導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電機控制，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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英文名稱：Electric Machines & Control Application

主管單位：上海市國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會

主辦單位：上海電器科學(xué)研究所

出版周期：月刊

出版地址：上海市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1673-6540

國內(nèi)刊號：31-1959/TM

郵發(fā)代號：4-199

發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時間：1959

期刊收錄：

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊榮譽：

聯(lián)系方式

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關(guān)鍵詞：電機的啟動和控制；一次回路的端電壓；二次回路的臨界端的控制長度；二次回路的壓降

中圖分類號：TM306 文獻標(biāo)識碼：A

在電機電路設(shè)計的過程中，設(shè)計人員通常情況下是依照《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》（第三版）來進行設(shè)計的，具體的依照在手冊的6-19表中會有體現(xiàn)。在設(shè)計電機回路的第一步就是驗算電機的啟動功率是否能夠達到電機的運行中的瞬間啟動功率，如果電機的啟動功率符合我們的設(shè)計要求，那我們的設(shè)計程序就應(yīng)繼續(xù)往下進行。我們從現(xiàn)場的使用情況反饋了解到，電機在啟動的過程中無法順利進行的原因大致有三種，第一種是在電機驗算的過程中，忽略了電機末端的壓降的驗算，這樣就會使得電機在啟動中無法直接獲得一個必要的啟動轉(zhuǎn)矩，保證不了電機的正常開啟，而且非常容易形成堵轉(zhuǎn)電流燒毀電機；第二種是我們在驗算電機的相關(guān)參數(shù)的時候，沒有進行電機的控制回路方面的長度臨界值的驗算，這樣就會使電機線路上的電容電流吸和電機接觸器，造成了電機的無法正常停泵；第三種是在電機的相關(guān)參數(shù)的驗算過程中，沒有對于電機的控制線路進行壓降的驗算，這樣就會使電機的接觸器不能夠獲得充足的吸和能量，造成設(shè)備的無法正常啟動。

本文針對上述的電機啟動和控制方面的問題進行一下兩個方面的敘述。第一，電機的啟動和電機的控制方面的相關(guān)計算。第二，電機出現(xiàn)啟動和控制問題的分析方法及應(yīng)對辦法。下面來進行詳細的敘述說明。

一、電機的啟動和電機的控制方面的相關(guān)計算

本文以一個站場的500kVA的變壓器為例子進行說明。此變壓器的電源就是電力系統(tǒng)的正常電源，側(cè)短路電流為100MVA。現(xiàn)在有一臺37kW的電動機在100m的位置處，此電機的電流為69.8A，電機啟動所需要的電流為488.6A，電機的接觸器使用的是型號為CJ20-100的接觸器，電機的線圈的啟動功率為175W，電機的啟動吸持功率為21.5W，電機的接觸器的電阻的阻值按照300Ω來進行考慮。連接電機的控制電纜為KVV22-5004×1.5，連接電機的動力電纜采用的是YJV22-1K4×16。以上數(shù)據(jù)就是本文的實例電機的基本計算使用的參數(shù)。

關(guān)于電機的啟動和電機的控制方面的相關(guān)計算，本文從以下三個方面進行分析，分別是：第一，一次回路中電機端子的關(guān)于壓降方面的計算。第二，二次回路中電機控制長度的臨界值的計算。下面來進行詳細的計算分析。

（1）簡單敘述一次回路中電機端子的關(guān)于壓降方面的計算。我們針對37kW的電機的允許啟動電壓進行了手冊6-19查詢，查詢得到的結(jié)果是該電機的啟動最大功率在100kW，遠遠大于37kW這個數(shù)值，電機是可以進行啟動的。再進行手冊中的6-16表中查詢，得知電機的端子電壓和電機母線的電壓分別是：電機母線的相對電壓值是uqm=0.9852；電機的端子的相對電壓值是uQm=0.644。這一個數(shù)值就是比較危險的，因為通常情況下，電機的制造廠商都會嚴(yán)格要求電機的端子的相對電壓值uQm≥0.65這個數(shù)值，這一數(shù)值是基于滿足電機的啟動轉(zhuǎn)矩的最低值來界定的。0.644顯然不符合0.65這一數(shù)值的規(guī)定，因此不滿足電機的啟動要求，但是如果我們將電纜的截面進行擴大，選擇截面更大的YJV22-1K4×25電纜來進行連接電機，這樣就會滿足了電機的啟動功率的要求。

（2）簡單敘述二次回路中電機控制長度的臨界值的計算。在物理學(xué)中，我們可以了解到兩條相互之間靠近而且還是平行的電線之間會有電容的出現(xiàn)。在線路比較短的時候，產(chǎn)生的電容值是比較小的，在正常情況下，應(yīng)該是忽略不計的；但是在線路比較長的情況下，我們就不能忽視電容的存在了。兩條電線路中的電容值，我們定義為C1，和電纜的長度為正比例的關(guān)系，電纜線路越長，電容C1的值就會越大，這樣就會使得在電容及接觸器的線圈中流過的電流的值變大。一旦電流的值變大值超出了維持接觸器吸和狀態(tài)的值時，我們電機的控制就不能使用停止的按鍵來實現(xiàn)電機的停止。這也意味著電纜的線路變長，C1 的電容值會變的更大，讓電機的啟動按鈕處在一種斷開的狀態(tài)之下，這時的電機的電流就會讓接觸器進行吸和動作，造成了電機的控制混亂，出現(xiàn)電機失控。

本文的電機的控制電纜的回路電流為220V的電壓進行控制的，接觸器的線圈CJ20-100的功率計算得出為21.5W，電機采用的是三線制的控制模式，我們根據(jù)計算得出，電機的二次回路的臨界值為Le=500×21.5/（0.6×2200）=0.36km

二、電機出現(xiàn)啟動和控制問題的分析方法及應(yīng)對辦法

電機能否實現(xiàn)順利的啟動和控制，最主要的因素就是要讓電機獲得足夠的啟動轉(zhuǎn)矩。具體的方法就是改變電纜的電阻值，讓電纜的電阻值下降，提高導(dǎo)電率，提高電機端電壓。

（1）增大電機控制電纜的截面積。

（2）電機的接觸器適時的擴大一級。

（3）電機的動力電纜適時的擴大一級。

（4）電機的控制回路使用兩線制的處理。

參考文獻

[1]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院，等.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊（第3版）[M].北京：中國電力出版社，2005（07）.

[2]王宏英，龔世纓.電機重啟動的控制策略[J].電氣傳動， ISTIC PKU，2013（07）.

[3]鄧先明，張海忠，拾華杰.籠形轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機啟動特性分析[J].電機與控制學(xué)報，ISTIC EI PKU，2008（05）.

