电机控制范文

电机控制篇1

关键词：数控机床；电气控制；运动坐标

中图分类号：TG659文献标识码： A

引言

科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。

一、数控机床电气控制系统综述

1.数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机(已很少使用)，3.5in软盘驱动器，CNC键盘(一般输入操作)，数控系统配备的硬盘及驱动装置(用于大量数据的存储保护)、磁带机(较少使用)、PC计算机等等。

2.数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。

3.可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自CNC的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC，使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。

4.主轴驱动系统接受来自CNC的驱动指令，经速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过PLC将主轴的各种现实工作状态通告CNC用以完成对主轴的各项功能控制。

主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例如零漂等。通常CNC中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。

5.进给伺服系统接受来自CNC对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流(转矩)调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过PLC与CNC通信，通报现时工作状态并接受CNC的控制。

6.电器硬件电路随着PLC功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器(继电器、接触器)，很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由PLC逻辑取而代之。

7.机床(电器部分)包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。

8.速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制。

9.位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量，将测量值反馈到CNC并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。

10.外部设备一般指PC计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。

二、数控机床运动坐标的电气控制

1.电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数，其反馈信号也在伺服系统内联接完成，因此不需接线与调整。

2.速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分(PI)调节器，其P、I调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统(导轨、传动机构)的传动刚度与传动间隙等机械特性，一旦这些特性发生明显变化时，首先需要对机械传动系统进行修复工作，然后重新调整速度环PI调节器。

速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的，这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行，而对于垂向运动坐标轴则位置开环时会自动下落而发生危险，可以采取先摘下电动机空载调整，然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整，这时需要有一定的经验和细心。

3.位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。这其中有两方面的工作：

（1）位置测量元件的精度与CNC系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位移动距离发出的脉冲数目经过外部倍频电路和/或CNC内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符。例如位置测量元件10脉冲/mm，数控系统分辨率即脉冲当量为0.001mm，则测量元件送出的脉冲必须经过100倍频方可匹配。

（2）位置环增益系数Kv值的正确设定与调节。通常Kv值是作为机床数据设置的，数控系统中对各个坐标轴分别指定了Kv值的设置地址和数值单位。在速度环最佳化调节后Kv值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度的重要因素。Kv值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大。关于Kv值的设置要注意两个问题，首先要满足下列公式：

Kv=v/Δ

式中v――坐标运行速度，m/min

Δ――跟踪误差，mm

注意，不同的数控系统采用的单位可能不同，设置时要注意数控系统规定的单位。

其次要满足各联动坐标轴的Kv值必须相同，以保证合成运动时的精度。通常是以Kv值最低的坐标轴为准。

4.前馈控制与反馈相反，它是将指令值取出部分预加到后面的调节电路，其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度。因为多数机床没有设此功能，故本文不详述，只是要注意，前馈的加入必须是调试完毕后方可进行。

四、结束语

电机控制篇2

数控机床是高新的技术设备，数控机床从诞生至今已经有了较长时间的发展，并且该设备越来越科学化、现代化、系统化，它集合了计算机系统、数控控制系统等系统的优势，在我国的机械生产加工领域的应用非常的广泛。但是对于数控机床的电气控制进行深入分析发现，电气控制部分身处的环境十分的恶劣，很容易受到外界不良因素的干扰导致控制系统非正常的动作发生，为了能够使得控制系统的抗干扰能力增强，技术人员对此进行了深入的研究，并且找寻了电气隔离这一抗干扰技术，下面就对相关问题进行详细的阐述。

1数控机床控制系统常见干扰综合分析

对于数控机床控制系统所处的环境进行深入的调查发现，经常会有一些人为导致的或者是自然因素产生的电磁干扰信号，产生的干扰信号会通过一些途径进入到控制系统内部。可以根据干扰信号发生的源头，以及干扰信号进入到数控机床控制系统的途径将其分为两种类型：第一种就是电气控制系统内部存在的互相干扰，第二种就是来自于电气系统外部环境的干扰。第一种干扰主要因为数控机床控制系统中存在的开关、接触装置或者是控制系统内部其它的元器件导致的，会应用控制系统的内部通道，例如数控机床控制系统的输入和输出端口、也会通过电源进行一定的干扰。本文以数控机床控制系统具有的接触装置为例，接触装置主要会产生两种干扰信号。接触装置在进行开、关动作时，会在其母线上产生频率多元化的震荡波，这时母线就如同是传播的天线，将短时间电磁场具有的能量向周围空间释放，这些不良的能量传播到数控机床控制系统会对其造成一定的干扰。第二种是由接触装置具备的控制线圈引起的，控制线圈通、断时会在控制线圈的两级产生相应的过电压，这些不良过电压会电源线为通道进入到数控机床控制系统内部。这时控制系统内部具有的强电信号，会通过电源线传输对控制系统造成一定的干扰。

2数控机床电气隔离抗干扰技术应用

科研人员为提升数控机床控制系统的抗干扰能力，对数控机床控制机系统的工作原理进行了深入的分析，并且了解数控机床控制系统常见的干扰形式，最终得出想要不断的提升控制系统的抗干扰能力，使得电气系统一直能够处于最佳运行状态中，需要考虑应用电气隔离技术，下面就对电气隔离在数控机床电气控制线路上的应用进行详细阐述。

