机械、 起重机械、纺织机械、印刷机械、轻工机械等。
动力机，其中输出机械能的为原动机，是以能量转换为主， 输入能量（或物质）和信息，输出不同能量（或物质）的系统 （或产品）。如电动机、水轮机、内燃机等。
以上这五部分我们通常称为机电一体化的五大构成要素，而在实际中 有时机电一体系统的某些构成要素是复合在一起的。机电一体化产品的 五大部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各 组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部 匹配合理、外部效能最佳的完整产品。
综上所述，机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系 统之间必须能顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换。因此，各要素 或各子系统相接处必须具备一定的联系条件，这些联系条件称为接口。一 方面，机电一体化系统通过输入/输出接口将其与人、自然及其他系统相 连；另一方面，机电一体化系统通过许多接口将系统构成要素联系为一体。 因此，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能。
机电一体化系统的基本组成
传统的机械产品主要是解决物质流和信息流的问题，而机 电一体化产品除了解决物质流和能量流以外，还要解决信息流 的问题。机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量 与信息（即所谓工业三大要素）按照要求进行处理，输出具有 所需特性的物质、能量与信息。
传
任何一个产品都是为满足人们的某种需求而开发和生产的， 因而都具有相应的目的功能。机电一体化系统的主功能包括变 换（加工、处理）、传递（移动、输送）、储存（保持、积蓄、 记录）三个目的功能。主功能也称为执行功能，是系统的主要 特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。机 电一体化系统除了具备主功能外，还应具备动力功能、检测功 能、控制功能、构造功能等其他功能。
加工机是以物料搬运、加工为主，输入物质（原料、毛坯 等）、能量（电能、液能、气能等）和信息（操作及控制指令 等），经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质的系 统（或产品）。如各种机床、交通运输机械、食品加工机械、 起重机械、纺织机械、印刷机械、轻工机械等。
动力机，其中输出机械能的为原动机，是以能量转换为主， 输入能量（或物质）和信息，输出不同能量（或物质）的系统 （或产品）。如电动机、水轮机、内燃机等。
以上这五部分我们通常称为机电一体化的五大构成要素，而在实际中 有时机电一体系统的某些构成要素是复合在一起的。机电一体化产品的 五大部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各 组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部 匹配合理、外部效能最佳的完整产品。
综上所述，机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系 统之间必须能顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换。因此，各要素 或各子系统相接处必须具备一定的联系条件，这些联系条件称为接口。一 方面，机电一体化系统通过输入/输出接口将其与人、自然及其他系统相 连；另一方面，机电一体化系统通过许多接口将系统构成要素联系为一体。 因此，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能。
第4章执行装置
形式
√ √ √
√
运动的变换 行程 方向
√ √ √ √ √
√
√
√
√
√ √
速度 √ √ √ √ √
√ √ √ √
动力的变换
形式 大小
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
执行装置
机电一体化系统对执行元件有 什么要求？？
执行元件有气缸、液压阀、电磁阀、电动机等： （1）为执行装置提供必要的驱动力，以便于作功。 （2）接受电子控制装置的指令，进行开、停、换向、变速等运动变换。
第四章 机电一体化系统中的 执行装置
? 执行装置的概念
主
? 电动控制系统的结构及工作原理
要
掌握其使用方法
内
? 液压与气动控制系统的结构及工作原理
容
掌握其使用方法
? 变频器
理解机电一体化系统中所用到的执行装置 了解执行装置的一些基本知识。
执行装置
什么是执行装置
所谓执行装置，就是把从电源、液压、气压等动 力源获得的能量变换成旋转运动或者直线运动的机 械能，同时产生使机械工作的力的一种装置。现代 计算机技术、电子技术和伺服装置的组合，使机械 系统的高精度、快速控制成为可能，其中最具代表 的是机器人和数控机床。
电气伺服系统
步进电动机 直流伺服电动机 交流伺服电动机
执行装置
机电一体化系统对执行装置有 什么要求？？
执行装置框图
执行装置
伺服系统
脉冲比较伺服系统
相位比较伺服系统
幅值比较伺服系统
执行装置 传动机构