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在電動車輛中，電機控制器的功能是根據(jù)檔位、油門、剎車等指令，將動力電池所存儲的電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動電機所需的電能，來控制電動車輛的啟動運行、進退速度、爬坡力度等行駛狀態(tài)，或者將幫助電動車輛剎車，并將部分剎車能量存儲到動力電池中。它是電動車輛的關(guān)鍵零部件之一。

CNC可編程步進電機控制器可與步進電機驅(qū)動器、步進電機組成一個完善的步進電機控制系統(tǒng)，能控制三臺步進電機分時運行本控制器采用計算機式的編程語言，擁有輸入、輸出、計數(shù)等多種指令。具有編程靈活、適應(yīng)范圍廣等特點，可廣泛應(yīng)用于各種控制的自動化領(lǐng)域。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

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機電一體化即為將電子技術(shù)合理地應(yīng)用在機構(gòu)的信息處理功能、主功能、控制功能以及動力功能方面，使得機械裝置能夠與軟件和電子化設(shè)計有機結(jié)合而組成的一種系統(tǒng)[1]。在科技飛速發(fā)展的當(dāng)代，機電一體化已逐漸發(fā)展為一門新型的自成體系的學(xué)科，其具有耗能較低、功能較多以及可靠性較高等特點，可以既可以合理地的配置多項技術(shù)，例如機械技術(shù)、計算機技術(shù)以及微電子技術(shù)等等，，而且還能夠根據(jù)系統(tǒng)的基本功能以及優(yōu)化組織目標(biāo)進行操作，最終實現(xiàn)比較理想的目標(biāo)。

2機電一體化的發(fā)展情況

到目前為止，機電一體化已經(jīng)歷經(jīng)了三個發(fā)展階段：第一階段為上世紀(jì)60年代之前。在此階段，電機技術(shù)的發(fā)展并不成熟，只是處于初級發(fā)展階段，電子技術(shù)與機械技術(shù)也沒有得到深入地結(jié)合。然而此時，人們已開始應(yīng)用電子技術(shù)的初步成果來逐漸實現(xiàn)對機械產(chǎn)品的優(yōu)化，這為機電一體化的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。第二階段為上世紀(jì)70到80年期間。在此階段，機電一體化獲得了迅猛發(fā)展，這主要是因為計算機等技術(shù)、微型計算機以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展為機電一體化的發(fā)展奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)與物質(zhì)基礎(chǔ)。這三階段為上世紀(jì)90年代末。在此階段，機電一體化技術(shù)逐漸向智能化發(fā)展，而且其也進一步地創(chuàng)建了比較完整的基礎(chǔ)，并漸漸形成了一個比較系統(tǒng)化以及完整化的科學(xué)體系。

3機電一體化中電機控制與保護存在的問題

3.1電機控制保護裝置無法滿足應(yīng)用需求

目前，在機電一體化應(yīng)用中所運用的電機控制保護裝置還不夠完善，這主要是由于所應(yīng)用的電機控制保護裝置主要是基于電磁原理以及電熱原理，而且是借助于熔斷器的短路保護以及繼電器的過載保護功能而實行操作的，但是這種零部件自身還不夠完善，這也就造成機電的控制與保護能力不強，無法充分滿足電機控制與保護的需求。為了解決這一問題，就需要在設(shè)計機電產(chǎn)品的時候，綜合性、整體性地考慮保護、設(shè)計以及控制，進而實現(xiàn)電機控制與保護裝置的系統(tǒng)化以及多樣化。

3.2井下機電設(shè)備應(yīng)用方面存在的問題

目前，在井下機電設(shè)備的應(yīng)用中還存在一些問題，這也就影響了電機控制與保護的功能與效果。其中最為薄弱的環(huán)節(jié)即為為鼠籠式異步電機，如果在此環(huán)節(jié)沒有進行合理有效地應(yīng)用，那么就會導(dǎo)致許多電機的運行故障的發(fā)生。這樣就會嚴(yán)重影響到電機運行的安全性與穩(wěn)定性，所以相關(guān)人員必須要充分重視井下機電設(shè)備的應(yīng)用問題，并且將其與電機控制與保護有機地結(jié)合起來，從而為機電一體化的安全、穩(wěn)定運行提供有力的保障。

4解決問題的方法與建議

為了充分保證機電一體化系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，可以采取以下的電機控制與保護措施。

4.1準(zhǔn)確檢測電流與電壓

電流與電壓的檢測是電機控制與保護裝置在機電一體化應(yīng)用中非常中重要的一項操作。其有利于逆變模塊以及電機力矩等故障的正確診斷，然而采用普通的電流與電壓傳感器是難以實現(xiàn)此目標(biāo)的，為了能夠正確而又迅速地排除故障問題，應(yīng)該選用IPM輸出電壓以及霍爾型電流互感器，這樣才能更加科學(xué)、有效地檢測IPM輸出三相電流與電壓，進而達到最終的目標(biāo)。

4.2合理控制閥門與速度

閥門與速度的控制是電機控制與保護裝置應(yīng)用中的重要問題之一。目前，我國主要是利用雙環(huán)控制方案來解決這一問題。其中內(nèi)環(huán)采用的是速度環(huán)，其主要是利用速度調(diào)節(jié)器合理地調(diào)節(jié)PWM波發(fā)生器的載波頻率，從而實現(xiàn)對電機實際轉(zhuǎn)速的控制以及調(diào)節(jié)[2]。外環(huán)主要是采用位置環(huán)，其主要在設(shè)定自身當(dāng)前位置及速度的基礎(chǔ)上，再利用速度給定發(fā)生器，將速度設(shè)定值提供給內(nèi)環(huán)。因為在機電控制與保護裝置的閥門與速度控制中，大流量的閥門執(zhí)行機構(gòu)在運行的過程中存在不同的速度階段，例如減速、勻速以及加速等，與此同時，給定位置與實際位置也并不是確定不變的，這也就會大大增加了閥門與速度控制的難度，所以在對其進行調(diào)解的時候，要對閥門與給定閥門進行對比分析，此基礎(chǔ)上再合理地調(diào)節(jié)速度。