2.1控制信号干扰的电气隔离

电气隔离技术具体的来说就是将干扰因素的传播通道切断，使得数控机床控制系统的测控装置与现场只是应用信号的形式进行联系，不会产生电测联系。光电隔离方式、布线隔离方式等都是实现控制系统的工控装置和现场信号隔离的最为常见的隔离方式。脉冲变压器具有的匝数十分的少，还需要注重的是无论一次绕组还是二次绕组都会布置与铁氧体磁芯的两侧，这样能够使得脉冲变压器分布的电容很少，只是达到了几个PF，所以能够将此用来实现对于脉冲信号的隔离。脉冲变压器在脉冲信号的传递过程中，不会直流分量，也正是因此使得脉冲变压器隔离技术在数控机床控制系统中得到十分广泛的运用。继电气隔离技术在数控机床控制系统中的应用也十分的广泛，因为继电气具有的线圈和接触点没有存在电气方面的联系，所以可以有效的应用线圈作为信号的接收器，将继电气具有的触点作为控制信号的传输器，将强电信号与弱电信号进行有效的隔离，从而有效的提升数控机床电气控制系统的抗干扰能力。

2.2供电系统的电气隔离

数控机床电气控制系统受到的很多强干扰大部分都是以供电系统作为路径，从而进入数控机床控制系统，对其造成一定的干扰，所以必须要考虑对供电系统进行保护。在应用三百八十伏电力输送网络的环境下，可以在控制系统的输入端口添置电源滤波器。如果应用线性稳压器装置，不仅需要对电力系统的变压器进行隔离处理，同时还需要在三端稳压器的基础上，设置由磁环与高频电容构成的滤波，特殊情况下可以在数控机床电源装置的引脚位置，布置瞬态电压抑制器，有效的避免电源产生的噪音对于数控机床控制系统造成的干扰。电源变压器是数控机床供电系统中不可缺少的重要装置，若想对来自电网的干扰进行有效的控制，经常会应用隔离变压器，同时选用的变压器的容量要比实际要求的标准大一点二到一点五倍。在实际应用的过程中要使得变压器具有的屏蔽层进行接地处理，对于次级线圈的连接线也有着特殊的需求，必须要应用双绞线，从而缩减电源线之间的干扰。由于交流电网中存在着大量的谐波、高频干扰等，所以对由交流电源供电的控制装置和电子电气设备，都应采取抑制措施。采用电源隔离变压器，可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰。但是，普通变压器却不能完全起到抗干扰的作用，这是因为，即使一次绕组和二次绕组之间是绝缘的，能够阻止一次侧的噪声电压、电流直接传输到二次侧，有隔离作用。当控制装置和电子电气设备的内部子系统之间需要相互隔离时，它们各自的直流供电电源间也应该相互隔离，其隔离方式如下:第一种是在交流侧使用隔离变压器，第二种是使用直流电压隔离器(即DC/DC变换器)。

3结语

数控机床电气控制系统经常会受到不良信号的干扰，使得控制系统发出错误的动作，导致数控机床的正常工作状态受到严重的影响。相应的技术人员应当在全面掌握控制系统工作原理的基础上，对干扰因素的产生进行深入的分析，并且应用多种隔离方式，使得数控机床电气控制线路的抗干扰能力得到有效的增强，使得电气控制系统的可靠性得到有效的提升，这对于促进我国机械生产加工行业的发展有着不可忽视的影响力。

电机控制篇3

关键词：PLC；步进电机；位置控制

中图分类号：TP273文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1 引言

步进电动机在开环位置控制系统中因其具有控制数度高（可精确到1度以下）、可靠性高、使用方便等优点，所以应用已十分普遍。随着电力电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行PID控制，具有远程通信通信功能等。当前，PLC作为一种工业控制计算机来控制步进电机，具有系统构成简单，工程造价低，编程方便等优点，易于推广应用。下图是PLC控制步进电机系统框图。

图1 位置控制系统框图

2 PLC的基本结构

PLC采用典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入输出接口电路等。如把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成。外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测信号均可作为PLC的输入变量，其经PLC外部输入端子到内部寄存器中，经PLC的CPU逻辑运算、处理后送至输出端子，由这些输出变量对设备进行各种控制。现今，PLC生产厂家较多，较有影响且在中国市场占有较大份额的公司有德国西门子公司和日本三菱公司，本文以三菱公司的PLC为例，简述PLC控制步进电机进行位置控制的方法。

3 控制方法及研究

3.1 控制方式

PLC控制步进驱动器进行位置控制大致有如下4种方式：通过I/O方式进行控制；通过模拟量输出进行控制；通过通信方式进行控制和通过高速脉冲方式进行控制。当前常用的方式，就是下文所述的输出高速脉冲进行位置控制方式。

3.1.1脉冲输出

三菱FX-2N的输出端Y0，Y1可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调节，其输出频率范围为2Hz～20kHz。

用作位置控制的高速脉冲输出是一个连续输出的周期性脉冲串，如图2所示。图中，T为脉冲周期，t为脉冲ON（导通）时间，也称脉冲宽度。

图2 脉冲输出波形

3.1.2脉冲输出方式和定位控制系统结构

小型PLC中，脉冲信号的输出有两种方式。第一种，脉冲输出方式是通过所开发的定位控制模块和定位专用单元输出高速脉冲。另一种，是通过PLC内置的高速脉冲输出口输出，各品牌的PLC均对此有专门说明，其中三菱FX-2N系列规定了Y0，Y1为高速脉冲输出口，具有高速脉冲输出的PLC，都开发有驱动脉冲输出和定位的指令，由这些指令控制是否发出脉冲，脉冲的频率和脉冲数目直接控制启动器进而控制步进电机进行位置控制。

