电机控制十篇

电机控制篇1

关键词:步进电机控制系统,插补算法,变频调速,软硬件协同仿真

1引言

作为一种数字伺服执行元件,步进电机具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点,广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。为了实现步进电机的简易运动控制,一般以单片机作为控制系统的微处理器,通过步进电机专用驱动芯片实现步进电机的速度和位置定位控制。

2圆弧插补改进算法

逐点比较插补算法因其算法简单、易实现且最大误差不超过一个脉冲当量,在步进电机的位置控制中应用的相当广泛[1]。圆弧插补中,为了确定一条圆弧的轨迹,可采用:给出圆心坐标、起点坐标和终点坐标;给出半径、起点和终点坐标;给出圆弧的三点坐标等。在算法实现时这些参数若要存放在单片机内部资源有限的数据存储器(RAM)中,如果要经过复杂的运算才能确定一段圆弧,不但给微处理器带来负担,而且要经过多步运算,往往会影响到算法的精确度。因此选取一种简单且精确度高的插补算法是非常必要的。本文提出了一种改进算法:在圆弧插补中,无论圆弧在任何位置,是顺圆或是逆圆,都以此圆弧的圆心作为原点来确定其他坐标。因此只须给出圆弧的起点坐标和圆弧角度就可以确定该圆弧。如果一个轴坐标用4个字节存储(如12.36),而角度用2个字节存储(如45°),则只需要10个字节即可确定一段二维的圆弧。较之起其他方法,最多可节省14个存储单元。现以第I象限逆圆弧为例,计算其终点坐标。如图1所示,(X0,Y0)为圆弧的起点坐标,(Xe,Ye)为圆弧的终点坐标,θ为圆弧的角度。

图1圆弧轨迹示意图

圆弧半径:,

终点坐标:

终点坐标相对X轴的角度:

本系统要求输入的角度精确到1度,输入坐标的分辨率是0.01,单片机C语言的浮点运算能精确到0.000001,按照上面的公式算出的终点坐标,虽存在误差,但这个误差小于1%,能够满足所要求的精确度。

3步进电机的变频调速

虽然步进电机具有快速启停能力强、精度高、转速容易控制的特点,但是在实际运行过程中由于启动和停止控制不当,步进电机仍会出现启动时抖动和停止时过冲的现象,从面影响系统的控制精度。尤其是步进电机工作在频繁启动和停止时,这种现象就更为明显[2]。为此本文提出了一种基于单片机控制的步进电机加减速离散控制方法。加减速曲线如图2所示,纵坐标是频率f,单位为脉冲/秒或步/秒。横坐标时间t,单位为秒。步进电机以f0启动后加速至t1时刻达到最高运行频率f,然后匀速运行,至t2时刻开始减速,在t5时刻电机停转,总的步数为N。其中电机从静止加速至最高运行频率和从最高运行频率至停止至是步进电机控制的关键,通常采用匀加速和匀减速方式。

图2时间与频率的函数图

图3离散化的时间变频图

采用单片机对步进电机进行加减速控制,实际上就是改变输出脉冲的时间间隔,可采用软件和硬件两种方法。软件方法依靠延时程序来改变脉冲输出的频率,其中延时的长短是动态的,该方法因为要不停地产生控制脉冲,占用了大量的CPU时间;硬件方法是依靠单片机内部的定时器来实现的,在每次进入定时中断后,改变定时常数(定时器装载值),从而升速时使脉冲频率逐渐增大,减速时使脉冲频率逐渐减小。这种方法占用CPU时间较少,是一种效率比较高的步进电机调速方法。考虑到单片机资源(字长)和编程的方便,不需要每步都计算定时器装载值。如图3所示,采用离散方法将加减速曲线离散化。离散化后速度是分台阶上升的,而且每上升一个台阶都要在该台阶保持一段时间,以克服由于步进电机转子转动惯量所引起的速度滞后。只有当实际运行速度达到预设值后才能急速加速,实际上也是局部速度误差的自动纠正。

4系统软硬件协同设计

对于51系列单片机的软件开发,传统的方法是在PC机上采用Keil等开发工具进行程序设计、编译、调试,待程序调试通过之后生成目标文件下载至单片机硬件电路再进行硬件调试[3]。这种方法只有硬件电路完成之后才能进行系统功能测试,若此时发现硬件电路存在设计问题且必须进行修改时就会显着影响系统开发的成本和周期。为此,本文采用了系统软硬件协同仿真的开发方法,使得硬件电路实现前的功能测试成为可能。同时硬件电路的软件化仿真为硬件电路的设计与实现提供了有力的保障。其中在KeiluVision2集成开发环境下,实现步进电机控制系统的程序设计、编译、调试,并最终生成目标文件*.hex,而由英国ProteusLabcenterelectronics公司所提供的EDA工具Proteus则利用该目标文件*.hex实现对步进电机控制系统硬件电路功能的测试。