5結(jié)語

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[關(guān)鍵詞]電機控制；DSP；交流異步電機

中圖分類號：TM301.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）36-0326-01

一、電機的智能化控制概述

在實踐過程中，想要不斷提高電機效率，可以通過采用合適的智能控制手段來完成，特別是以DSP技術(shù)為核心的電機數(shù)字化控制，更能有效的提高電機效率，從而滿足實際應(yīng)用過程中的各種需求。目前，采用智能控制方式來提升電機效率主要體現(xiàn)在如下兩個方面：首先，通過使用智能算法控制方式，可以使電機運行情況得到不斷優(yōu)化。在相關(guān)應(yīng)用中，AC感應(yīng)電機矢量控制方式的應(yīng)用范圍最廣，在對尺寸后進行重新設(shè)計后，可以使電機效率保持在最佳狀態(tài)。與此同時，還可以有效調(diào)整電機速度，最終達到優(yōu)化電機效率的目的。其次，合理的采用智能控制技術(shù)來改造電機其中，比較常見的是采用永磁電機技術(shù)來進行點擊的改造。在實際運用過程中，可以有效減少感應(yīng)轉(zhuǎn)子電流的傳導(dǎo)損耗，使機械性能得到有效提高。并且，與AC感應(yīng)電機相比，永磁同步機具有更高的點擊效率，尤其是DSP控制器的合理運用，使得集成電機控制芯片在電機控制中得到更廣泛的應(yīng)。一般情況下，DSP控制器通過利用微處理器，可以有效降低器件所造成的復(fù)雜性，從而大大降低系統(tǒng)成本。由此可見，DSP控制器已經(jīng)擁有比較完善的硬件結(jié)構(gòu)體系，可以在單片機的基礎(chǔ)上完成不同電機控制方案，通過不斷輸出PWM信號，可以對IPM進行智跑化驅(qū)動控制，從而有效控制電機的電壓和電流，真正實現(xiàn)電機的全面控制和調(diào)節(jié)。

二、交流異步電機的DSP控制實現(xiàn)方法

（一）交流異步電機的變速原理

通常情況下，交流異步電機的轉(zhuǎn)速是n=60（1-s）f/p，其中，p代表的是電機磁極的對數(shù)，f代表的是電源頻率（Hz），s代表的是電機的轉(zhuǎn)差，n則代表的是電機的轉(zhuǎn)速（r/min）。因此，，根據(jù)上述內(nèi)容可知，交流異步電機的轉(zhuǎn)速與電源頻率f、電機磁極對數(shù)p、電機轉(zhuǎn)差s之間有著緊密聯(lián)系，可以采用調(diào)節(jié)電源頻率的方式來調(diào)節(jié)異步電機轉(zhuǎn)速。在調(diào)整交流異步電機的過程中，如果電機轉(zhuǎn)速的方向是由高速向著低速進行，必須讓感應(yīng)電動勢、電源頻率的比值維持一個定值狀態(tài)下，才能確保電機定子的磁通量處于穩(wěn)定情況。若電機的調(diào)節(jié)方向與上述相反，則電機繞組絕緣強度給電源電壓帶來的影響會處于一個保穩(wěn)定狀態(tài)，而頻率會不斷增加，使得磁通量呈現(xiàn)逐步下降的趨勢，最終會減小電機轉(zhuǎn)矩。

（二）交流異步電機的DSP控制實現(xiàn)方法

通過上述分析可知，在交流異步電機的調(diào)節(jié)方向是由高速向低速進行的過程中，必須通過補償轉(zhuǎn)矩才能真正實現(xiàn)電機智能化控制過程。在頻率隨著轉(zhuǎn)速降低而減少的情況下，電源電壓也會呈現(xiàn)下降趨勢，只有采用電壓補償?shù)姆绞剑拍苁勾磐勘３衷诜€(wěn)定狀態(tài)，從而使電機轉(zhuǎn)矩得到有效補償。在實際運過程中，合理的應(yīng)用DSP控制器，可以非常方便地實現(xiàn)上述過程，最終讓系統(tǒng)電壓始終保持穩(wěn)定狀態(tài)。通過情況下，采用將寬頻脈沖波轉(zhuǎn)化為寬度漸變的脈沖波SPWM，可以是諧波含量不懂減少，從而獲得比較好的驅(qū)動效果。根據(jù)DSP控制器的實際應(yīng)用情況來看，SPWM脈沖波的漸變規(guī)律與正弦變化規(guī)律基本相似，在將等腰三角形波與正弦波進行比較的情況下，可以在二者位于三角形腰部交點實現(xiàn)開關(guān)管的開和關(guān)。通常情況下，三角形波被稱作是載波，正弦波被稱作是調(diào)制波，一般正弦波的頻率與幅值的控制都比較方便，因此，采用改變正弦波方式可以對輸出電源頻率進行有效控制，從而真正改變電機轉(zhuǎn)速。與此同時，如果調(diào)節(jié)正弦波幅值，可以有效改變其與載波之間的交點，從而改變輸出脈沖寬度，以在輸出電壓控制板連續(xù)輥壓線鋸切工序不足的情況下，結(jié)合PLC的飛剪控制系統(tǒng)，真正完成生產(chǎn)連續(xù)動態(tài)鋸切操作。通過一段時間的跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，上述系統(tǒng)的正常運行，可以使中纖板連續(xù)輥壓線更加連續(xù)、自動化和完善，在提高中纖板連續(xù)輥壓線生產(chǎn)能力的同時，對于提高企業(yè)經(jīng)濟效益有著重要影響，是我國電機控制技術(shù)不斷提高的重要方向。

結(jié)束語

總的來說，在軍工、機械等多個領(lǐng)域中，電機控制系統(tǒng)的不斷推廣，使生產(chǎn)效率得到大大提高，特別是DSP技術(shù)的合理應(yīng)用，大大降低企業(yè)生產(chǎn)成本，使電機控制系統(tǒng)的整體性能得到全面提高，對于推動電機控制智能化發(fā)展有著重要影響。

參考文獻

[1] 彭濤，飛，張宏偉，張蕾.基于DSP和CAN總線多軸電機控制系統(tǒng)[J].信息技術(shù)，2015，02：117-120.

篇6

【關(guān)鍵詞】模糊控制 PID 單片機 直流電機

【中圖分類號】TP273.4;TM33 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）17-0230-02

引言

在直流電機的控制過程中往往具有不確定性和非線性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，采用常規(guī)PID控制算法難以達到理想的控制效果。系統(tǒng)設(shè)計結(jié)合模糊控制算法，按模糊控制理論建立模糊控制規(guī)則并求出模糊控制表，根據(jù)提取到的直流電機采樣信息查詢模糊控制表來對電機進行速度與轉(zhuǎn)向的控制。

1、直流電機控制系統(tǒng)

系統(tǒng)選用STC12C5A60S2作為主控芯片，用以完成對系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的控制、信息處理和直流電機的控制。在窗簾機的應(yīng)用上面，直流減速電機可精確控制，又能彌補步進電機無電狀態(tài)下不能轉(zhuǎn)動的缺陷。采用L298N驅(qū)動直流電機，利用PWM調(diào)制與使能變換的方式可進行電機調(diào)速與變向。控制窗簾開合的過程中同時檢測光電開關(guān)的狀態(tài)，以確定當(dāng)前窗簾/窗戶的狀態(tài)。通過對電機角速度的采樣分析，利用單片機進行信息處理并優(yōu)化控制。