3.1.3高速计数器（HSC）

FX-2N内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，最高计数频率为60KHz。

3.2步进电机的速度控制

图3 PLSR指令格式

FX-2N有一条带加减速的脉冲输出指令PLSR，当驱动条件成立时，从输出口D输出一最高频率为S1，脉冲个数为S2，加减速时间为S3，占空比为50%的脉冲串。实现这一控制的梯形图见图4，操作数内容及取值如下表。

操作数

内容与取值

S1

输出脉冲最高频率或其存储地址

S2

输出脉冲数或其存储地址

S3

加速时间或其存储地址

D

指定脉冲输出口，仅限Y0或Y1

图5是控制系统的原理接线图，图5中Y0输出的脉冲作为步进电机的脉冲信号，控制步进电机运转。HSC计数Y0的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使Y0的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较为准确的位置控制。

图5 控制系统原理图

对于指令PLSR，其输出频率S1的设定范围：10—20 000Hz，频率必须是10的整数倍。在脉冲输出的开始和结束阶段可实现加减速过程，其加减速时间大小一样，由S3指定。S3具体设定范围公式如下：

FX2N系列的PLSR指令的加减时间是根据其所设定的时间进行10级均匀阶梯式的方式进行，如阶梯频率（为S1的1/10）会使步进电机产生失步或过冲现象，则应降低输出频率S1。

4结语

利用PLC可实现对电机速度和位置的控制，方便的进行各种步进电机编程、接线操作，完成各种复杂的工作。在工程应用中不断探索其各种控制、使用方法和技巧，对工程技术人员进一步开展工作与科研有有重要意义。

参考文献

【l】龚仲华.三菱FX系列PLC应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2010.

【2】高钟毓著.机电控制工程（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2004.4.

电机控制篇4

关键词：机电设备；自动控制

一、自动控制技术的原理与作用

所谓的自动化控制是指基于无人参与的条件下，通过控制装置促使机器、设备或者生产过程自动的根据预先设定的方式运行，通过整套系统将控制器、控制对象等部件组合起来，完成特定的任务。电子计算机技术不断发展，自动控制技术的应用领域也越来越广。在自动控制系统中，控制装置如何调节、控制受控对象，由工作时的反馈信息来决定，这种自动控制系统即为反馈控制系统。利用反馈信息对输入量与输出量的偏差进行调节，使得控制对象处于有效范围而完成任务。反馈控制系统根据职能不同，其包括测量元件、给定元件、放大元件、执行元件、比较元件以及校正元件等几个部分，其中受控对象即为测量元件，给定元件则是给出对应受控量的输入量；比较元件的主要作用是将实测量与给定元件的输出量作经较，获取偏差值；执行元件则起到推动受控对象的作用；校正元件起到补偿作用，对系统进行调整。根据控制方式不同，自动控制系统可以分为三种，即反馈控制、开环控制以及复合控制；根据元件类型不同，可以分为机械系统、电气系统、机电系统以及液压系统与气压系统等。只有排除环境以及元件性能误差的干扰，才能基于稳定性、准确性的角度对系统整体精度加以衡量，从而保证通过自动控制系统的受控量与期望量相等。

二、机电自动控制中的电动机控制技术

机电传动控制系统是由直流传动与交流传动控制系统组合而成的，其中直流电动机包括定转子、电刷、端盖、通风冷却系统等，其原理是以电磁力定律为基础的，促使N极线圈中有效电流保持一个不变的方向，S极圈同样保持一样方向不变的电流，参照左手定律促使线圈中两个有效边受到方向一致的电磁力，促使电枢转动。实际生产过程中，电动机的选择要参照实际的工艺需求以及所用的机械特征，比如普通的切削机床采用硬特性电动机，而一些电动车或者重型吊车等则采用软性电动机。尽管电动机的机械特性是固定的，但是可以人为的改变电动机的电枢电压、励磁电流、外加阻抗等，使其原来的机械特性发生改变，从而满足更高安全性与稳定性的要求。要实现电动机的自动控制，调速装置是其中的关键，所谓调速就是人为的改变装置的电气参数，既保持了输出负载转矩不发生变化，又可以得到不同的转速。调速的方法很多，有改变磁通调速、改变电枢电压调速、外加串联电阻调速等。自动控制电动机转动的系统，就是电气电力控制电动机带动生产机械运动的系统。交流电动机的传动与控制系统则采用交流电动机作为传动动力源，一般有同步和异步电动机2种，而交流调速系统主要是针对异步电动机的，与直流电动机相比，它具有调速性能优良、节约能源、减少维护成本等优点，交流异步电动机还具有变频调速功能，具备了宽调速范围、高稳定性精度、快速动态响应、高工作效率等特点。因此，交、直流电动机在日常生产中运用广泛，从大型的建筑吊机，到公共场合的电梯和传动带、电瓶车，小型的有DVD碟机、照相机等家用电器，还有在我们单位使用的污水处理泵、潜水泵、消防控制系统及中央空调控制等设备，都无一不是触及这一领域的技术，由此可见其重要性和应用的普及性。

