機電控制系統(tǒng)有哪些組成要素
發(fā)布時間:2017/11/27 點擊量:
常見的機電控制系統(tǒng)應(yīng)包括機械本體、傳動裝置、檢測傳感部分、執(zhí)行裝置、驅(qū)動部分、 控制和信息處理單元及接口等基本要索。
1、機械本體
機械本體是機電控制系統(tǒng)所有功能元素的機械支持部分,包括機身、框架和機械連接等。
2、傳動裝置
傳動裝置的主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,因此,除要求具有較高的定位精度外,還應(yīng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性。常用的傳動裝置包括齒輪傳動裝置、帶傳動裝置、鏈傳動裝置、撓性傳動裝置、間歓傳動裝置和軸系傳動裝置等。
傳動裝置對伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大彩響,特別是其傳動類型、傳動方式以及傳動的 可靠性對機電一體化系統(tǒng)的稍度、穩(wěn)定性和快速性有很大影響。因此,系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)選 擇傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)的部件,如帶傳動、蝸輪蝸桿傳動及各類齒 輪傳動等,不僅可以改變速度,還可以改變轉(zhuǎn)矩,隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展,傳動裝置應(yīng) 不斷適應(yīng)新技術(shù)的要求,具體要求包括以下3個方面:
(1)精密化,對于某種特定的機電一體化產(chǎn)品,應(yīng)根據(jù)其性能的要求提出合理的精度 要求。
(2)高速化,機械設(shè)備的工作效率直接由傳動裝置的運動速度決定。因此,傳動裝置應(yīng) 能適應(yīng)高速運動的要求。
(3)小型化、輕量化,小型化、輕量化主要是通過改變傳動裝置的結(jié)構(gòu)尺寸、材料和質(zhì)量 的方法來實現(xiàn)的,特別適合現(xiàn)代機械設(shè)備傳動裝置的改11、包裝及運輸?shù)取?/div>
3、檢測傳感部分
檢測傳感部分的功能是對機電控制系統(tǒng)運行所需的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測,并轉(zhuǎn)換 成可識別的信號,傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?。機電控制系統(tǒng)中檢測傳感部分的傳感器作用就是 將機電控制系統(tǒng)中被檢測對象的狀態(tài)、性質(zhì)等信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。如果 沒有傳感器準(zhǔn)確可靠地捕獲和轉(zhuǎn)換信息,一切準(zhǔn)確的測試與過程控制將無法實現(xiàn)。
4、執(zhí)行裝置
執(zhí)行裝置是根據(jù)控制信息和指令完成既定動作的裝置。根據(jù)動力源的不同,可將執(zhí)行 裝置分為電氣執(zhí)行裝置、液壓執(zhí)行裝置和氣動執(zhí)行裝置。
(1)電氣執(zhí)行裝置
電氣執(zhí)行裝置是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。電氣執(zhí)行元件包括電動機、壓電元件及 電磁鐵等。
(2)液壓執(zhí)行裝置
液壓執(zhí)行裝置是將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。由于液壓執(zhí)行裝置加速平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊以及尺寸小,因而在同樣的輸出功率下,液壓執(zhí)行裝置具有重量輕、慣性好等優(yōu)點,從結(jié)構(gòu)上看,液壓執(zhí)行裝置包括油箱、電動機7泵組件、控制閥門組件、啟動控制箱、熱交換器和傳 感器以及壓力表等附件;從功能上講,液壓執(zhí)行裝置具有液壓系統(tǒng)的供油和控油功能。目 前,世界上已開發(fā)出各種數(shù)字式液壓執(zhí)行元件,如電-液伺服馬達,它的最大優(yōu)點是具有比 電動機更大的轉(zhuǎn)矩,可以直接驅(qū)動機構(gòu)運行,適合于重載的高速驅(qū)動
(3)氣動執(zhí)行裝置
由于氣動執(zhí)行裝置中的介質(zhì)是空氣,具有來源方便、不需回氣管道和不污染環(huán)塊的特 點,因而在近些年得到了廣泛的應(yīng)用。氣動執(zhí)行裝置的優(yōu)點是動作迅速、反應(yīng)快、維護簡單、 成本低,同時由于空氣黏度小,節(jié)能高效,因而適用于遠距離輸送。此外,由于其工作環(huán)境適 應(yīng)性好,因而在易燃、易爆、多塵、離輻射等惡劣環(huán)塊中工作更為安全可靠。氣動執(zhí)行裝置的缺點是排氣時噪音較大,需要對氣源中的雜質(zhì)進行處理,空氣可壓縮性較大,系統(tǒng)的工作穩(wěn) 定性較差,不易獲得較大輸出力或力矩。
5、驅(qū)動部分
驅(qū)動部分可在控制信號的作用下提供動力,根據(jù)控制信號驅(qū)動各種執(zhí)行裝置完成各種 動作和功能??刂葡到y(tǒng)一方面要求驅(qū)動部分具有高效率和快速響應(yīng)的特點,另一方面又要 求其具有較高的可靠性,以及對水、油、溫度和塵埃等外部環(huán)境具有較強的適應(yīng)性。由于幾 何尺寸上的限制,要求驅(qū)動部分的動作范圍狹窄,因而還需考慮維修和標(biāo)準(zhǔn)化的要求。隨著 電力電子技術(shù)的高速發(fā)展,高性能步進驅(qū)動、直流伺服驅(qū)動和交流伺服驅(qū)動已大量應(yīng)用于控制系統(tǒng)。
6、控制和信息處理單元
控制和信息處理單元可將傳感器的檢測信息和外部輸人命令進行集中、存儲、分析和加 工,根據(jù)信息處理結(jié)果,按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令, 控制整個系統(tǒng)有序地運行, 它一般由計算機、可編程控制器、數(shù)控裝置以及邏輯電路、A/D與D/A轉(zhuǎn)換器、輸人/輸出接口和計算機外部設(shè)備等組成。控制系統(tǒng)對控制和信息處理單元的基本要求是:提高信息處 理速度和可靠性,增強抗干擾能力,完善系統(tǒng)自診斷功能,實現(xiàn)信息處理智能化和零部件的 小型化、輕量化和標(biāo)準(zhǔn)化等。
7、接口
接口是機電控制系統(tǒng)中各單元和環(huán)節(jié)之間進行物質(zhì)、能量和信息交換的連接界面,具有 對信號進行變換、放大及傳遞的功能。它將各組成要素連接成為一個有機體,由控制和信息 處理單元引導(dǎo)各功能環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)一致地運行。