2、PID控制

按偏差信號的比例、積分和微分進行控制的控制器稱為PID控制器，其控制規(guī)律成為PID控制算法。如圖1所示，給定值與輸出值的偏差e（t）的比例、積分和微分線性組合，形成控制量u（t）的輸出。

式中：u（t）-控制器的輸出 Kp -控制器的比例系數(shù)。

Ti-控制器的積分時間常數(shù)。 Td-控制器的微分時間常數(shù)。

e（t）-控制器輸入，給定值和被控對象輸出值的差，稱偏差信號。

PID控制器中的比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)的參數(shù)都必須選取適當(dāng)，否則也會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。（1）比例環(huán)節(jié)能迅速反映偏差從而減小偏差，控制作用強弱取決于Kp。Kp越大，則過渡過程越短，穩(wěn)態(tài)誤差也越小;但Kp越大，超調(diào)量也越大，越容易產(chǎn)生振蕩，導(dǎo)致動態(tài)性能變壞，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。（2）積分環(huán)節(jié)：只要存在偏差，積分的控制作用就會不斷積累，輸出控制量以消除偏差。但積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，控制的動態(tài)性能變差，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。（3）微分環(huán)節(jié)：微分控制有助于減小超調(diào)量，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但會使系統(tǒng)抑制干擾的能力降低。微分部分的作用強弱由微分時間Td決定。Td越大，抑制e（t）變化的作用越強;Td越小，反抗e（t）變化的作用越弱。

PID控制系統(tǒng)的連續(xù)時間信號經(jīng)過采樣和整量化后，變成的數(shù)字量無論是積分還是微分都只能用數(shù)值計算去逼近。因此PID控制規(guī)律的實現(xiàn)，也必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時，用求和代替積分、差商代替微商，使 PID 算法離散化，將描述連續(xù)時間 PID算法的微分方程，變?yōu)槊枋鲭x散時間 PID 算法的差分方程，即為數(shù)字PID 位置型控制算式。

其中Kp、Ki、Kd分別為比例、積分、微分系數(shù)。

PID控制在穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)定精度方面都體現(xiàn)很好，其適應(yīng)性強，適應(yīng)各種控制對象。但參數(shù)的整定是PID控制的一個關(guān)鍵問題，動態(tài)特性不太理想;PID控制不具有自適應(yīng)控制能力，對于時變、非線性系統(tǒng)控制效果不佳。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化時，控制性能會產(chǎn)生較大的變化，控制特性可能變壞，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

3、模糊控制

模糊控制是以模擬集合論、模擬語言變量和模擬推理為基礎(chǔ)的一種智能控制方法。它模擬人的思維推理過程，構(gòu)造一種非線性控制，以滿足復(fù)雜的、不確定的過程控制需要。

模糊控制器的控制規(guī)律由程序?qū)崿F(xiàn)。首先根據(jù)采樣值得到模糊控制器的輸入量并進行量化處理;量化后的變量進行模糊化處理，得到模糊量;根據(jù)輸入模糊控制量及模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計算控制量（輸出的模糊量）;對模糊輸出量進行模糊化處理，得到控制量的精確量，并進行輸出量化處理，得到實際控制量。

3.1模糊控制器的設(shè)計

模糊控制器的設(shè)計包括四個層面：模糊控制器輸入輸出量的確定、輸入輸出變量模糊集合和隸屬函數(shù)的確定、模糊控制規(guī)則表、反模糊化處理求取輸出控制量。

在模糊控制器中，模糊控制規(guī)則表是系統(tǒng)控制自整定最重要的環(huán)節(jié)。變量包括系統(tǒng)偏差e和偏差變化率ec、輸出控制量u。根據(jù)系統(tǒng)輸出的偏差及偏差變化率趨勢來消除偏差，得到模糊控制規(guī)則。

通過模糊控制規(guī)則表的查詢，反模糊化處理可求取精確的輸出控制量。

3.2自適應(yīng)模糊控制算法

模糊控制與PID控制結(jié)合構(gòu)成模糊PID控制。PID控制的關(guān)鍵是參數(shù)的確定，自適應(yīng)模糊控制算法是用模糊控制來確定PID參數(shù)的，也就是根據(jù)系統(tǒng)偏差e和偏差變化率ec，用模糊控制規(guī)則在線對PID參數(shù)進行修改。先找出PID各個參數(shù)與e和ec之間的模糊關(guān)系，在運行中通過不斷檢測e和ec，再根據(jù)模糊控制原理來對各個參數(shù)進行在線修改，以滿足在不同e和ec時對控制參數(shù)的不同要求，使控制對象具有良好的動、靜態(tài)性能，且計算量小，易于在單片機上實現(xiàn)。

根據(jù)參數(shù)Kp、Ki和Kd對系統(tǒng)輸出特性的影響，可歸納出在不同的e和ec時，被控參數(shù)Kp、Ki和Kd的自整定要求，從而可得模糊控制規(guī)則的語言描述為：

不同的偏差e和偏差變化率ec，對PID控制器參數(shù)Kp，Ki，Kd的整定要求不同。

篇7

關(guān)鍵詞：智能控制 電機控制 裝置 保護

中圖分類號：TM3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2012）002-057-02

1 前言

無論是由三相感應(yīng)電動機還是由三相永磁同步電動機構(gòu)成的伺服系統(tǒng)，都是非線性的時變系統(tǒng)。盡管采用了矢量控制，仍然不能從根本上改變系統(tǒng)的非線性特性，而直接轉(zhuǎn)矩控制自身就是一種非線性控制方式。矢量控制嚴(yán)重依賴于電動機的數(shù)學(xué)模型，其參數(shù)在電動機運行中會發(fā)生較大變化。事實上，這些與實際電動機是不完全相符的。其結(jié)果之一是在電磁轉(zhuǎn)矩中一定還包含有諧波轉(zhuǎn)矩，這些諧波轉(zhuǎn)矩是未知的，在實際控制系統(tǒng)中，通常將其作為一種擾動來處理。此外，還會有多種原因增加系統(tǒng)的非線性和不確定因素。在不同條件下，這些都會成為制約伺服系統(tǒng)控制質(zhì)量的瓶頸。所以，需要真正改變高性能服系統(tǒng)中的非線性、參數(shù)變化、擾動和噪聲等控制問題，才能進一步提高系統(tǒng)的控制性能。

