Исполнительные устройства

Исполнительные устройства осуществляют преобразование сигнала, усиленного усилителем мощности, в форму, удобную для воздействия на рабочий орган системы (обычно в перемеще­ние или силу). Исполнительное устройство является конечным каскадом, последним элементом в системе управления, воздей­ствующим непосредственно или через согласующий орган на ре­гулирующий элемент системы, осуществляющий изменение ре­жима функционирования управляемого объекта. Например, ша­говый электродвигатель (исполнительное устройство) через ре­дуктор коробки подач (согласующий орган) задает перемещение суппорта станка с закрепленным на нем инструментом (регули­рующего элемента, рабочего органа).

По своим динамическим характеристикам исполнительные ус­тройства обычно являются интегрирующими или инерционными звеньями. Например, система позиционирования рабочего органа по показаниям датчика текущего положения рабочего органа Х и по его требуемому положению Х_зад определяет требуемое пере­мещение ΔХ = Х_зад-Х, которое через цепь преобразователей по­ступает на исполнительное устройство, например в виде скоро­сти вращения вала электродвигателя и скорости перемещения рабочего органа v, в результате чего меняются его координаты ΔХ = vΔt.

При закреплении инструмента на исполнительное устройство подается управляющий сигнал, уровень которого определяет силу зажима. Например, в пневмоприводе в полость рабочего цилинд­ра подается сжатый газ, давление которого Р (управляющий сиг­нал) совместно с площадью поршня S определит силу зажима F= PS, т. е. в первом приближении пневмоцилиндр можно счи­тать пропорциональным звеном, а если учесть инерционность пнев­мосистемы за счет конечной скорости течения газа - инерцион­ным звеном. Электродвигатель в силу механической инерции ро­тора также изменяет скорость вращения постепенно в ответ на скачкообразное изменение напряжения питания.

Исполнительные устройства в зависимости от характера дви­жения выходного элемента подразделяются на три вида:

с линейным движением;

поворотным движением (угол поворота меньше 360°);

вращательным движением (угол поворота больше 360°).

Исполнительные устройства, как и другие элементы систем управления, в зависимости от вида используемой энергии делят­ся на электрические, гидравлические и пневматические.

К электрическим исполнительным устройствам относятся элек­тродвигатели, электромагнитные муфты, электромагниты (пово­ротные и втяжные), электромагнитные реле, электромагнитные контакторы и другие устройства, преобразующие электроэнергию в энергию механического движения. Электрические устройства, несмотря на известные преимущества, обладают рядом недостат­ков, среди которых основными являются часто недостаточные мощность и быстродействие.

Гидравлические и пневматические исполнительные устройства по сравнению с электрическими имеют более высокую мощность (примерно на порядок), обладают быстродействием и надежнос­тью, просты конструктивно, устойчивы к вибрациям и ударам, позволяют плавно менять выходные параметры в широком диапа­зоне.

При выборе исполнительного устройства сила или момент, раз­виваемые устройством, должны быть заведомо большими, чем сила или момент, требуемые для перемещения рабочего органа на всех режимах его работы, а быстродействие должно быть достаточным.