为了使电动机按要求的转速工作，以达到完成任务的目标，一般在生产中采用带负反馈的闭环控制系统来控制。就是把系统的输出量通过检测装置，反馈回系统的输入端进行比较，得到的偏差量通过系统的调节装置产生控制信号，对偏差进行纠正，来改善输出量直至符合要求，所以提高系统的控制精确度是关键的技术。因此在设计选用时，要确定机电自动控制系统的使用方案，根据不同的要求、不同的场合选用合适的控制系统方案。另外，还要考虑到设备的机械结构对电气性能的影响问题，如机械设备之间的摩擦、间隙、弹性变形等对电气控制系统性能的影响，要把因此而产生的误差考虑进去，使机电控制更加稳定。

三、微机计算机控制技术在机电自动控制中的应用

目前，计算机技术、电子技术、信息技术已经紧密地结合起来，有微机控制技术、可编程（PLC）控制技术、单片机控制技术等，其广泛应用于自动化、智能化等机电设备中。一般在闭环控制系统中，把给定量与被控制的比较器和装置用计算机来代替其工作，即用计算机作控制系统，对被控制对象的参数，如温度、压力、流量等进行采样检测，并通过数据传输通道，将采样到的模拟量转变为数据量，以便在计算机中进行运算和分析，再把结果通过数据通道转变回模拟量去控制被控制对象，以此达到预期的目的。而通过计算机就能完成复杂的比较、判断、运算、综合等功能，且简单、快捷、准确，计算机则成为整个自动控制系统的核心指挥部。在使用、维护及修改方面更加清晰、简便、直观。

计算机控制系统包括主机、接口电路及电气设备，其中单片微型计算机在一片小芯片中集成了CPU、RAN、ROM、I/O接口、计数器、定时器、串行通信口、A/D转换器等微型部件，完成整个控制系统的功能，具有价廉、可靠、多功能、体积小等优点，已广泛应用于各种小型的控制系统中，被称为微型控制器。在控制中，计算机监督控制系统（SCC系统），是由计算机测量出被控对象的参数，按照一定的数学模型，计算出最佳的给定值，通过模拟调节器控制整个过程，从而使工作过程处于最好的状态，它还可以进行顺序控制、集中控制、分级控制和最优控制。而智能控制又是计算机控制中的佼佼者，智能化控制使计算机具有人脑的部分思维功能，解决一些人们难以解决或至今还无法解决的问题。如智能机器人和神经网络系统，其中智能机器人是为机器人配备各种感知能力、推理能力、思维能力等，使机器人用计算机作控制中心，机电合体进行各种功能操作，使机器人能行走、说话，还能感知环境变化，代替人类完成有害环境或恶劣环境下的危险工作等。神经网络系统是模拟人脑细胞结构和信息传递方式来研制智能计算机，相信在不久的将来，这一领域的构思和研究就会成为现实。

参考文献

［1］胡寿松.自动控制原理［M］.北京：科学出版社，2009

［2］汪志锋.工控组态软件［M］.北京：电子工业出版社，2007

［3］薛迎成.PLC与触摸屏控制技术［M］.北京：中国电力出版社，2008

电机控制篇5

[关键词]步进电机；单片机；细分控制

中图分类号：F140 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0038-01

一、引言

随着科学技术的发展和微电子控制技术的应用，步进电机作为一种可以精确控制的电机，广泛应用在高精密加工机床，微型机器人控制，航天卫星等高科技领域。

二、 步进电机的原理

步进电机是一种控制用的特种电机，它无法像传统电机那样直接通过输入交流或直流电流使其运行，而是需要输入脉冲电流来控制电机的转动，所以步进电机又称为脉冲电机。其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电机就转动一个角度或前进一步。按励磁方式可以分为反应式、永磁式和混合式三种类型，本设计中选用的是反应式步进电机，其结构如图1所示。

这是一台四相反应式步进电机的典型结构。共有4套定子控制绕组，绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相，也就是说定子上两个相对的大齿就是一个相，电机按照A―B―C―D―A……的顺序不断接通和断开控制绕组，转子就会一步一步的连续转动。其转速取决与各控制绕组通电和断电的频率，即输入的脉冲频率。旋转的方向则取决与各控制绕组轮流通电的顺序。

三、步进电机的驱动控制

步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专门的步进电机驱动控制器。步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电机驱动系统的性能，不仅取决于步进电机自身的性能，也取决于步进电机驱动器的优劣。

步进电机的驱动方式有很多种，包括单电压驱动、双电压驱动、斩波驱动、细分驱动、集成电路驱动和双极性驱动。本设计选用的是恒频脉宽调制细分驱动控制方式，这是在斩波恒流驱动的基础上的进一步改进，既可以使细分后的步距角均匀一致，又可以避免复杂的计算。

四、恒频脉宽调制细分电路的设计

1、脉冲分配的实现

在步进电机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。它的通电换相顺序严格按照步进电机的工作方式进行。通常我们把通电换相这一过程称为脉冲分配。本设计中选用8713脉冲分配器芯片来进行通电换相控制。