2 智能控制及其控制目的

智能控制是自動控制領(lǐng)域內(nèi)的一門新興學(xué)科，模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是其中的兩項關(guān)鍵技術(shù)，可以用來解決一些傳統(tǒng)控制方法難以解決的問題。首先，智能控制不依賴于控制對象的數(shù)學(xué)模型，只按實際效果進行控制，在控制中有能力并可以充分考慮系統(tǒng)的不精確性和不確定性。其次，智能控制具有明顯的非線性特征。就模糊控制而言，無論是模糊化、規(guī)則推理，還是反模糊化，從本質(zhì)上來說都是一種映射，這種映射反映了系統(tǒng)的非線性，而這種非線性很難用數(shù)學(xué)來表達。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在理論上就具有任意逼近非線性有理函數(shù)的能力，還能比其他逼近方法得到更加易得的模型。近些年來，已提出了各種基于智能控制的控制策略和控制方法，已逐步形成了一種新的控制技術(shù)。應(yīng)著重指出的是，雖然將智能控制應(yīng)用于伺服驅(qū)動的研究已取得了不少成果，但是還有許多理論和技術(shù)問題尚待解決。由于智能控制涉及面廣，不可能具體介紹很多內(nèi)容，好在這方面已有很多文獻可供參考，這里希望通過舉例來介紹它們的控制思想和控制方式。

3 智能電機控制系統(tǒng)的組成及應(yīng)用

3.1 逆變器

(1)主要電路形式選擇與功率開關(guān)管的應(yīng)用

現(xiàn)階段，很多生產(chǎn)加工行業(yè)常用的是以星形三相三狀態(tài)和兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)兩種方式。主電路的核心部分是作用各異的逆變器功率開關(guān)管。在大功率電機的控制中，也可選擇MCT，它是MOSFET與晶閘管的復(fù)合器件，具有高電壓、大電流、工作頻次高、控制功率小、易驅(qū)動、使用低成本集成驅(qū)動電路控制等優(yōu)點。為了提高逆變器的可靠性、縮小體積，也可以采用近年來迅速發(fā)展的功率集成電路(PIC)。PIC將多個功率開關(guān)管及其快恢復(fù)二極管集成為一體。

(2)驅(qū)動電路的構(gòu)成

在電機使用中，首先由驅(qū)動電路將控制器的輸出信號進行功率放大后，才能向各功率開關(guān)管送去使其能飽和導(dǎo)通和可靠關(guān)斷的驅(qū)動信號。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)把驅(qū)動電路制成有一定輸出功率的專用集成電路，并且已經(jīng)開始漸漸在無刷直流電動機上得到推廣應(yīng)用。

3.2 控制器

智能電機中的控制器主要有兩個概念。一個是基于專用集成電路的控制系統(tǒng)。就現(xiàn)在的市場環(huán)境來講，國內(nèi)很多生產(chǎn)廠家推出了不同規(guī)格和用途的無刷直流電動機控制專用集成電路。這些具有一定專利的指定電機配用的集成控制電路克服了分立元件帶來的弊端，使控制電路體積小、可靠性高，對于特定環(huán)境下完成特定功能、并具有規(guī)模化生產(chǎn)的無刷直流電動機來說，是首選方案。但其應(yīng)用范圍局限性大，功能難以擴展。第二種智能電機中的控制器主要是指以微型計算機技術(shù)為核心的數(shù)模混合控制系統(tǒng)與全數(shù)字化控制系統(tǒng)。隨著無刷直流電動機應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣，對它的實用性能也提出了更高的要求，因而其控制器由以硬件模擬電子器件為主，轉(zhuǎn)向采用數(shù)字電路、單片機以及數(shù)字信號處理器方向發(fā)展，實現(xiàn)半數(shù)字化的數(shù)模混合控制和全數(shù)字化控制，控制規(guī)律由硬件實現(xiàn)轉(zhuǎn)向以軟件實現(xiàn)。

篇8

關(guān)鍵詞：電機驅(qū)動器；采樣電阻；電流傳感器；電流采樣

一、引言

電動機自誕生之日起，就對人類社會的發(fā)展起著極大的推動作用，大大提高了社會的生產(chǎn)力水平。電動機的應(yīng)用涉及到生活的方方面面，大到軍事、航空，小到辦公自動化、家用電器、工業(yè)過程控制、精密機床以及汽車電子等工業(yè)和民用領(lǐng)域，無不活躍著各式各樣的電動機。相應(yīng)地，圍繞電動機的驅(qū)動控制開發(fā)也在飛速發(fā)展，各種調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、變頻器等應(yīng)用產(chǎn)品層出不窮，在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

在電機的驅(qū)動控制開發(fā)中，電流檢測是非常重要的環(huán)節(jié)，精確的電流采樣，是電機良好運轉(zhuǎn)的必要條件。電流檢測的目的有兩個：一是為了確保電機的快速啟動性能，對電機電路主電流信號進行監(jiān)測，讓控制器給出確切的PWM控制信號，實現(xiàn)電流閉環(huán)控制；二是為了保障電機在實際運行中出現(xiàn)的短路、過流等故障，能夠準(zhǔn)確及時地將這些故障信息反饋給控制器，控制器給出控制信號使得及時關(guān)斷開關(guān)以便硬件得到保護。

也就是說，一個典型的電機驅(qū)動控制系統(tǒng)，應(yīng)該含有母線電流檢測、電機相電流檢測電路，還可能為了檢測某個功能模塊電路是否止常T作而設(shè)置特定的電流檢測電路。因此，如何精確有效地設(shè)計電流檢測電路是電機驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。

二、電流信號的采樣

監(jiān)測某個信號之前，首先需要對該信號進行采樣。通常，電流信號的采樣有以下幾種方法。

（1）采樣電阻。采樣電阻測電流的原理是這樣的：將采樣電阻串接在要監(jiān)測的電路回路里，電流流過時，在采樣電阻兩端產(chǎn)生壓降，這樣就把電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。然后，對該電壓信號進行處理變換，輸入到微處理器的A/D單元，完成檢測的目的。

采樣電阻的這種檢測方法實現(xiàn)簡單，成本低，但是很難做到電阻值穩(wěn)定不變，采樣精度不高，不能提供準(zhǔn)確的電流值。而且反饋控制電路與主電路沒有隔離，在電機驅(qū)動控制系統(tǒng)中，萬一功率電路的高電壓通過反饋電路進入控制電路，將危及到控制系統(tǒng)的安全 。因此，采樣電阻一般應(yīng)用在精度要求不高、成本敏感的應(yīng)用場合。

