对电气传动控制系统设计的研究

【摘要】本文集中分析了电气传动控制系统的设计问题，提出了电气传动控制系统设计的一些基本原理，分析了电气传动控制系统设计过程中的要点和需要注意的问题，希望可以为电传动的控制系统设计提供参考。

【关键词】电气传动控制系统；设计

中图分类号：S611文献标识码： A

一、前言

近年来，电子传动控制系统也在不断发展，自动化的趋势也越来越明显，电气传动控制系统的出现，使得很多领域中的工作有了进一步的提升，社会的生产效率进一步提升。

二、电气传动控制的主要措施

机械控制是最早的自动控制措施，后来逐渐被电子控制和电气控制所取代。二十世纪七十年代以后，成本低、体积小、能耗低、速度快和可靠性高的大规模集成电路微处理器逐渐商品化，这极大地促进了电子控制的发展，目前电气传动系统控制器的主要方式已经是以微处理器为核心的数字控制方式。作为最为常用的电子控制方式，数字控制和模拟控制具有不同的适用范围和优点，但毋庸置疑地，数字控制正在不断取代模拟控制：数字控制系统能够进行故障的自我诊断，从而提高诊断结果的可靠性和诊断过程的智能化；数字控制器能够实现模拟控制所无法实现的多种复杂控制策略。

三、电气传动控制系统设计

1、电气传统控制的服务器设计

服务器是电气传动控制系统的核心，对其进行精心设计十分必要。一般电气用马达在做应用时还需要经过减速齿轮及转换机构，才能实际控制传动，下面将介绍做传动控制系统经常会用到的服务器，其可简化设计齿轮及转换机构的麻烦。服务器用在电气设备中应用，通常作为变化控制及加减速控制用，服务器的优点是扭力大可拉动较重的负荷，并且体积小、重量轻而且省电。传统比例式遥控器接收机控制服务器照中，一组接收机控制器可以同时控制多组服务器动作。之所以称为比例式遥控器，是因为手动遥控器的角度，可以同步控制服务器正反转，即正转90度或是反转90度。就服务器的控制方式而言，由于服务器体积小，设计上通常采用特殊积体电路设计，在松开螺丝后小心将其零件分解，就可以看到其内部零件。其内部结构可以分为以下几部分：控制晶片及电路、小型直流马达、转换齿轮、旋转轴、回授可变电阻。

控制晶片接收外部脉冲控制信号输入，自动将脉冲宽度转换为直流马达正反转的运转模式，经由转换齿轮驱动旋转轴使服务器可以随著脉冲信号做等比例正转或是反转。当转动至90度时，连动的可变电阻也转至尽头，由可变电阻的回授电压值（Vf），使得控制晶片可以侦测到马达已转至尽头。回授可变电阻的目的也可以使服务器正确转回到中间位置，因为此时的可变电阻的回授电压值正是二分之一。服务器以5V电源便可以推动，控制方式是以脉波调变方式来控制。其外部3支接脚如下：黑色是GND地线；红色是5V电源线（位置在中间）；白色为控制信号。因此，即使第1及第3支脚插反了，也不至于烧毁服务器，因为输入的控制信号线接地了，服务器顶多不动作，算是种保护，但是实验时还是要特别注意，因为如果运气不好，内部的服务器电路也有可能损坏，毕竟服务器单体并不便宜。服务器动作原理是以脉波调变方式来做控制，固定周期脉波宽度约20mS，当送出以下的正脉波宽度时，可以得到不同的控制效果：正脉波宽度为0.3mS时，服务器会正转；正脉波宽度为2.5mS时，服务器会反转；正脉波宽度为1.3mS时，服务器会回到中点。

2PLC技术在电气传动控制系统设计中的应用

首先探讨PLC的工业管理部分。通过PLC内部所撰写的程序（程序为内部自带，可以做小部分修正），规划任一元件在特定时间接受指定任务完成工作，而自动工业系统中最重要元件就是马达，因为各部位的马达控制的整体工业场合的运作，例如进货、出货、XYZ轴的动量等，都需要通过马达的运转来完成，而马达什么时候运转？该如何运转？运转的时间？都是通过PLC内部的设定来完成。而马达运转在PLC程序中所占有的是Y0～Y7、Y10～Y17的位址。

极限开关在我们整体结构中也扮演了相当多的角色，而工业场合运行的状态显示便是使用极限开关来做一个监测以及信息回传的工作，制造场所内有无零部件便可通过极限开关对应到PLC所设定的位址，所设定位址为X20～27以及X30～37，零部件的进出皆可通过灯号显示。还有一项非常重要的工作赋予极限开关重要的使命，也即制造场所的安全。制造场所若因为定位错误导致车间损毁、机械损坏、零部件损毁，若对应到现实的状况中，这可是非常严重的事情，自动工业场所所若不能达到安全有效率取代人力，反而适得其反延伸出诸多安全考虑是不允许的。所以可以将这样的使命也交给了极限开关或是定位感测来达到极限位置的目的。