2、系统控制电路设计

步进电机控制系统主电路设计如图2所示。

从上图可以看出，8713脉冲分配器的5、6、7引脚均接高电平，所以这是一个控制四相步进电机按四相八拍运行的控制电路。8751单片机的P1.0和P1.1端口分别与8713脉冲分配器的3引脚和4引脚相连。由8751单片机的P1.0端提供步进脉冲，P1.1端则控制步进电机的转向，输出高电平，步进电机正传；输出低电平，步进电机反转。单片机依然是控制的主体，它通过定时器T0输出20kHz的方波，送D触发器，作为恒频信号。同时，由8713脉冲分配器的脉冲输出端输出的方波脉冲信号作为控制信号，它的方波电压的每一次变化，都使转子转动一步。

当8713脉冲分配器的脉冲输出端输出的方波脉冲信号Ua不变时，恒频信号CLK的上升沿使D触发器输出Ub高电平，使开关管T1、T2导通，绕组中的电流上升，采样电阻上R2上压降增加。当这个压降大于Ua时，比较器输出低电平，使D触发器输出Ub低电平，T1、T2截止，绕组的电流下降。这使得R2上的压降小于Ua，比较器输出高电平，使D触发器输出高电平，T1、T2导通，绕组中的电流重新上升。这样的过程反复进行，使绕组电流的波顶呈锯齿形。因为CLK的频率较高，锯齿形波纹会很小。

当Ua上升突变时，采样电阻上的压降小于Ua，电流有较长的上升时间，电流幅值大幅增长，上升了一个阶段，但由于这里输出的是方波信号而不是阶梯信号，所以只有一个上升阶段，也就是说这个“阶梯信号”只包含了一个阶，并没有把每一步细分成许多步，而是令输出脉冲信号上升和下降的坡度变大，使原本的方波输出变的圆滑，实现了控制信号类似梯形的平滑处理，如图3所示。

同样，当Ua下降突变时，采样电阻上的压降有较长时间大于Ua，比较器输出低电平，CLK的上升沿即使会让D触发器输出1也马上清零。电源始终被切断，使电流幅值大幅下降，降到新的阶段为止。

以上过程重复进行。Ua每一次变化，就会使转子转过一个细分步。

在这个电路中有一个最突出的特点，那就是用8713脉冲分配器所输出的脉冲信号取代了典型恒频脉宽细分电路中D/A转换器所提供的阶梯控制信号。这样的设计极大的简化了电路，并且降低了脉冲分配的控制难度。虽然用方波信号取代了阶梯波信号，使得单一相运行时的细分程度有所降低，但是由于步进电机的四相绕组是同进进行工作的，所以也可以达到了步进电机细分驱动控制的目的。

六、结束语

当前，步进电机的应用正不断深入到日常生活和工业制造的各个方面，并且国内外对步进电机及其控制技术的研究也在不断的进步。这些知识的掌握在今后的工作和生活之中将会起到非常积极的影响。

参考文献

[1] 吴守箴，臧英杰等.电气传动的脉宽调制控制技术[M].北京： 机械工业出版社，2002.

[2] 王晓明.电机的单片机控制[M].北京航空航天大学出版社，2002.

[3] 李建忠主编.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[4] 李仁定主编.电机的微机控制[M].北京：机械工业出版社，2004.

电机控制篇6

关键词：电机的启动和控制；一次回路的端电压；二次回路的临界端的控制长度；二次回路的压降

中图分类号：TM306 文献标识码：A

在电机电路设计的过程中，设计人员通常情况下是依照《工业与民用配电设计手册》（第三版）来进行设计的，具体的依照在手册的6-19表中会有体现。在设计电机回路的第一步就是验算电机的启动功率是否能够达到电机的运行中的瞬间启动功率，如果电机的启动功率符合我们的设计要求，那我们的设计程序就应继续往下进行。我们从现场的使用情况反馈了解到，电机在启动的过程中无法顺利进行的原因大致有三种，第一种是在电机验算的过程中，忽略了电机末端的压降的验算，这样就会使得电机在启动中无法直接获得一个必要的启动转矩，保证不了电机的正常开启，而且非常容易形成堵转电流烧毁电机；第二种是我们在验算电机的相关参数的时候，没有进行电机的控制回路方面的长度临界值的验算，这样就会使电机线路上的电容电流吸和电机接触器，造成了电机的无法正常停泵；第三种是在电机的相关参数的验算过程中，没有对于电机的控制线路进行压降的验算，这样就会使电机的接触器不能够获得充足的吸和能量，造成设备的无法正常启动。

本文针对上述的电机启动和控制方面的问题进行一下两个方面的叙述。第一，电机的启动和电机的控制方面的相关计算。第二，电机出现启动和控制问题的分析方法及应对办法。下面来进行详细的叙述说明。

一、电机的启动和电机的控制方面的相关计算

本文以一个站场的500kVA的变压器为例子进行说明。此变压器的电源就是电力系统的正常电源，侧短路电流为100MVA。现在有一台37kW的电动机在100m的位置处，此电机的电流为69.8A，电机启动所需要的电流为488.6A，电机的接触器使用的是型号为CJ20-100的接触器，电机的线圈的启动功率为175W，电机的启动吸持功率为21.5W，电机的接触器的电阻的阻值按照300Ω来进行考虑。连接电机的控制电缆为KVV22-5004×1.5，连接电机的动力电缆采用的是YJV22-1K4×16。以上数据就是本文的实例电机的基本计算使用的参数。

关于电机的启动和电机的控制方面的相关计算，本文从以下三个方面进行分析，分别是：第一，一次回路中电机端子的关于压降方面的计算。第二，二次回路中电机控制长度的临界值的计算。下面来进行详细的计算分析。