传动机构
蜗轮蜗杆 齿轮
传动带带轮 链轮、绳轮 摩擦轮 齿轮、齿条 丝杆螺母 杠杆机构 连杆机构 凸轮 弹簧 万向节 软轴
机电一体化复习题
第一章绪论1.机电一体化的2个狭义概念、1个广义概念狭义：（1）机电一体化是利用计算机的信息处理功能对机械进行各种控制的技术。
（2）机电一体化是利用电子、信息（包括传感器、控制、计算机等）技术使机械柔性化和智能化的技术。
广义上可以简要概括为“机械工程与电子工程相结合的技术，以及应用这些技术的机械电子装路”。
2.机电一体化系统的基本组成与控制方式（1）机电一体化系统的基本组成①机械部分（机构要素）：像机器人的机械手那样实现目标动作。
②执行装路（能量转换要素）：将信息转换为力和能量，驱动机械部分运动。
③传感器（检测要素）：对机械运动结果进行测量、监控和反馈。
④控制装路（控制要素）：对控制信息和反馈信息进行处理，向执行装路发出动作指令。
（下面的图要求会画）控制器IT ----------- L |11，显示務I1—II卫幫机：—o 一!巾‘一执行養置I—「持动机构］一0—》------------------------- 传感毒＜--------------------------图2.2机电一怵化系统的组成（2）控制方式:开环：系统中无位路反馈，也没有位路检测元件。
②闭环：电动机带有速度反馈装路，被控对象装有位移测量元件。
③半闭环：这类系统的位路检测元件不是直接安装在进给系统的最终运动部件上，而是经过中间机械传动部件的位路转换，称为间接测量。
3.对比分析机械调速器与电子调速器(1)机械式调速器利用了著名的离心力原理，完全由机械零件构成，必须在准确得知各零件的重量和摩擦系数的基础上，通过选择和调整重锤及弹簧来进行精确控制。
优点：简单易制，调整及维护比较方便；但是灵敏度和调节特性较差。
且柔性差；(2)电子调速器：与机械调速器相比，电子调速器调速精度高，灵敏度也高，易实现自动化等优点，只要改变设定值和电路或者改变软件就可以选择采用P、I、D PI、PID，甚至更高级的控制，对于实现最佳控制具有很好的柔性。
《机电一体化技术与系统》各章作业答案
第二部分各章作业答案第一章绪论★1、机电一体化的基本概念和涵义是什么？★机电一体化的英文名词如何拼合？(P1) 【参考答案】机电一体化是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最佳化而建立起来的一门新的科学技术。
机电一体化在国外被称为Mechatronics是日本人在20世纪70年代初提出来的，它是用英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分结合在一起构成的一个新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合。
★2、机电一体化的发展趋势包括哪几个方面？(P2)【参考答案】机电一体化的发展趋势可概况为以下三个方面：(4-3-2)（1）性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展；（2）功能上，向小型化、轻型化、多功能方向发展；（3）层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。
★3、一个较完善的机电一体化系统包括哪几个基本要素？★其核心部分是什么？（P4-P5) 【参考答案】一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素：机械本体、动力部分、检测部分、执行机构、控制器和接口。
其核心部分是控制器。
★4、什么是接口？接口的功能有哪些？(P5)【参考答案】为实现各子系统或要素之间物质、能量或信息交换而进行的连接就是接口。
接口的基本功能有交换、放大、传递。
5、机电一体化的相关技术有哪些？(P2-P4)【参考答案】机械技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术、系统总体技术。
第二章机械传动与支承技术1、熟练掌握以数控机床进给传动为例说明机械传动系统建模的步骤、方法。
重点在传动惯量折算的推导过程。
(P13-P15)★【举例说明】在图1所示的数控机床进给传动系统中，电动机通过两级减速齿轮Z1、Z2、Z3、Z4及丝杠螺母副驱动工作台作直线运动。
设J l为轴I部件和电动机转子构成的转动惯量；J 2、J 3为轴Ⅱ、Ⅲ部件构成的转动惯量；K1、K2、K3分别为轴I、Ⅱ、Ⅲ的扭转刚度系数；K为丝杠螺母副及螺母底座部分的轴向刚度系数；m为工作台质量；C为工作台导轨粘性阻尼系数：T1、T2、T3分别为轴I、Ⅱ、Ⅲ的输入转矩。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
当 G极和T2极相对于 T1 的电压均为正时，T2 是阳极， T1是阴极。反之，当 G极和T2 极相对于 T1的电压均为负 时，T1变成阳极，T2为阴极。双向可控硅由于正、反向 特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。
双向可控硅一旦导通，即使失去触发电压，也能继 续保持导通状态。只有当第一阳极T1、第二阳极T2电流 减小，小于维持电流或T1、T2间当电压极性改变且没有 触发电压时，双向可控硅才截断，此时只有重新加触发 电压方可导通。