（2）電流傳感器。霍爾效應(yīng)在1879年被E.H.霍爾發(fā)現(xiàn)，它定義了磁場和感應(yīng)電壓之間的關(guān)系，這種效應(yīng)和傳統(tǒng)的感應(yīng)效果完全不同。當(dāng)電流通過一個位于磁場中的導(dǎo)體的時候，磁場會對導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個垂直于電子運動方向上的作用力，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電壓差。霍爾電流傳感器就是利用霍爾效應(yīng)將一次大電流變換為二次微小電壓信號的傳感器，它有兩種工作方式，分別是直測式（開環(huán)）電流傳感器和磁平衡式（閉環(huán)）電流傳感器。直測式霍爾電流傳感器的不足是檢測裝置的體積過大；而磁平衡式霍爾電流傳感器體積小，其顯著長處是磁場補償法，保持鐵心磁通為零，電流過載能力強，套在被測母線上即可工作。

霍爾電流傳感器產(chǎn)品已經(jīng)模塊化，可以測量交流、直流、脈沖等多種電流信號，其最大優(yōu)點是測量精度高、響應(yīng)快速、隔離檢測、線性度好。因此，電機驅(qū)動控制系統(tǒng)中采用霍爾電流傳感器檢測電流的方法是目前應(yīng)用比較普遍的方法，已經(jīng)在中高端伺服產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。

（3）電流互感器。電流互感器是利用變壓器原、副邊電流成比例的特點制成的。其工作原理、等值電路也與一般變壓器相同，只是其原邊繞組串聯(lián)在被測電路中，且匝數(shù)很少；副邊繞組接電流表、繼電器電流線圈等低阻抗負載，近似短路。原邊電流（即被測電流）和副邊電流取決于被測線路的負載，而與電流互感器的副邊負載無關(guān)。電流互感器運行時，副邊不允許開路。因為一旦開路，原邊電流均成為勵磁電流，使磁通和副邊電壓大大超過正常值而危及人身和設(shè)備安全。

在測量交變電流的大電流時，為便于二次儀表測量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流，另外，線路上的電壓都比較高，如直接測量是非常危險的，電流互感器就起到變流和電氣隔離作用。它將高電流按比例轉(zhuǎn)換成低電流，一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測量儀表、繼電保護等測量裝置。電流互感器一般體積較大，造價昂貴，因此，一般應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，作為測量儀表、繼電保護等二次設(shè)備獲取電氣一次回路電流信息的傳感器。

綜上所述，由于體積和成本的原因，在電機驅(qū)動控制系統(tǒng)中，經(jīng)常采用采樣電阻和霍爾電流傳感器來進行電流采樣。

三、電流信號的處理

下面分別針對采樣電阻和霍爾電流傳感器的工作特性、使用特點介紹一下相應(yīng)的信號調(diào)理電路。

（1）采樣電阻

采樣電阻信號調(diào)理電路如圖1所示，圖中R7為采樣電阻，應(yīng)用中將其串接在回路中。以運放為中心構(gòu)成一個差分放大器，R1～R6設(shè)置放大器增益，R5同時用來提升采樣后的電壓值，使得放大器的輸入在合適的范圍。R8和C2用來濾除高頻噪聲。

圖1 采樣電阻信號調(diào)理電路

REF為參考電壓，產(chǎn)生電路如圖2所示，圖中R1和R2用來設(shè)置參考電壓值，根據(jù)不同的需要可以靈活調(diào)整這兩個電阻的值。

圖2 電流傳感器輸出信號調(diào)理電路

經(jīng)過處理后的電壓輸出信號Vo再經(jīng)過限幅即可輸人到微處理器的A/D單元。

（2）霍爾電流傳感器。霍爾電流傳感器輸出信號調(diào)理電路如圖3所示，電路形式和圖1類似。區(qū)別在于放大器的輸入，因為常用的霍爾電流傳感器是單輸出信號，有電流輸出和電壓輸出兩種形式，經(jīng)常把電流輸出形式轉(zhuǎn)換為電壓信號進行處理。圖3中參考電壓的產(chǎn)生可參考圖2。

四、器件選擇及注意事項

存選用采樣電阻的過程中，要考慮自身的阻值、電感和精度，以降低自身的功率損耗和電壓尖峰。同時要注意溫度系數(shù)（TCR），可以參考其溫漂曲線。

電流傳感器的選擇注意測量范圍，的需要選擇不同量程的傳感器。根據(jù)不同當(dāng)原邊電流超過傳感器額定時，線性度將降低。為保證測量精度，傳感器額定測量值為被測信號l-1.5倍較為合適，如果被測信號有較大的波形系數(shù)，還需進一步加大量程，確保被測信號峰值不超出傳感器測量范同。電流傳感器的生產(chǎn)廠家比較有代表性的有LEM公司、IR公司、Honey-well公司等。國內(nèi)做的較好的有寧波株洲時代電子、南京托肯電子、南京中旭等。

尤其要注意的是運放的選擇，因為一般伺服系統(tǒng)中PWM調(diào)制頻率很高，通常在20kHz左右，因此相電流是一個脈動電流。另外，A/D轉(zhuǎn)換單元采樣速度很高。因此，在選擇運放時，要選擇帶寬大、高速的精密運放，只有這樣才能滿足電流采樣的需要。

圖3 參考電壓產(chǎn)生電路

五、結(jié)束語

精確的電流檢測在電機驅(qū)動控制系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，它是構(gòu)成電流閉環(huán)的前提條件，同時，監(jiān)測電流可以防止系統(tǒng)發(fā)生短路、過流故障，有效保護系統(tǒng)安全，可以說是電機控制系統(tǒng)中不可缺少的環(huán)節(jié)。目前在各種自動門系統(tǒng)、安防工程、鉗形儀表等設(shè)備中都或多或少地應(yīng)用到電流檢測技術(shù)，探討其實現(xiàn)形式有助于推動其應(yīng)用發(fā)展。

參考文獻：

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篇9

效率問題很復(fù)雜

同大多數(shù)性能指標(biāo)一樣，效率是非常復(fù)雜的。經(jīng)常就連設(shè)計者和調(diào)試者都經(jīng)常無法確定應(yīng)該如何解釋給定系統(tǒng)中各部件眾多的標(biāo)稱效率。

電機手冊上可能標(biāo)著85％，變速箱數(shù)據(jù)單則寫著90％，而控制部分則僅僅標(biāo)著“高效率”。這些表示效率的數(shù)字通常來自理想的運轉(zhuǎn)模式，不一定能夠代表各個部件的目標(biāo)應(yīng)用。圖1為簡單的運動系統(tǒng)示意圖。

對于給定的電機和調(diào)制方式，系統(tǒng)的工作效率是供電電壓、轉(zhuǎn)動速度、負荷扭矩和溫度的函數(shù)。因為標(biāo)稱效率只適用于這些參數(shù)的特定組合，所以設(shè)計者必須要求電機廠商提供更多的效率數(shù)據(jù)。在變速應(yīng)用中，效率會隨著各種運轉(zhuǎn)模式而改變。這一點也同樣適用于系統(tǒng)中的傳送帶、滑輪、變速箱等。