（1）简单叙述一次回路中电机端子的关于压降方面的计算。我们针对37kW的电机的允许启动电压进行了手册6-19查询，查询得到的结果是该电机的启动最大功率在100kW，远远大于37kW这个数值，电机是可以进行启动的。再进行手册中的6-16表中查询，得知电机的端子电压和电机母线的电压分别是：电机母线的相对电压值是uqm=0.9852；电机的端子的相对电压值是uQm=0.644。这一个数值就是比较危险的，因为通常情况下，电机的制造厂商都会严格要求电机的端子的相对电压值uQm≥0.65这个数值，这一数值是基于满足电机的启动转矩的最低值来界定的。0.644显然不符合0.65这一数值的规定，因此不满足电机的启动要求，但是如果我们将电缆的截面进行扩大，选择截面更大的YJV22-1K4×25电缆来进行连接电机，这样就会满足了电机的启动功率的要求。

（2）简单叙述二次回路中电机控制长度的临界值的计算。在物理学中，我们可以了解到两条相互之间靠近而且还是平行的电线之间会有电容的出现。在线路比较短的时候，产生的电容值是比较小的，在正常情况下，应该是忽略不计的；但是在线路比较长的情况下，我们就不能忽视电容的存在了。两条电线路中的电容值，我们定义为C1，和电缆的长度为正比例的关系，电缆线路越长，电容C1的值就会越大，这样就会使得在电容及接触器的线圈中流过的电流的值变大。一旦电流的值变大值超出了维持接触器吸和状态的值时，我们电机的控制就不能使用停止的按键来实现电机的停止。这也意味着电缆的线路变长，C1 的电容值会变的更大，让电机的启动按钮处在一种断开的状态之下，这时的电机的电流就会让接触器进行吸和动作，造成了电机的控制混乱，出现电机失控。

本文的电机的控制电缆的回路电流为220V的电压进行控制的，接触器的线圈CJ20-100的功率计算得出为21.5W，电机采用的是三线制的控制模式，我们根据计算得出，电机的二次回路的临界值为Le=500×21.5/（0.6×2200）=0.36km

二、电机出现启动和控制问题的分析方法及应对办法

电机能否实现顺利的启动和控制，最主要的因素就是要让电机获得足够的启动转矩。具体的方法就是改变电缆的电阻值，让电缆的电阻值下降，提高导电率，提高电机端电压。

（1）增大电机控制电缆的截面积。

（2）电机的接触器适时的扩大一级。

（3）电机的动力电缆适时的扩大一级。

（4）电机的控制回路使用两线制的处理。

参考文献

[1]中国航空工业规划设计研究院，等.工业与民用配电设计手册（第3版）[M].北京：中国电力出版社，2005（07）.

[2]王宏英，龚世缨.电机重启动的控制策略[J].电气传动， ISTIC PKU，2013（07）.

[3]邓先明，张海忠，拾华杰.笼形转子无刷双馈电机启动特性分析[J].电机与控制学报，ISTIC EI PKU，2008（05）.

[4]鱼敏英.基于触摸屏控制电机启动和停止的设计研究[J].科技创新与应用，2015（10）.

电机控制篇7

关键词：机电一体化；电机保护；电机控制

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）15-0093-02

在经济实力不断强化的基础上，我国各行业的发展都得到重要的经济基础支持。面对大量的经济资源支出，我国在科研领域取得的重要成果也获得了重大的突破。随着各学科之间的不断价差，机械工程领域与电子领域也开始出现了融合，这就导致机电技术的发展日趋成熟。

针对电机控制以及保护中存在的问题进行研究，分析机电一体化的发展历史，有助于我们为推广机电一体化中电机的保护与控制获得更有价值的理论依据。

1 机电一体化的发展

机电一体化概念的提出有效地推动了当前社会的发展与建设，该概念的出现是起始与20世纪的70年代。由于当时人们手中所掌握的科学技术并不十分健全，所以在不断的新技术涌现中就开始对原有的机电产品的性能进行完善。当第二次世界大战开始之后，人们逐渐的认识到了机械电子产品的重要性以及应用价值，所以，受到战争的影响，这些技术在战后开始的广泛在民间流行，为战后世界经济体系的重新建立以及复苏起到了一定的促进作用。因为通信技术和计算机的不断发展与完善，控制技术和电子技术也在追逐中发展，这都为机电的一体化发展打下了基础。直到20世纪的90年代后期为止，机电一体化才进入了一个全新的发展时期，表现在两个方面；一是机电一体化的科学体系受到了越来越多的专家和学者们注意，也因此而形成了新的分支；二是光纤技术与神经网络技术等相关研究领域都有了很大的发展，让机电一体化在发展上有了更广阔的空间。

2 机电一体化应用中电机控制与保护存在的问题

随着国家经济实力的不断提升，我国机电一体化技术领域所取得的成果也是逐渐的浮出了水面。但是由于技术理论的空白与实际应用经验的短缺，在进行机电一体化的推广中，电机控制与保护依旧存在一些我们尚未解决的问题，这些问题的存在影响了电机价值的提升，同时也阻碍了我国机电一体化工程的全面推进。

