電機控制論文范文

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第1篇

[關鍵詞]數控系統伺服電機直接驅動

近年來，伺服電機控制技術正朝著交流化、數字化、智能化三個方向發展。作為數控機床的執行機構，伺服系統將電力電子器件、控制、驅動及保護等集為一體，并隨著數字脈寬調制技術、特種電機材料技術、微電子技術及現代控制技術的進步，經歷了從步進到直流，進而到交流的發展歷程。本文對其技術現狀及發展趨勢作簡要探討。

一、數控機床伺服系統

（一）開環伺服系統。開環伺服系統不設檢測反饋裝置，不構成運動反饋控制回路，電動機按數控裝置發出的指令脈沖工作，對運動誤差沒有檢測反饋和處理修正過程，采用步進電機作為驅動器件，機床的位置精度完全取決于步進電動機的步距角精度和機械部分的傳動精度，難以達到比較高精度要求。步進電動機的轉速不可能很高，運動部件的速度受到限制。但步進電機結構簡單、可靠性高、成本低，且其控制電路也簡單。所以開環控制系統多用于精度和速度要求不高的經濟型數控機床。

（二）全閉環伺服系統。閉環伺服系統主要由比較環節、伺服驅動放大器，進給伺服電動機、機械傳動裝置和直線位移測量裝置組成。對機床運動部件的移動量具有檢測與反饋修正功能，采用直流伺服電動機或交流伺服電動機作為驅動部件。可以采用直接安裝在工作臺的光柵或感應同步器作為位置檢測器件，來構成高精度的全閉環位置控制系統。系統的直線位移檢測器安裝在移動部件上，其精度主要取決于位移檢測裝置的精度和靈敏度，其產生的加工精度比較高。但機械傳動裝置的剛度、摩擦阻尼特性、反向間隙等各種非線性因素，對系統穩定性有很大影響，使閉環進給伺服系統安裝調試比較復雜。因此只是用在高精度和大型數控機床上。

（三）半閉環伺服系統。半閉環伺服系統的工作原理與全閉環伺服系統相同，同樣采用伺服電動機作為驅動部件，可以采用內裝于電機內的脈沖編碼器，無刷旋轉變壓器或測速發電機作為位置/速度檢測器件來構成半閉環位置控制系統，其系統的反饋信號取自電機軸或絲桿上，進給系統中的機械傳動裝置處于反饋回路之外，其剛度等非線性因素對系統穩定性沒有影響，安裝調試比較方便。機床的定位精度與機械傳動裝置的精度有關，而數控裝置都有螺距誤差補償和間隙補償等項功能，在傳動裝置精度不太高的情況下，可以利用補償功能將加工精度提高到滿意的程度。故半閉環伺服系統在數控機床中應用很廣。

二、伺服電機控制性能優越

（一）低頻特性好。步進電機易出現低速時低頻振動現象。交流伺服電機不會出現此現象，運轉非常平穩，交流伺服系統具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統內部具有頻率解析機能，可檢測出機械的共振點，便于系統調整。

（二）控制精度高。交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。例如松下全數字式交流伺服電機，對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收217=131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。

（三）過載能力強。步進電機不具有過載能力，為了克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩，選型時需要選取額定轉矩比負載轉矩大很多的電機，造成了力矩浪費的現象。而交流伺服電機具有較強的過載能力，例如松下交流伺服系統中的伺服電機的最大轉矩達到額定轉矩的三倍，可用于克服啟動瞬間的慣性力矩。

（四）速度響應快。步進電機從靜止加速到額定轉速需要200～400毫秒。交流伺服系統的速度響應較快，例如松下MSMA400W交流伺服電機，從靜止加速到其額定轉速僅需幾毫秒。

（五）矩頻特性佳。步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時轉矩會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩。三、伺服電機控制展望

（一）伺服電機控制技術的發展推動加工技術的高速高精化。80年代以來，數控系統逐漸應用伺服電機作為驅動器件。交流伺服電機內是無刷結構，幾乎不需維修，體積相對較小，有利于轉速和功率的提高。目前交流伺服系統已在很大范圍內取代了直流伺服系統。在當代數控系統中，交流伺服取代直流伺服、軟件控制取代硬件控制成為了伺服技術的發展趨勢。由此產生了應用在數控機床的伺服進給和主軸裝置上的交流數字驅動系統。隨著微處理器和全數字化交流伺服系統的發展，數控系統的計算速度大大提高，采樣時間大大減少。硬件伺服控制變為軟件伺服控制后，大大地提高了伺服系統的性能。例如OSP-U10/U100網絡式數控系統的伺服控制環就是一種高性能的伺服控制網，它對進行自律控制的各個伺服裝置和部件實現了分散配置，網絡連接，進一步發揮了它對機床的控制能力和通信速度。這些技術的發展，使伺服系統性能改善、可靠性提高、調試方便、柔性增強，大大推動了高精高速加工技術的發展。