交流電機效率主要是通過鐵芯損耗、轉(zhuǎn)子／定子銅損和偏差／摩擦損耗來決定的。鐵芯損耗是由鐵質(zhì)轉(zhuǎn)子和定子中的感應(yīng)渦電流和磁滯效應(yīng)造成的。因為轉(zhuǎn)子和定子的銅損是由銅電阻決定的(12R)，所以增加轉(zhuǎn)子銅條尺寸和定子線規(guī)可以降低銅損。要降低鐵芯損耗，可以使用更高級的鋼片和通過改變尺寸來降低磁通量密度。但增加銅條尺寸會增加成本，而且會限制定子上能夠繞線的匝數(shù)。當(dāng)鐵芯損耗和銅損相等時，電機的工作效率最高，這種情況通常出現(xiàn)在其標(biāo)稱負載的75％～90％之間。

有些電機拓撲結(jié)構(gòu)受這類損耗的影響較小。例如，無刷直流電機中不存在轉(zhuǎn)子銅損，因為它采用永磁性轉(zhuǎn)子。開關(guān)或可變磁阻電機的效率很高，部分歸因于不存在轉(zhuǎn)子銅損，因為這兩種電機的轉(zhuǎn)子也不會通過傳導(dǎo)電流。

雖然使用高級控制算法的電子驅(qū)動電路可以通過向電機提供理想電壓波形來顯著地提高效率，但是其也存在自身的效率問題。控制效率因素包括軟啟動損耗、整流損耗、功率橋切換和傳導(dǎo)損耗以及功率因數(shù)校正損耗。

只有在電源加載到驅(qū)動電路之后大約1s內(nèi)，有源軟啟動電路才有很大的功耗。此后，它們只占用非常小的VI功耗，因為功率都通過有源開關(guān)分路到軟啟動限流器。分馬力控制系統(tǒng)通常使用一個繼電器來實現(xiàn)這一目的――將這些損耗降低到接近零。

整流損耗占到這部分損耗的很大一部分。由于常見的橋式整流器的Vf是1V，所以在2kW電機控制中這部分損耗很容易就會接近15W。Vf較低的整流器的價格很高。對于交流感應(yīng)和無刷直流電機控制而言，功率橋電路通常是由6個二極管和6個MOSFET／IGBT組成的完整的三相整流橋電路。功率橋電路的開關(guān)損耗是調(diào)制方式的函數(shù)，與開關(guān)頻率成正比。

功率因數(shù)控制

最后，同樣重要的是從交流輸電線引出功率的效率，即功率因數(shù)(PF)。感性和容性元件會在電路和交流輸電線之間產(chǎn)生重復(fù)的環(huán)電流。交流電源電流中的諧波失真可能是由電機驅(qū)動中的非線性元件產(chǎn)生的。

無功功率和諧波電流要求交流電源所提供的功率要比系統(tǒng)實際消耗功率更多，才能很好地利用視在功率。有功功率與視在功率的比值就是PF，取值范圍在0～1.0之間。PF等于1.0是理想情況，而在0.65時，交流輸電線路需要提供大約1.5倍于應(yīng)用有功功率的功率，這會極大得提高電力公司的成本，而電力公司通常會向低PF的工業(yè)客戶收取額外的費用。

有很多的功率因數(shù)校正(PFC)拓撲結(jié)構(gòu)存在。PFC升壓變換器是電機控制系統(tǒng)中最常見的，因為其易于實現(xiàn)且成本低廉。PFC升壓變換電路使得驅(qū)動能夠輕松地支持寬的輸入電壓范圍(100～250V交流電壓)并校正低壓線路問題。在PFC升壓變換器結(jié)構(gòu)中，直流鏈路通常是370～400V直流電壓。

在驅(qū)動中增加PFC電路帶來了一些好處，其中包括不低于0.95的PF以及期望得到的較小直流鏈路電容，這是因為能量是以PFC開關(guān)頻率(標(biāo)稱頻率>20kHz)從PFC的電感傳輸?shù)诫娙莸模皇且?20Hz從整流線路上傳輸來的。

不過，顯而易見，這樣會引入PFC損耗。對1kW電機控制電路而言，常見的PFC電路損耗大約為50W。另一種結(jié)構(gòu)是采用MOSFET來代替橋式整流二極管，這樣可以減小整流損耗。

是啟用新方案時候了

一般的電機在其服役期間的用電費用會高達最初購買價格的75倍，因此，是進行補救的時候了。幸運的是，半導(dǎo)體廠商極大地簡化了這些效率問題的解決辦法。比如，飛兆半導(dǎo)體公司同時為電機控制和PFC應(yīng)用提供了一套完整的智能功率模塊(SPM)產(chǎn)品系列。這些模塊包括柵極驅(qū)動器、MOSFET／IGBT、二極管以及其他輔助元件，它們封裝小，可以加快產(chǎn)品上市時間。

一個應(yīng)用示例

為了認識系統(tǒng)效率的重要性，我們可以看一個現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。這個特定的應(yīng)用出現(xiàn)在家畜育種房舍的通風(fēng)系統(tǒng)中，該通風(fēng)系統(tǒng)使用60個風(fēng)扇，每個風(fēng)扇的扇葉長52英寸。每個風(fēng)扇每分鐘必須扇動28000立方英尺的空氣。在必需速度780rpm時，扇軸需要提供大約2kW功率才能轉(zhuǎn)動扇葉。這些風(fēng)扇每年需要工作8500小時。

在傳統(tǒng)方案中，這種應(yīng)用都會使用三相、2.5kW的交流感應(yīng)電機／啟動器通過繼電器連接到交流輸電線，效率大約為80％，而PF大約為0.88。因為這些風(fēng)扇的標(biāo)稱速度大約為1750rpm，所以就會使用機械傳送帶和皮帶輪系統(tǒng)將速度降低到風(fēng)扇葉片所需要的速度(見圖2)。

篇10

Abstract: With the increased demand of mechanical and electrical products on the winding quality,the original PLC control system of winding machine has been difficult to meet the requirements of evolving mechanical and electrical products. Winding machine PLC control system has the disadvantages of high cost,single work way and inconvenient human computer interaction. To solve this problem,we designed a new control system that could replace PLC control system - using single chip to control motor windings machine controller.