2.1 井下机电设备应用存在的问题

机电设备的应用在我国社会的各个行业当中均有广泛的运用和普及，其为我国经济的发展以及社会的建设作出了巨大的贡献，但是在实际的电机控制以及应用保护中存在的问题却十分的显眼。首先是在电机控制中异步电机的控制与保护是一个较为薄弱的环节，一旦出现了故障，将直接影响整个电机的工作与运行，进而产生连锁效应，引发更多的运行故障，导致了电机设备应用价值的下降。所以在进行电机设备的控制与保护中，针对异步电机的控制与保护工作加强研发力度，提供更为可靠的保护及控制技术就成为了未来发展的当务之急。

2.2 电机控制保护装置的使用难以达到需求

当前社会所使用的电机保护装置依旧比较落后，面对机电一体化应用的超前控制保护要求依旧没有达到。并且，现代的电机控制保护装置采用电热原理与电磁原理为基础，应用热继电器与熔断器的过载保护以及短路功能实现保护，但是该元件本身就有缺陷，导致了机电控制与保护环节存在诸多问题，所以在未来的设计中应该重视设计、控制的融合，实现机电控制保护装置的多样化。

3 机电一体化应用中电机控制与保护的措施

电机设备是机电一体化体系中重要的组成部分，在进行机电一体化应用模式的推广中，电机设备的主要执行机构由两个主要的部分组装而成。首先是执行驱动部分、其次是控制部分；执行驱动部分主要通过位置传感器、三相伺服电机等相关设备共同组成，而控制部分则是传统的单片机、变频器、输入通道等相关组成设备共同组成。两者相互协调、共同发挥作用。

3.1 对阀门与速度的控制

电机的控制需要相关的部件以及装置共同操作，其次在进行控制的时候还需要重视“速度”这个关键的因素，要想在电机控制与保护的实际应用中取得一定的效果，就必须控制好阀门以及速度。当前社会经过长时间的发展之后，在技术以及经验上都有了相对深厚的积累，采用的相关控制方案主要是双环控制，双环中的内环是速度环、外环是传统的位置环。速度环在电机进行工作的时候是方便操作技术人员对点击实际转速进行调节以及控制的重要组成部分，通过对内部速度调节器的有效控制，合适波段的调节PWM波发生器的载波频率，进而达到对整个电机速度的调节作用。

3.2 对电流电压的准确检测

机电一体化是当前机电专业发展中的核心发展概念，在进行机电设备的使用以及运维管理过程中，深入机电一体化工作的研究，有助于完善对机电工程推广中机电设备的合理控制与保护。电机在机电一体化中的控制与保护工作，同样是其中重要的组成环节之一，在检测的过程中，必须对机电的电压、电流等相关参数进行必要的检测以及记录，然后对检测的结果进行合理、科学的处理分析；做好正确的检测及处理工作，将有助于对机电一体化中的电机的使用力矩、逆变模块、断电保护等相关参数以及出现的故障进行及时的获取以及发现，有助于对故障发生后诊断工作的顺利开展。不过，在实际的操作中，传统的电压互感器与电流互感器等互感设备是不能够达到相关准确检测的目的的，但是存在的问题我们必须尽快的排除；所以，在进行机电设备的电流以及电压的检测中，往往采用霍尔型电流互感器以及IPM输出电压发用分压电路对IPM输出三相电流与电压进行合理的检测，进而确保在检测的过程中能够达到电机设备的使用控制要求与保护的要求，提高检测工作开展的准确性。

4 电机保护控制装置的前景以及发展趋势

在电机保护控制装置的未来发展中，必然会采用故障建模与仿真计算的方式，通过引入相位量、突破量等多封面的电机故障类检测量，对相关数据进行分析与研究，做好“量”的研究工作，是可以提高保护和增强继电装置的使用精度的，该方法的使用还能够为以后的电机保护装置的理论研究提供可靠的数据，对于未来保护控制装置的门槛突破具有帮助。其次，重视科学技术的开发与运用也是十分重要，也是未来发展的一个新方向。比如，对电机设备实行监测性的保护，通过对一些新型科学技术产品的运用，对电机在工作中运行的工况进行检测，根据不同装置输出的信息进行状态的判断，把收集的相关数据信息进行整理分类，利用对比分析法进行故障的登记法划分与类别划分，然后在根据提示的相关信息采取正确的处理措施。通过这种循序渐进的解决方式将在实现电机控制与保护工作落实到实处的基础上，还能够对突发性故障的发生提供一定的预警，对故障隐患提前示警，达到有效的预防目的。

5 结 语

为了提高机电一体化中电机的应用价值，实现电机的节能性、安全性、高效性，做好对电机的控制以及保护设备、理论的研究运用，将有助于机电一体化工程在我国的发展与推广。

参考文献：

[1] 杜秀琴.浅谈电机在机电一体化技术中的保护[J].科技创新与应用，2015，（6）.

[2] 王晓辉.浅谈机电一体化应用中的电机控制与保护J].机电信息，2012，（12）.