另外，先進傳感器檢測技術的發展也極大地提高了交流電動機調速系統的動態響應性能和定位精度。交流伺服電機調速系統一般選用無刷旋轉變壓器、混合型的光電編碼器和絕對值編碼器作為位置、速度傳感器，其傳感器具有小于1μs的響應時間。伺服電動機本身也在向高速方向發展，與上述高速編碼器配合實現了60m/min甚至100m/min的快速進給和1g的加速度。為保證高速時電動機旋轉更加平滑，改進了電動機的磁路設計，并配合高速數字伺服軟件，可保證電動機即使在小于1μm轉動時也顯得平滑而無爬行。

（二）交流直線伺服電機直接驅動進給技術已趨成熟。數控機床的進給驅動有“旋轉伺服電機＋精密高速滾珠絲杠”和“直線電機直接驅動”兩種類型。傳統的滾珠絲杠工藝成熟加工精度較高，實現高速化的成本相對較低，所以目前應用廣泛。使用滾，珠絲杠驅動的高速加工機床最大移動速度90m/min，加速度1.5g。但滾珠絲杠是機械傳動，機械元件間存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應會造成運動滯后和非線性誤差，所以再進一步提高滾珠絲杠副移動速度和加速度比較難了。90年代以來，高速高精的大型加工機床中，應用直線電機直接驅動進給驅動方式。它比滾珠絲杠驅動具有剛度更高、速度范圍更寬、加速特性更好、運動慣量更小、動態響應性能更佳，運行更平穩、位置精度更高等優點。且直線電機直接驅動，不需中間機械傳動，減小了機械磨損與傳動誤差，減少了維護工作。直線電機直接驅動與滾珠絲杠傳動相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大達10g，剛度提高7倍，最高響應頻率達100Hz，還有較大的發展余地。當前，在高速高精加工機床領域中，兩種驅動方式還會并存相當長一段時間，但從發展趨勢來看，直線電機驅動所占的比重會愈來愈大。種種跡象表明，直線電機驅動在高速高精加工機床上的應用已進入加速增長期。

參考文獻：

[1]《交流伺服電機控制技術的研究》，中國測試技術，鄭列勤，2006.5.

第2篇

關鍵詞：小水電控制電路二次設計

1變電站聯絡線路的油斷路器控制回路改進

1.1典型合閘回路及缺陷

中小型變電站的聯絡線路兩側都裝設油斷路器。對于35KV、10KV油斷路器的控制，典型設計是在電站側裝設同期裝置，在變電站側只設普通合閘回路，普通合閘回路的原理如圖1所示：操作控制開

關SA，其②-④觸點接通，經過防跳繼電器的常閉觸點KM2和斷路器的常閉觸點DL，接通合閘接觸器線圈HO，使斷路器合閘。這種設計簡潔，常為工程設計人員所采用。在具體操作中，按先合變電站側斷路器、再合對側斷路器的操作順序進行。但在小水電系統網絡中，因受地形、容量等技術條件的限制，建設不甚規范，特別是有些聯絡線路上還接有負載，當出現某種故障造成變電站側油斷路器跳閘，此時的對側斷路器可能還在合閘位置，如要對聯絡線路進行合閘，因不知對側是否有電，必須等到調度命令或接到匯報后才能進行操作，加至有些地段通訊不暢，經常耽誤時間，影響工農業生產用電；由于典型回路本身不能檢測線路是否有電壓，又無防范不規范操作的技術措施，如果誤操作SA發出合閘命令，就會造成非同期合閘事故，給人們生命財產帶來重大損失。

1.2改正后的合閘回路

為了防止事故的發生，對原典型合閘回路進行了如下改進（見圖1中虛線所示）：即在線路電壓互感器二次側增設一只電壓繼電器KV，用以檢測線路電壓，并將其常閉觸點KV1串入本站油開關合閘回路中。當線路有電壓時，就是誤操作SA發出了合閘命令，因KV1觸點斷開了合閘操作回路，無法啟動合閘接觸器，達到了防止非同期合閘的目的。同時，考慮到聯絡線路的可靠性，在KV1觸點兩端設計并聯一連接片LP，以便該電壓繼電器檢修或需該線路供給變電站負荷時好操作。正常情況下，連接片LP處在斷開位置。

還將電壓繼電器的常開觸點KV2與合閘位置繼電器HWJ的常閉觸點（或跳閘位置繼電器TWJ的常開觸點）串聯，以接通“線路有電壓”光字牌的信號回路，當斷路器在斷開位置，線路有電壓，該光字牌亮，提醒運行人員不得進行合閘操作。在信號回路中，串聯跳（合）閘位置繼電器觸點的作用是為了在該線路運行時斷開光字牌，以免光字牌長期帶電。電壓繼電器KV可選DJ—121型，繼電器校驗方法與其他電壓繼電器相同。

