缸驱动系统自20世纪70年代以来就在工业化领域得到了迅速普及。气缸适用于作往复直线运动，尤其适用于工件直线搬运的场合。现在，气缸已成为工业生产领域中ptp（pointtopoint）搬运的主流执行器。20世纪90年代开始，电机和微电子控制技术迅速发展，使电动执行器的应用迅速扩大。然而，到现在来看，电动执行器在工业现场并未得到普及，而近几年，在中国气缸销量的年增长速度一直维持20%以上。电动执行器主要用于旋转和摆动工况，用于直线工况的电动执行器逐渐增多。电动执行器可实现高精度多点定位，气动执行器很难做到。在气动执行器和电动执行器的选择上，特别是在工业自动化需求zui多的ptp输送场合，一直没有充足的数据来论述两者选择标准。本文从运行能耗的角度探讨两种执行器的能量消耗问题。1两种执行器能量消耗1.1气动执行器的能量消耗气动执行器的能量转换和空气状态变化如图1。气动执行器运行消耗的是压缩空气。压缩空气输送过程中，经过节流阀、管道弯头等阻性元件后，会有一定的压力损失。另外由于工厂普遍存在接头、气缸或电磁阀处的空气泄露。尽管安装时的泄漏量标准低于5%，但很多工厂的泄漏量高达10%~40%。泄露也将导致一定的压力损失。
a能量转换b空气状态变化图1气动执行器能量转换及空气状态变化
1.2电动执行器的能量消耗电动执行器运行消耗的是电力。它通过电动机（伺服电动机、步进电动机等）驱动滑动丝杠或滚珠丝杠旋转，带动丝杠上的螺母转化为直线运动，并推动滑台沿导轨做旋转或直线运动。电动执行器的系统结构如图2所示。由控制器发出运动指令给电动执行器，实现既定运动。
图2电动执行器的系统构成
2运行能耗评价标准气动执行器消耗的是压缩空气，需要将消耗压缩空气转化为压缩机的耗电。而电动执行器可采用直接测量得到耗电量，因此可将两种执行器在相同工况下的耗电量作为能耗评价依据。2.1气动执行器空气消耗量的测量在气动实验系统中，采用先储气后供气的方式：先启动压缩机向储气罐中充气，待压缩空气达到一定压力后停止压缩机，由储气罐对外供气。气动执行器的空气消耗量测量流程：打开截止阀，向储气罐中充满0.75mpa的压缩空气；关闭截止阀，读取储气罐的压力，检查是否压力下降，以防空气泄露；设定减压阀的压力为0.5mpa，气动执行器往复动作20次；读取储气罐的zui终压力，结束测量。系统中压缩空气消耗是一个固定容腔充放气的过程，可利用差压法来计算压缩空气的消耗量。将理想气体状态方程两边取微分得
式中p为压力（pa）；v为气罐和管路的所有容积（m3）；m为压缩空气的质量（kg）；t为室温（k）；r为气体常数，对空气r=287n.m/（kg.k）。
式中qm为质量流量（kg/s）；q为体积流量（m3/s）；q0为标准状况下空气的密度。联立式（1）～式（3）得流量计算公式：
对式（4）积分得式中v'为气动执行器的空气消耗量（m3）；p1为气罐的初始压力（pa）；p2为气罐的zui终压力（pa）。气动执行器单次往复的空气消耗量平均值可通过v'除以作动次数n计算出来。2.2气动执行器的运行能耗计算模型设空压机组（含冷干机）的实际运行功率为pc（w），空压机组的输出流量为qc（m3/s），则空压机组的比能量为
则气动执行器每次往复作动耗气折算成压缩机的能耗w和平均消耗功率p为
式中b为空气泄漏率；f为执行器往复作动频率。2.3运行能耗评价标准1）以两种执行器在相同工况下工作时的耗电量作为评价基准；2）承载能力要求相同或相近；3）水平方向搬运工件时，在相同频率下测量搬运相同的工件移动相同位移、末端位置保持相同时间往复一次的能耗；4）垂直方向搬运工件时，由于工件借助自身重力的影响会向下运动，在相同频率下测量向上提升相同工件、移动相同位移、末端位置保持一定时间、向下放回工件的能耗。3运行能耗实验3.1气动执行器气动执行器运行能耗的实验系统如图3。
图3气动执行器运行能耗实验系统
执行器是自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。电动执行器也是控制系统正向通路中直接改变操纵变量的仪表，由执行机构和调节机构组成。在过程控制系统中，气动执行器由执行机构和调节机构两部分组成。调节机构通过执行元件直接改变生产过程的参数，使生产过程满足预定的要求。执行机构则接受来自控制器的控制信息把它转换为驱动调节机构的输出（如角位移或直线位移输出）。它也采用适当的执行元件，但要求与调节机构不同。执行器直接安装在生产现场，有时工作条件严苛。能否保持正常工作直接影响自动调节系统的安全性和可靠性。（1）执行器按所用驱动能源分为气动执行器、电动执行器和液压执行器三种。（2）按输出位移的形式，执行器有转角型和直线型两种。（3）按动作规律，执行器可分为开关型、积分型和比例型三类。（4）按输入控制型号，执行器分为可以输入空气压力信号、直流电流信号、电接点通断信号、脉冲信号等几类。