电机控制篇8

关键词 机电一体化；电机；控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-015-2

1 概述

1.1 机电一体化简述

机电一体化技术即结合应用机械技术和电子技术于一体的技术。随着现在计算机技术的快速发展和应用领域的普及，机电一体化技术已经由原来的单一技术逐步发展到自动控制技术、信息技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等相互交叉，形成了一个完整的体系。与原有的体系有所区别。尤其是计算机的使用更是使这一领域的发展得到了强有力的支撑。随着科技的不断的进步，社会经济的不断扩大，机电一体化已经深入到了各个行业之中，创造出了大量的社会财富。机电一体化的最基本的特征就是将计算机技术、电子信息技术、数字技术等技术有机的相结合在一起，通过这些技术的运用将生产的工作有效的分配到各个需要的工作岗位上，通过机电一体化的使用，提高了原来的工作效率，并且在生产过程中更是降低了能耗，提高了安全性，生产出的产品质量也有进一步的提升。

1.2 机电一体化的发展历史

机电一体化的发展历史可以追溯到20世纪的60年代，发展过程可以概括为以下几个阶段。

1）原始阶段：电子技术的应用到机械装置中的生产中来，从电子技术的最初的发展就是建立在机械设备的技术改造上的，随着电子技术的不断发展，促进了两者的结合。

2）初级发展阶段；计算机的使用，使得机械的电子化控制进一步的得到了加强。计算机在电子控制方面的介入，为机电一体化控制提供了强有力的技术支持。

3）蓬勃发展阶段：由于科学技术的不断进步，各个科学领域都影响到了机电一体化的发展，例如，光纤技术、数码技术、智能技术等等应用，使机电一体化得到了充分的发展。以后也将有更多的新技术会应用到其中来。

1.3 机电一体化的应用领域

经过近50年的发展，机电一体化取得的长足的进步，但是在应用的范围上还是主要应用在自动生产线和数控机床方面。机床从最早的手动车床发展到现在数控机床，无论在功能上、操作上、效率上都比原来的机床有了显著的提高，数控机床可以根据加工的产品的参数来进行精确的操作，数控机床的另一特点是通过电脑来进行控制的，在对相同的产品进行重复的加工的时候，工作人员只需要根据事先设计好的参数进行选择，剩下的就可以在由数控机床自己来进行加工了，一个人工作人员可以同时操作多台数控机床来进行生产。

2 机电一体化中电机控制技术现况

我国的工业经历了一个从无到有的发展过程，发展到现阶段，比起最初的起步阶段已经有了很大的改变，但是某些的技术上与发达国家还存在一定的差距，其中最明显的就是电机的控制技术。电机控制技术是机电一体化过程中不可或缺的一个重要组成部分，在我国的工业发展中扮演了重要的角色，也是国家大力发展的一个目标，电机的运行在整个的工业设备生产中属于重中之重。电机的运用到生产中来，可以有效的降低工作成本，提高工作效率。

由于电机设备是机电一体化生产中的关键部件，机电设备的出现问题的地方，多数是在电机控制保护装置中，所以电机必须要有坚硬的电机保护外壳，同时还要有良好的绝缘性。随着机械的自动化的程度越来越高，很多需要工作人员操作的地方都由机械设备所取代，随着自动化程度的越来越高，生产的效率越来越高，但是时间长了，机械的工作和电机设备的长时间运转，都会造成磨损，由于长期处于高温、高压、电压不稳定、酸腐等恶劣环境下，很容易出现各种各样的问题，造成机电设备的老化，降低了机器的使用寿命。为了能够及时有效的了解机电设备的运行情况，这就需要我们的技术人员长时间的测试和试验，以便对机电设备做出合理的维护和检修。

3 未来机电一体化电机控制发展和展望

从以上的情况中，我们不难看出阻碍机电一体化发展的问题所在。只有在机电设备这个重要环节上下工夫，才能解决问题，但这并不是一朝一夕可以解决的，需要大量的相关专业技术人员通过各种实验和测试加以解决，其中在涉及到控制部分的专业就有单片机、整流模块、输入、输出、数据转化、报警电路等多个相关的工程学科，就拿其中的单片机来讲，单片机的应用领域非常广阔，从我们生活中的遥控器中到天上的无人侦察的控制，都有单片机的身影，单片机为了满足机电一体化控制的需求，就需要专业的人员来对单片机进行数据编程，然后再将所编写的程序固定到单片机的芯片中去。其中的一个环节就需要涉及到很多的科学知识，将其中的各个技术环节都拆开来进行研究可见是一项相当浩大的工程。它需要经过多个领域的技术人员通力合作才能完成的。

在未来的机电一体化的发展过程中，必将涉及到更多的科学领域，这些科学领域的新技术，都为机电一体化控制提供重要的技术支撑，这些技术的使用，可以降低能源的消耗、资源的浪费、降低人们的成本、产品的成本并提高产品的质量，为社会创造大量的财富，还可以极大的提高人们的生活质量，增强国家的实力，为我国的发展尽一份力。

4 结束语

将机械设备与电子设备有机的组合到一起，就是机电一体化控制。两者相互促进相辅相成，随着越来越多的新技术的使用，机电一体化控制的发展前途光明，随着社会的不断进步，对生活的要求人们也在不断的提高，这就对各种生活资料提出了更多需求，为了满足这些需求，必然会有越来越多的领域采用机电一体化控制技术来进行生产。现代社会是一个信息爆炸的时代，计算机、互联网、数字化技术、虚拟技术等等新技术的不断更新换代，必将对机电一体化控制技术产生更加深远的影响，在技术的提升同时，也必将会为机电一体化的发展带来更美好的前景。

参考文献

[1]程显敏.机电一体化的发展趋势[J].黑龙江交通科技，2011（08）.

[2]刘占朝.浅谈机电一体化技术的现状及发展趋势[J].华章，2011（20）.