图4步进电机控制系统硬件电路仿真

如图4所示,单片机AT89C55司职步进电机控制器,通过运行在KeiluVision2环境下所开发的程序来控制两个步进电机驱动芯片L298,从而实现对AXIS_X/AXIS_Y两轴步进电机的联动控制。L298驱动芯片的步进脉冲输入信号来自AT89C55P0端口,使能信号ENABLEA与ENABLEB并联接到AT89C55的P3.0、P3.1口,由程序控制实现步进电机的使能,从而避免电机线圈处于短路状态而烧坏驱动芯片。4x4键盘阵列接AT89C55的P1端口,通过程序设计定义每个按键的具体功能。LCD的数据端口DB0~DB7接AT89C55的P2端口,控制端口RS,RW,E分别接单片机的P3.5,P3.6,P3.7口。相关的参数值、X/Y轴坐标值可以通过LCD以文本方式显示。本文采用软硬件协同仿真的方法经过设计à测试à修正à再测试一次次迭代开发,在制作控制系统硬件电路之前即可实现对系统整机功能的测试。待系统程序和硬件电路设计方案最终完善之后便可以实际制作如图5所示的硬件电路。显然该种方法可以显着提高系统软硬件开发的成功率,从而有效降低系统的开发周期和开发成本。

5应用实例

图5即是根据图4进行硬件电路仿真的最终结果所制作的步进电机控制系统电路板。该电路驱动X/Y轴步进电机通过滚珠丝杆带动二维工作台作联动,并由一只铅笔模拟加工刀具将所要加工的二维轨迹描绘出来。

图5步进电机控制系统硬件电路

图6二维模拟工作平台运动轨迹

6结束语

本文在分析了传统的逐点比较插补原理的基础上提出了一种以最少的参数确定一条圆弧轨迹的插补方法。实现了一种有效的步进电机变频调速的方法。采用系统软硬件协同仿真的开发方法,使硬件电路实现前的功能测试成为现实,从而显着改善系统开发的成本和周期。该种方法同样也可以应用于其它类型控制系统的开发。

参考文献

[1]廖效果,朱启逑.数字控制机床.武汉:华中理工大学出版社.1999.3

电机控制篇2

关键词：数控机床；电气控制元件；电气工作原理

1 数控机床

电气控制技术在数控机床上起着非常重要的作用，数控机床是机械设备中机电一体化的一个体现，而它的控制系统又可以叫做CNC系统，数控机床的组成是由数控系统、伺服系统、主轴装置、数控机床的强电系统等，它的组成见图1。

通过图1可以看出CNC系统是整个数控机床的重要位置，是数控机床的控制中心，它是对操作系统中的语言进行分析整合，转化成控制信号，最终实现数控机床的加工。

数控机床和其他普通机床一样，都是主轴作主要的切削任务，而主轴的控制也是需要正反转，可以调速。

对于机床的进给运动，它的区别就是将原有机床的机械驱动变为电气控制驱动，实现自动控制，控制系统是伺服系统，对整个机床的工作台、电机、速度都可以监控，如图2。

在整个伺服控制系统中，主要是对终端执行件的监控，通过监控它们的速度、位置，将它们的信号反馈回来，在伺服系统和CNC中处理后，在对下一步进行指示。

2 电气控制元件

数控机床电气控制元件的选择是对整个机床中所有应用的元件，电动机的选择，在数控机床结构中电动机是最重要的，电动机在负载工作时，电动机的额定功率要大于机床的需要功率：

热电器的选择，热电器是对数控机床中电路的保护，它的选择是通过电动机的电流选择，一般是选择0.95～1.05倍的电动机额定电流。

中间继电器，它是控制整个数控机床电路中传递中间信号的元件，是增加触点数量的元件，它的选择也是通过电动机来选择。

在数控机床控制中，行程开关的应用对整个机床的监控起着很重要的作用，它们也称作限位开关，它们是利用机械运动产生电信号的元件，它主要对数控机床的运动、行程和位置的保护，避免机床运动出规定的区间。

在机床中需要选取信号灯和照明灯，信号灯是对机床监控的反馈，通过信号的提示，来了解机床是否正常，而照明灯是数控机床中必需的元件。

3 电气工作原理

电气控制原理是对数控机床控制的方式的选用，通过整个数控机床的控制方式的解析来理解电气工作原理。在数控机床的控制方式中有开环控制数控机床、闭环控制数控机床，开环控制数控机床没有检测反馈装置，CNC发出的信号不会产生反馈，是单向发出，只是将信号传递给执行元件，这种控制比较简单，系统稳定，闭环控制数控机床也就反过来，它是安装反馈装置，例如同步器、光栅等。