關(guān)鍵詞:單片機;步進電機驅(qū)動器;加/減速控制

Key words: singlechip;stepper motor driver;accelerate/deceleration control

中圖分類號:F270 文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1006-4311(2010)12-0218-01

1系統(tǒng)性能及控制要求

1.1 系統(tǒng)性能

在本控制系統(tǒng)中,主要利用控制器輸出的CP、CW脈沖信號,通過步進電機驅(qū)動器對三臺步進電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向進行控制,帶動機械傳動機構(gòu)工作,實現(xiàn)繞線,另外通過拖板電機實現(xiàn)繞組位置轉(zhuǎn)動的控制,從而實現(xiàn)整個電機繞組的全自動化繞線操作。在生產(chǎn)過程中,可以根據(jù)操作的要求實現(xiàn)不同的繞線速度、線圈匝數(shù)等的設(shè)定。

1.2 控制要求

1.2.1 可預(yù)設(shè)多種控制模式。可預(yù)先設(shè)定慢速、中速、快速和拖板運行等四種操作模式。

1.2.2 每種控制模式下的加減速、步數(shù)可隨意設(shè)定。在任一控制模式下的加減速曲線、運行步數(shù)都可事先設(shè)定。

1.2.3 可同時控制三臺電機的同步工作和單獨控制一臺拖板電機工作。

1.2.4 具有斷電數(shù)據(jù)保持功能,能記憶上次的參數(shù)及最后一次運行值。

1.2.5 具有數(shù)據(jù)顯示及告警提示功能。

2設(shè)計方案的實現(xiàn)

2.1 硬件電路設(shè)計

2.1.1 整體電路設(shè)計思想。本設(shè)計采用STC89C51系列單片機芯片對步進電機進行控制,通過I/O口輸出具有時序的方波作為步進電機的控制信號,信號經(jīng)過步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機工作;同時采用二極管矩陣鍵盤來對電機的狀態(tài)或設(shè)置進行控制,并用4位LED數(shù)碼管顯示出相關(guān)的參數(shù),還利用AT24C02對系統(tǒng)參數(shù)進行存儲。

2.1.2 各功能電路的實現(xiàn)。①電源電路。將交流220V經(jīng)過降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓的形式,得到直流9V和5V對控制器進行供電。②單片機最小系統(tǒng)電路。本單片機系統(tǒng)采用宏晶科技推出的新一代超強抗干擾/高速/低功耗的STC89C51系列單片機芯片,它是MCS-51系列單片機的派生產(chǎn)品;它們在指令系統(tǒng)中、硬件系統(tǒng)和片內(nèi)資源與標(biāo)準(zhǔn)的51系列單片機完全兼容。③鍵盤電路。采用二極管矩陣鍵盤電路,分別由P1.0-1.3作輸入,當(dāng)某一按鍵被按下時,相對應(yīng)的端口被置為高電平,此時CPU檢測到相應(yīng)端口的變化,通過查表的方式確認按鍵的功能,減少CPU對各端口掃描時間,提高CPU的效率。④顯示電路。采用4只共陽數(shù)碼管作顯示,分別利用P0口對各數(shù)碼管的筆劃段進行掃描,P2.4-2.7口作循環(huán)掃描顯示控制,另外還通過P2和P3口作按鍵顯示和告警音提示等功能控制。⑤存儲電路。由于本系統(tǒng)需要存儲的數(shù)據(jù)比較多,并且要具有斷電數(shù)據(jù)保持功能,能對上次的參數(shù)及運行值進行記錄,因此采用AT24C02存儲器作數(shù)據(jù)存儲。⑥接口電路。分別利用P1.4、P3.5、P3.4口經(jīng)過ULM2003反相放大后作CP脈沖和CW脈沖的信號輸出,對步進電機驅(qū)動器進行控制,從而達到控制步進電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的目的。

2.2 軟件程序設(shè)計

在該系統(tǒng)中,相應(yīng)的控制信號由單片機來產(chǎn)生,根據(jù)需要通過鍵盤輸入電機的轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)動速度及轉(zhuǎn)動步數(shù),在工作時用數(shù)碼管來動態(tài)顯示運行的步數(shù)。所以軟件部分由4大模塊組成:系統(tǒng)監(jiān)控、鍵盤掃描及處理、顯示程序、控制信號產(chǎn)生程序。

2.2.1 系統(tǒng)監(jiān)控模塊。在監(jiān)控模塊中,應(yīng)完成系統(tǒng)的啟動,進行鍵盤掃描得到相應(yīng)鍵值,完成對步進電機轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速、步數(shù)及運行方式的設(shè)置,并使步進電機按要求進行工作。為增加控制的靈活性,鍵盤輸入數(shù)據(jù)及啟動命令在鍵盤掃描及處理程序中實現(xiàn)。

2.2.2 鍵盤掃描及處理、顯示模塊。本軟件程序模塊主要完成對鍵盤有無鍵按下進行確認。當(dāng)有鍵按下時,通過查表方式確定按鍵值,并根據(jù)所得鍵值進行處理,包括所按鍵是輸入鍵還是執(zhí)行鍵。顯示模塊主要是完成在進行數(shù)據(jù)輸入時,顯示輸入的數(shù)據(jù)值。

2.2.3 控制信號產(chǎn)生模塊。①步進脈沖的產(chǎn)生。在采用單片機控制的步進電機開環(huán)系統(tǒng)中,控制系統(tǒng)的CP脈沖的頻率或者CW換向脈沖的高低電平實際上就是控制步進電機的運行速度和方向。②步進電機起動及加/減速控制。速度控制中加/減控制是最基本的控制。電機由靜止到達設(shè)定的最大的速度所需的時間是由調(diào)試決定的。加速度太大,電機甚至不能克服負載轉(zhuǎn)矩而失步,加速度太少,則完成指定的運動耗費時間太多,加速度有兩種方案:線性加/減速度控制和等步距加/減速度控制。③步進電機的換向控制。一般來說,驅(qū)動器的輸入共有三路,它們是:步進脈沖信號CP、方向電平CW、脫機使能信號EN。它們在驅(qū)動器內(nèi)部分別通過限流電阻接入光藕的負輸入端,且電路形式完全相同,在這三路輸入信號的共同的控制下,驅(qū)動器將輸入合適的電流來控制步進電機完成指定的操作。

3結(jié)論

本控制器采用單片機控制的步進電機系統(tǒng),其轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)動速度及運行圈數(shù)可以通過鍵盤輸入,運用程序?qū)@些數(shù)據(jù)進行處理,由單片機發(fā)出相應(yīng)的控制信號,增加了控制的靈活性,經(jīng)實踐使用,達到了預(yù)期的設(shè)計目的。本控制器對于不同的繞線系統(tǒng),不同控制要求,通過修改相應(yīng)的電路及相關(guān)程序即可實現(xiàn),通用性強,具有自動化程度高、成本低、體積小、控制精確等優(yōu)點,有很好的經(jīng)濟效益和廣闊發(fā)展前景。

參考文獻:

[1]劉國永,陳杰平.單片機控制步進電機系統(tǒng)設(shè)計[J].安徽技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報,2002.