2水電站壓力裝置的控制回路改進

2.1典型油壓裝置自動回路及缺陷

調速器、高低壓氣機等是水電站中常見的壓力設備，在油（氣）裝置的自動回路中，一般采用電接點壓力表(如YX—150型)來反映油（氣）罐中壓力的變化，進而控制油（氣）泵電機。壓力表上可設置上、下兩個值限，上限用紅針指示，下限用黃針指示，實際壓力值用黑針指示。油壓裝置自動投入的動作過程如圖2所示：

當壓力罐油壓降到壓力下限時，壓力表黑針與黃針接觸，即觸點YLJ1

閉合，使中間繼電器1KA動作并自保持，因轉換開關SA在自動位置，其②-④觸點接通，啟動接觸器KM，使電機接通電源，帶動油泵向壓力罐打油，壓力逐漸上升，當到工作壓力值上限時，壓力表黑針與紅針接觸，即上限觸點YLJ2接通，使中間繼電器2KA動作，斷開1KA的自保持回路，油泵電機自動停止工作。對于這種典型設計，壓力表的上、下限觸點一直串在控制回路中，并帶有相應負載，特別是在啟動和停止過程中，壓力變化呈波動狀態，使觸頭抖動不已，無法可靠接觸，常常生火花，由于壓力罐補壓（氣）是通過自動回路完成的經常性的工作，壓力變化頻繁，使壓力表的觸頭接觸也相應頻繁，從開始的產生火花，到逐漸燒壞觸頭（或觸頭粘連），繼而造成壓力罐壓力消失，嚴重影響了機組的安全運行。

2.2改進后的控制回路

為了克服上述設計中存在的問題,對典型電路進行了如下改動(見圖2中虛線所示):即在壓力下限回路中串聯一個接觸器KM的常閉輔助觸點KM1,當壓力罐壓力下降到壓力下限時,壓力表下限觸頭YLJ1閉合,通過常閉輔助觸頭KM1起動1KA并自保持,使接觸器動作,啟動油泵打油;盡管在油泵電機啟動之初,壓力出現波動,YLJ1觸頭發生抖動,但由于在此回路中已串入了接觸器常閉觸頭KM1,接觸器動作后立即斷開了此回路,此時的下限觸頭無需承擔任何負載,避免了觸頭的燒壞;又在壓力上限回路中串聯了接觸器的常開輔助觸頭KM2,當油壓力達到上限值時,隨著2KA的啟動,使接觸器失電返回,其常開輔助觸點KM2立即斷開壓力上限回路。不管在這個過程中壓力如何變化，壓力表的上、下限觸點YLJ1、YLJ2總在回路不帶負載的情況下抖動，避免了負載過程中電火花對觸頭的損壞，提高了安全運行的可靠性，同時也減少了因油壓裝置失壓而造成的運行成本。

第3篇

課程建設是專業建設的核心，課程標準是課程的靈魂［2］，是編選教材、組織教學、評價課程教學質量和進行教學管理的主要依據，是加強課程建設，實現專業人才培養目標的重要保障。課程標準是教學大綱的繼承和發展，二者都是規范教學的綱領性文件，是根據人才培養方案制訂的，是人才培養實施過程的體現。“機電產品電氣控制”課程標準以學生職業能力和職業技能形成為重點來確定課程的教學內容標準，一是體現職業性原則，參照職業資格標準編寫，充分體現職業性和崗位性要求；二是突出能力原則，以能力分析為基礎設計課程，以能力培養為中心組織教學、以能力形成為目標引導學生學習，建立工學結合、任務驅動、項目導向的有效教學模式，以企業認可的能力指標體系評價學習成果；三是可學習性原則，“以學生為本”，突出學生的主體地位，以學生已有的知識和能力為依據，以學生的現有經驗為起點，以學生的生活經驗為基礎，滿足學生的興趣與需求。“機電產品電氣控制”課程標準涵蓋電氣控制和PLC兩大類共八個項目。電氣控制包括送料小車電氣控制線路運行維護、C650－2車床電氣控制線路運行維護、Z3040B鉆床電氣控制線路運行維護、X62W銑床電氣控制線路運行維護等四個項目；PLC包括多種液體自動混合裝置的PLC控制設計、十字路通燈控制、呼叫送料小車控制、PLC在C650－2車床電氣控制系統改造中的應用等四個項目，每個項目由若干個人任務組成。

