实现控制的各种执行元件介绍

执行元件是一种能量转换装置，它位于电气控制装置和机械执行装置之间，在控制指令下将输入的各种形式的能量转换为机械能。如图6-6所示为执行元件的分类框图。根据使用能量的不同，分为电气式、液压式和气压式等主要类型。其中电气式传动装置利用电磁线圈通过电能产生磁场力（电磁力），再依靠磁场力做功，从而把电能变换成转子（或动子）的机械能；液压式传动装置把电能变换成一次油压的液压能，并利用电磁阀来控制和切换油压，从而把液压能量变换成负载的机械能；气动式传动装置的工作原理与液压式相同，它们的区别仅在于能量传递的媒介由油变成了空气。其他传动装置的原理则主要与一些功能材料的性能有关，如利用双金属、形状记忆合金或者压电效应等可以制成具有某种运动功能的传动装置。

最方便利用计算机控制的是电气式执行元件，因此机电一体化系统所用的主流执行元件为电气式，其次是液压式和气压式（在驱动接口中需要增加电-液或电-气变换环节）。

（1）电气式

电气式执行元件以电能为动力，利用电能产生位移或转角等。电气式执行元件包括控制用电动机（步进电动机、DC和AC伺服电动机）、静电电动机、磁致伸缩器件、压电元件、超声波电动机以及电磁铁等。其中，利用电磁力的电动机和电磁铁具有操纵简便、适宜编程、响应快、伺服性能好、易与微机相连接等优点，因而成为机电一体化伺服系统中最常用的执行元件。

另外，其他电气式伺服驱动系统中还有微量位移用器件，如电磁铁、压电驱动器和电热驱动器等可用在机电一体化产品中，用以实现微量进给。

（2）液压式

液压式执行元件是按密闭连通器的原理工作的，靠油液通过密闭容积变化的压力势能来传递能量。液压式伺服驱动系统主要包括往复运动的液压缸、回转液压缸、液压马达等，其中液压缸占绝大多数。该类执行元件的突出优点是输出功率大、转矩大、工作平稳、可以直接驱动运动机构、承载能力强，适合于重载的高度速驱动。但需要相应的液压源以及占地面积大，控制性能不如伺服电动机。但目前世界上已开发了各种数字式液压式执行元件，如电-液伺服马达和电-液步进马达，这些马达在强力驱动和高精度定位时性能良好，而且使用方便，因此得到了广泛重视。(https://www.xing528.com)

（3）气压式

气压式伺服驱动系统除了用压缩空气做为工作介质外，与液压式执行元件无太大区别。具有代表性的气压式执行元件有气缸、气压马达等。气压驱动虽可得到较大的驱动力、行程和速度，但由于空气黏性差且具有可压缩性，故不能在要求定位精度较高的场合使用。

（4）其他执行元件

图6-6 执行元件分类框图

在新的原理方面，利用压电元件的逆压电效应原理和磁致伸缩、电致伸缩器件等构成的微位移驱动器，已经在微米、亚微米领域获得了广泛应用。