3、额定正向（通态）平均电流IF 指在规定的环境温度和标准散热条件下，允许连续通 过晶闸管阳极的工频（50Hz）正弦波半波电流平均值。 注：选择晶闸管时应留有一定的功率余量，其额定 峰值电压和额定电流均应高于受控电路的最大工作电压 和最大工作电流1.5~2倍。 4、正向平均电压降UF 也称通态平均电压或通态压降，是指在规定环境温度 和标准散热条件下，当通过晶闸管的电流为额定电流时， 其阳极 A与阴极 K之间电压降的平均值，通常为 0.4~1.2V 。 该参数影响管耗及发热。
1、晶闸管的特点： 体积小、重量轻、效率高、寿命长、动作快以及使 用方便等。被广泛应用于可控整流、交流调压、无触 点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
2、晶闸管的主要用途： （1）整流 — AC→DC （2）逆变 — 将直流电转变为交流电 （3）变频 — 改变交流电频率 （4）交流调压 — 调节交流电压 （5）无触点开关 — 能迅速接通或切断大功率的交流 或直流电路，而不产生火花，适用于防火、防爆的场合。
油缸、液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出 功率的情况下，液压元件具有重量轻、快速性好等特 点。
3、气压式执行元件
气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外， 与液压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的 驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差且具有可压缩 性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。
对照等效电路分析原理
2、等效电路分析得出的三个结论：
（1）晶闸管导通必须具备两个条件：① 阳极A与
阴极 K 之间要加正向电压 EA ；② 控制极 G 与阴极 K 之 间也要有足够的正向电压和正向电流（EG，IG）。
（ 2 ）晶闸管一旦导通，控制极即失去控制作用，
只要维持阳极电位高于阴极电位和阳极电流 IA 大于维 持电流IH，就可继续导通。 （ 3 ）为使晶闸管关断，必须使阳极电流 IA 减小到 维持电流 IH 以下，这只要使阳极电压减小到零或者将 其反向即可。
电路原理： 可控硅交流调压器由可控整流电路和触发电路两部分组 成。二极管D1—D4组成桥式整流电路，双基极二极管 T1构 成张弛振荡器作为可控硅的同步触发电路。通电后， 220V 交流电通过负载电阻 RL 经二极管 D1—D4 整流，在可控硅 SCR的 A、 K两端形成一个脉动直流电压，该电压由电阻 R1 降压后作为触发电路的直流电源。
负载电压的平均值为：
1 Ua 2
1 cos 2U 2 sin td (t ) 0.45U 2 2
由上式可见，负载电阻上的直流电压是控 制角α的函数，所以改变α的大小就可以控制负 载直流电压在0~0.45U2之间变化 。
单相交流可控硅桥式整流电路 （a）整流电路；（b）波形图
第4部分（横线后面的第 1 部分）：表示额定电压， 是以 100V 为单位标注的，即该数字乘以 100V 为器件的 额定电压。额定电压在 1000V 以下时每 100V 为一挡； 额定电压在 1000V以上的器件每 200V 为一挡，如该部分 为“5”，表示额定电压为 500V；为“12”，表示额定电压 为 1200V。
双向晶闸管（TRIAC） ：
双向晶闸管为NPNPN 五层半导体器件，结构和 特性相当一对反向并联的 普通晶闸管，可实现双向 导通。其结构和符号如右 图所示。 双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的，它 不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触 发电路，是比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC 即三端双向交流开关之意 。
四、常用伺服控制电动机的控制方式 P66
主要有：开环控制、半闭环控制、闭环控制三种。
开环控制：无检测装置，常用步进电动机驱动实现， 每输入一个指令脉冲，步进电动机就旋转一定角度， 它的旋转速度由指令脉冲频率控制，转角大小由脉 冲个数决定。 因无检测装置，结构简单、成本低，但由于误 差无法测出和补偿，因此开环系统精度不高。
三、对伺服控制电动机的基本要求
为实现运动、功率/能量、控制运动方式的转换，对伺 服控制电动机提出了一些基本要求。
（1）性能密度大 即功率密度（Pw=P/G）或比功率密度 （Pbw=(T2/J)/G）大。 （2）快速性好 加速度大、响应特性好。 （ 3 ）位置控制与速度控制精度高、 调速范围大、低速平稳性好、分辨率 高以及振动噪音小。 （ 4 ）能适应频繁启动，可靠性高、 寿命长。 （ 5 ）易于与计算机接口，实现计 算机控制。
（五）晶闸管应用举例
1、单相半波可控整流电路