二、與實訓設備相一致的教材建設

“機電產品電氣控制”課程采用自編教材。教材的編寫緊密結合實現技能型人才培養目標，從內容選材、教學方法、學習方法、實訓配套等方面突出高職教育的特點，突出應用能力培養的特點，擺脫理論分析長而深的模式，增加并充實應用實例的內容，對職業崗位所需知識和能力結構進行恰當的設計安排。在知識的實用性、綜合性上多下功夫，理論聯系實際，加強操作與實訓，把學生應用能力培養融匯于教材之中，并貫穿始終［3］。在內容組織上，以符合教學要求的工作過程為基礎，由簡單到復雜，由單一到綜合，層層遞進，將職業崗位所需的理論知識系統的串在一起，教材內容基本涵蓋了基本電氣控制規律、機床電氣控制系統，PLC控制系統的組成。由淺入深，由易到難，每個部分都有實踐訓練，指導學生能夠主動學習、提高效率，動手能力能夠得到逐步提高。在教材編排上，打破以往教材先理論后實踐的編寫模式，以典型工作任務和任務的完整性及為主線，以提高職業能力為線索，理論知識夠用為度編排教材內容。教材共有與《課程標準》內容相一致的八個學習項目，根據項目理論知識要求，將項目分解成各個子任務，每個子任務都有自己獨立的知識點和訓練內容，完成了子任務的學習，也就完成了整個項目的學習，并能使知識融會貫通。編寫教材時充分體現“以學生為中心”“教中學，學中做”的職業教育理念，強調以學生直接經驗形式掌握融于各項實踐行動中的知識和技能，以學生能力培養為本位。

三、教學方法的改革

樹立以學生為主體，教師為主導的教學理念。學習不僅是為了獲取技術，還需要在獲取技術的活動中，培養學生的方法能力、社會能力，使學生不僅要有技術適應能力，更重要的是有能力對社會、經濟負責的態度，參與設計和創造未來的技術和勞動世界，因此在教學過程中注重強調教師對學生引導的行為。針對不同的教學實施環節，我們選用了不同的教學模式。1．教、學、做一體化教學模式教、學、做一體化教學模式是一邊進行知識講解和操作示范，一邊讓學生進行課程同步訓練，符合學生認知規律。將知識點溶解到任務的實現中，完成學生對知識的理解和應用，能循序漸進地使學生最大限度地掌握知識。教、學、做三者融合，“教”為指導，“學”為過程，“做”為中心。學生在學了以后立即實施，實施完畢再進行總結，加強了對理論知識的掌握程度，鞏固了知識在腦海中的印象。教、學、做一體化教學模式有利于學生利用教學軟件、仿真軟件等課程資源解決課程疑問，提高學習主動性。2．項目引導，任務驅動化教學模式項目引導，任務驅動化教學模式是在校內維修電工實訓室、機床電氣實訓室及PLC實訓室完成。圍繞“控制線路的設計、安裝、調試和運行維護”這一學習情境，把工作過程分成了8個項目，采取項目引導任務驅動，一步一臺階引導學生自主完成基本電氣控制線路、機床電氣、PLC綜合技能實訓領域的學習過程。在完成職業活動的學習過程中，也逐步訓練和培養了學生系統的工作方法和嚴謹的工作作風，培養了學生具有良好的職業道德、團隊協作能力與溝通能力和較強的工作責任心。教學過程貫徹“學生主體，教師主導”的原則，從教師指導學習教師引導學習學生自主學習。教師的指導作用逐步減弱，學生的主體作用逐步加強［4］。3．基于網絡資源的自主學習這種方法突破了時空的限制，通過網絡教學將學習延伸到課堂之外。我們將課程教學課件、實訓課件和PLC編程軟件與仿真軟件掛接到課程網站。很多時候，學生在課堂實踐中并不能通過一兩次的模仿操作就可以理解操作要領和知識點的，少數學生不能獨立及時完成一次完整的操作任務。因此，反復練習是提高理解和掌握技能的重要手段。

四、評價體系的改革

實踐考核更注重學生的工作過程、職業素養，而非結果。同時，把學生的平時操行納入考核的范圍，對平時表現突出的優秀學生，給予加分；紀律及學習態度不好的，酌情減分。采取以過程考核為主的多元化考核方式的各部分考核所占的比例如下：職業素質考核方法：沿縱向以項目為單元，逐項考核。即在學生完成每個項目的工作任務和實操訓練之后，對學生完成該項目的工作任務過程中的能力給予評價和認定。當本課程全部項目的工作任務和實操訓練完成后，將各項目考核成績累加。橫向重點考核學生能力發展的漸進過程，即隨著學習內容的擴展，評價學生完成工作任務的質量、合作能力及個人素質等，將縱向和橫向的考核成績按比例綜合，即為學生學習本課程的最終成績。

五、結束語