四、系统硬件设计

电气系统方案的确定是硬件设计进行的基础，即想要进行系统硬件设计，就要先确定电气系统的方案，我们以单片机为例，探析硬件设计主要包括以下几项内容：

1、单机片的选择。日前单片机的品种比较多，大致可分专用型与通用型两大类。专用型比较容易开发，开发的系统较为简单，且专业型芯片具备一些特殊功能，所以，在选择芯片时应尽可能的选择合适的专用型芯片。通用型芯片具有供货市场范围大、全国各地都可买到的优势，且掌握通用型芯片的人员相对较多，有利于开发工作全体的组成。在电气传动与控制系统中，8位机通常便可满足需要。必须使用16位机的有少数，也有些用4位机便可很好的工作。具体选择哪种单片，还应根据实际情况来决定。

2、其他芯片的选择。当程序以及数据所需的存储单元超出了芯片内的只读内存（ROM）或者没有只读内存时，就得对程序存储器进行扩充。一般使用EPROM，比如2764和2716等。假如需要处理的数据量偏大时，则需对数据存储器进行扩充，可采用6116、2441等静态随机存储器（RAM）。如果数据量非常大时，也可选择6264、2464或62256等芯片。扩展的数据存储器或者程序存储器还可选择E2PROM如2864和2816等，也可使用具有掉电保护功能的静态RAM，如9964等。除此外，有时还需要使用到各种数字集成电路芯片以及可编程序借口芯片、信号调理模块等。其他芯片选用的原则是，最大程度的简化线路，特别是采用各种专用型单片机时，应对其特殊功能进行充分的利用。

3、地址空间的分配。地址空间分配方式主要是根据各个芯片里的地址单元数量以及可寻址芯片数量来确定的。假如所选用的单元数比较多，则选用全译码方式，地址空间要依照顺序来依次进行分配。假如所选用的单元数比较少，则选用线选法，其地址空间不必连续分配，采用P2口的某些线选通芯片。选通如果确定，那么地址就确定了。然而地址在此时是浮动的，编程时对于这点应引起注意。

4、系统硬件（线路）图的画出。在对由专用型单片机组成的系统进行设计时，依照输入输出的信息、所需功能和希望达到指标选择使用合适的芯片是其最关键的环节。芯片在选定完毕之后，以单片机为主要核心，根据其所需的电路以及前、后通达便可设计出硬件（线路）图。

系统如果使用了通用型芯片，可通过三种总线把各组成部分分别联系起来形成系统线路。系统地址总线由P0口和P0口或者P2口组成。P0口的地址信号要通过锁存器连接到片外存储器或者端口的地址线上，锁存器采用ALE作为锁存信号。数据总线采用P0口，将他与存储器和端口的数据连接起来[4]。其他的I/O口可与外界直接联系，且其地址在芯片内的胡数据储存空间里，使用较简便。控制线的选用根据实际需要决定。

五、电气传动系统常用的智能控制方法

1、电气传动系统中的模糊控制

模糊控制是智能控制中一个重要的控制方法，模糊控制利用模糊集合这一种形式，对人们在日常生活的概念中的模糊性进行刻画，使电气传动系统中的控制器能够对操作熟练的工作人员、专家在系统控制上的方法与经验进行更加逼真的模仿。连续控制系统中物理量的形态，以数量型为主，传统控制方法中的PID调节器，在运行过程中方式是对系统中的数字量数据信息的数值进行计算，在电气传统系统中转用模糊控制对数字量数据信息的数值进行计算时，应当将其转换一种模糊的语言，在模糊推理完成后，再将其转换为数量。

电气传动系统中的模糊控制器，内部的结构非常中的复杂，但是就模糊控制器外部中的I/O这一特性来看，所呈现出来的是一种较为简单的形式，在实际的电气传动系统进行应用的过程中，模糊控制器的积分效益得到加强之后，在电气传动系统中所起的控制效果与变系数的PID调节器一样。

2、电气传动系统中的单神经元控制

神经网络能够对电气传动系统中的一些数据信息进行有效的综合，保证计算速度的情况下，能够解决电气传动系统中较为复杂的控制问题，但是神经网络没有一个能够对其进行支持的计算机硬件，这就导致无法有效的运用于电气传动系统的控制中。根据电气传动系统中的控制特点，在电气传动系统中对单神经元这一种控制方法进行应用，能够很好的满足电气传动系统中对于提升鲁棒性以及非线性控制的要求。

误差、误差微分、误差积分是电气传动系统中的输入量，运用神经网络中的相关规则能够对电气传动系统中各个输入量的权重进行自动的调整，在这一情况下，单神经元在电气传动系统中的控制效果，就与变系数的自适应PID调节器一样，使电气传动系统中的动态性能，只对误差的信号进行依赖，不会受到对象模型中参数变化的影响，提高了电气传动系统中的鲁棒性。

六、结束语

综上所述，随着我国电气传动技术的进步，以及研究的不断深入，电气传动控制系统也会不断优化，其性能也会不断得到提升，未来的电气传动系统将会更加科学。

【参考文献】

[1]陈彦彪，等.基于WIN95多线程技术的自动配料系统的设计[J].自动化仪表，2011（4）.

[2]郑志明.配料控制器在饲料工业中的应用[J].自动化仪表，2012（2）.

[3]许全民.熔铅炉自动配料生产线PLC控制系统设计[J].电气传动自动化，2011（2）.

[4]梁凯淋.单片机技术的发展及应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2009，15（04）：541-546.