整流电路工作原理： 正半周： 0 ＜ ωt ＜ α， ug=0 ， SCR正向阻断，uL=0；ωt=α时， 加入 ug 脉冲， SCR 导通，若忽 略其正向压降，uL=u2。 负半周： π≤ωt ＜ 2π ，当 u2 自 然过零时， SCR 自行关断而处 于反向阻断状态，uL=0。 α称为控制角，θ称为导通角， 显然 α+θ=π 。当 α=0 ， θ=180 度 时，可控硅全导通；当 α=180 度， θ=0 ，可控硅全关断，输 出电压为零。
常用执行元件的种类
各种执行元件的特点：
1、电气执行元件 电气执行元件主要是直流 (DC)伺服电机、交流（AC） 伺服电机和步进电机。能实现定位伺服，响应快，易于 CPU 接口，体积小，动力大，无污染。对这些伺服电机 除了要求运转平稳以外，一般还要求动态性能好，适合 于频繁启动，便于维修等。
2、液压式执行元件 液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转
第5部分：表示器件的通态平均电压UF，用一位大写 字母表示，如 A、B、C、D 等。不同的字母表示不同的 通态平均电压值。字母与通态平均电压的具体对应关系 可查有关手册。 例如：有一晶闸管的型号为 KP100-12D，其意义为： 普 通 型 晶 闸 管 ， 通 态 平 均 电 流 为 100A ， 额 定 电 压 为 1200V电子技术分为微电子技术和电力电子技术。微电子技 术处理的对象是小信号（ mV~ 几十伏， mA~ 几安），属 弱电领域，微电子器件是信息处理部件。电力电子技术 处理的对象是大信号（几十伏 ~ 几千伏，几安 ~ 几百安）， 属强电领域。电力电子器件能实现小信号控制大信号及 对电能进行控制和转换，从而实现弱电对执行元件，如 伺服电机、步进电机、比例电磁铁等的控制。目前功率 电子器件在机电一体化领域获得了广泛的应用。 二、常用功率电子器件 晶闸管SCR、功率晶体管GTR、 功率场效应晶体管MOSFET、绝缘 栅双极晶体管IGBT等。
第四章 机电一体化系统的执行元件 （一）
第一节 概 述
一、功能： 执行元件是机电一体化系统的重要组成部分，用来将输 入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。是 一种能量变换元件。 机电一体化伺服系统要求执行元件具有转动惯量小、输 出动力大、便于控制、可靠性高和安装维护简便等特点。 二、执行元件的种类及特点 根据使用能量的不同，执行元件主要分为电磁（气）式、 液压式和气压式三大类型，如图所示。
双向可控硅除门极 G 以外的其
它两个电极统称为主端子，或称为 第一阳极与第二阳极，用 T1(A1) 、 T2(A2)表示。 其特点是：双向可控硅第一阳 极T1与第二阳极T2间，无论所加电 压极性是正向还是反向，只要控制 极 G 和第一阳极 T1 间加有正负极性 不同的触发电压，就可触发导通呈 低阻状态。此时T1、T2间压降约为 1V。
3、 晶闸管的分类
晶闸管有多种分类方法。 （1）按关断、导通及控制方式分类 可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、 门极关断晶闸管（ GTO ）、 BTG 晶闸管、温控晶
闸管和光控晶闸管等多种。
（2）按引脚和极性分类 可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。
（3）按封装形式分类
可分为金属封装晶闸管、 塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸 管三种类型。其中，金属封 装晶闸管又分为螺栓形、平 板形、圆壳形等多种；塑封 晶闸管又分为带散热片型和 不带散热片型两种。
闭环控制：有检测装置，装在移动部件上，可直 接检测移动部件的位移，系统采用了反馈和误差
补偿技术，可很精确地控制移动部件的移动距离。
半闭环控制：也有检测装置，装在伺服电动机上，在
伺服电动机的尾部装有编码器或测速发电机，分别检
测移动部件的位移和速度。由于传动件不可避免地存
在受力变形和消除传动间隙等问题，因而半闭环控制 系统的控制精度不如闭环系统。
螺栓形晶闸管
平板形晶闸管外形及结构
（4）按电流容量分类
可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小 功率晶闸管三种。通常，大功率晶闸管多采用 金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑 封或陶瓷封装。
（5）按关断速度分类 可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。
（二）普通单向晶闸管
1、晶闸管的结构、原理 单向晶闸管 (SCR) 符号和 原理如图所示。 SCR 有三个 极，分别为阳极 A 、阴极 K 和控制极 G （又称门极）。 从物理结构看，它是一个 PNPN 四层半导体 器件，其 工作原理可以用一个 PNP 晶 体管和一个 NPN 晶体管的组 合来加以说明。图 b ）为晶 闸管的内部等效电路图。
三、晶闸管
（一）概述 晶闸管是晶体闸流管 (Thyristor) 的简称，又称可控硅整流器 （ Silicon Controlled Rectifier—— SCR ），简称可控硅，是目前应用 最广的半导体功率开关元件。它既 有单向导电的整流作用，又有可控 的开关作用。晶闸管的通态损耗小， 控制功率大。几十 ~ 一、二百 mA 的 电流， 2 、 3 伏电压的微小功率信号 可以对>几百安、数千伏的电源进行 控制和转换。