在光机电一体化产品中.基本都是利用电动机来作为动作执行元件,作为计算机控制的电动机,一般常用的有步进电动机和伺服电动机。伺服电动机又分为交流伺服电动机和直流伺服电动机。 1.伺服电动机(Serv0 Motors)
所谓伺服系统是一种闭环控制系统,将目标值与实际结果进行比较,使其误差最小化。这种控制系统是带有反馈功能的,以便使来自控制对象的信号返回到输入上,从而在控制上能够反映出来。利用电动机的伺服控制就是在电动机或者控制对象上安装检测装置,将检测结果反映到控制装置上,并与指令值进行比较来进行控制。伺服电动机的主要特点是灵敏度很高,响应很快,即当没有控制信号时.电动机处于不动状态,一旦有控制信号存在,即使是很微弱的詹号.电动机也会立即起动,并根据信号的消失而立即停止动作,图l -9所示为伺服电动机实物图。
 (1)交流伺服电动机以交流电作为驱动电源的伺服电动机称为交流伺服电动机,一般此类电动机用于小功率的伺服系统中。交流伺服电动机的工作原理与单相电容式异步电动机相同,其转速和转向与励磁电压和控制电压幅值有关,也与励磁电流和控制电流间相位差大小有关。其结构有笼形、空心杯形和空心铁磁形。交流伺服电动机除了具备高灵敏性和快速响应之外,还具有运行稳定的特点。这种电动机广泛应用到光机电一体化系统中.主要在随动系统和增量运动中作为伺服或驱动元件。此外由于具有很好的可控性,因此通过计算机控制系统、传感器反馈系统等能够对运动机构进行很好的速度控制和位置控制。 (2)直流伺服电动机直流伺服电动机在光机电一体化产品中也是经常使用的一种执行元件。它分为永磁式和电磁式两种,对这类电动机的控制一般多采用电枢控制。直流伺服电动机具有转速调节范围广、起动力矩比较大等优点。在小型自备电源的光机电设备中,如移动机器人、自动导引搬运小车等多采用这种类别的电动机。此外还有一种直流力矩伺服电动机,这种电动机能够产生大力矩,可以在电动机输出部分不用通过减速装置而直接和所要驱动的机构进行连接.它能在低于空载转速的任意低速下稳定运行,甚至是在堵转下稳定工作也没有问题。直流力矩伺服电动机具有反应速度迅速、转矩转速波动小和精度较高等特点。 2.步进电动机(stepping Motors)
步进电动机也是光机电一体化设备或产品中的最常用的动作执行元件之一,是一种较早应用的比较典型的驱动装置。图l一10所示为步进电动机及驱动器。

如今步进电动机被广泛地应用在数控机床、办公设备、机器人、计测装置和自动化设备中。在使用步进电动机时不能直接将其与电源相连.也需要驱动器。步进电动 机自身的特点有: 1)步进电动机可以通过数字信号进行开环控制,从而使控制系统简单,需要的成本也低。 2)步进电动机输入的脉冲信号数与位移相对应,步距误差不会长期积累,因此不仅可以组成结构简单且具有一定精度的开环控制系统,还可以组成闭环控制系统来实现较高的控制精度。 3)步进电动机没有电刷,因此构成电动机的部件较少,便于装配并容易获得较高的可靠性。此外,步进电动机的响应性好,易于电动机起动、停止、正反转以及变速,并且在停止时有一定的自锁能力。 4)步进电动机的步距角的大小可以在180°范围内进行选择,选择的范围大。如果选择较小的步距角,则可以在超低速下获得高转矩稳定运行,有的时候可以直接用步进电动机带动机构而不需减速装置。 5)如果同时用一台控制器控制几台步进电动机,则可以获得使它们进行完全同步运行的效果.速度也可以在相当宽的范围内实现平滑调节。 在选择使用步进电动机时必须满足整个运动系统的要求。一般从机械和速度两个较大方面来考虑,也就是分辨率、负载刚度及质量、电动机体积和质量、电动机的工作环境、电动机的转矩和速度响应设定等。
|