开环控制数控机床的工作原理是操作者将加工信号给机床，数控机床接到指令，将指令给数控装置，数控装置解析后通过驱动电路传给伺服电动机，伺服电动机工作，通过传动机构，将最终工作台运动，实现加工。

闭环控制数控机床工作原理是数控机床接到指令，机床位置调节系统工作，通过伺服放大、伺服电动机、检测工作台的位置，工作台将位置检测信号通过位置测量装置和速度测量装置反馈给位置调节系统和速度调节系统，这两个系统通过这个信号在重新定位工作台，数控机床在进行加工。

上述电路图中工作台正向运动是KM1接触器通电，反转运动是KM2通电，而工作台动作停止是通过SQ1、SQ2、SQ3、SQ4这4个限位开关控制。

4 结束语

随着科学技术的不断发展、现代经济不断的提高，对整个机械制造业的要求也在不断的提升，生产的效率、生产的质量都要有提升、数控机床也随之变得非常重要。数控机床对大批大量生产有着不可或缺的地位。在这频繁开发新技术的过程中，要使数控机床占有一席地位，就必须保证数控机床的自动化程度、电气控制也就必须有设计高度，保证数控机床的先进性，达到降低人工劳动力，实现生产的自动化。

参考文献

[1]杨林建.机床电气控制技术[M].北京理工大学出版社，2008.

[2]祖国建.电气控制与PLC[M].华中科技大学出版社，2010.

电机控制篇3

关键词：机电控制；系统；控制方式；研究

自动控制技术在现代科学技术的许多领域中起着越来越重要的作用，随着科学技术的发展进步，机电控制系统的发展也经历了由简单的控制到现代化、科技化的控制方式的转变过程。上个世纪末期，随着第三次科技革命的进一步发展，出现了由数控机床、工业机器人、自动搬运车等组成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线―柔性制造系统（FMS），它是实现自动化车间和自动化工厂的重要组成部分，实现了机电控制技术的飞跃。当前的机电控制系统主要是由控制部分、检测部分、机械部分、执行部分等四个主要部分组成。

1 机电控制系统的工作原理

机电控制系统主要是由控制部分、检测部分、机械部分、执行部分等四个主要部分组成。操作人员将产品加工信息输入到控制计算机，计算机发出启动命令，启动驱动元件运转，带动执行机构进行加工。测量元件实时检测加工状态，将信息反馈到计算机，经计算机分析、处理后，发出相应的控制指令，实时地控制执行机构运动，如此反复进行，自动地将工件按输入的加工信息完成加工。机电控制技术是基于机电一体化系统而生成的一种基础性控制技术，在其控制活动中，机电控制的主要任务在于通过采取有效的控制方式，使得被控制对象的控制值能够达到预定的标准值。在实际操作过程中，这一目的的实现就要依靠专业机电传感装置来实施其监察效能。

2 机电控制系统中的基本控制方式

机电控制技术是基于机电一体化系统而生成的一种基础性控制技术，该技术的主要操作任务在于采取有效的控制方式，使得被控制对象的控制值能够达到预定的标准值。在实际操作过程中，这一目的的实现就要依靠专业机电传感装置来实施其监察效能。具体来说，机电控制系统主要包括以下几种控制方式。

2.1 开环式控制方式

开环式控制方式主要是基于机电控制系统的控制通道而实现的一种控制方式。一般来说，在系统控制过程中，直接参与控制活动的信息主要来自于给定值、干扰变量、受控值三条信息通道，而经过信息通过的两支信息则成为系统开展控制活动的基本依据。开环是控制方式通过在系统的控制装置和受控对象之间建立以有机联系，进而形成一种顺向的作用，使得信息通道内的给定值信息与受控值信号都呈现出单向传递的作用方向。而基于开环式控制方式的控制系统则被称为外环控制系统，其优势在于通过对系统的输出量进行有效限制，从而降低了系统遭受负面影响作用的风险。

2.2 反馈式控制方式

反馈式控制方式是机电控制系统中最为基本、应用范围最广的一种系统控制模式。在反馈控制系统中，系统中的控制装置往往容易对受控对象施加较为明显的控制作用，在这种控制过程中起到关键性作用的反馈性信息主要来自于受控对象的受控值，系统通过对受控值所出现的偏差进行不断地休整和控制，最终强化对受控对象的控制作用。反馈式控制方式与人体活动规律实际上具有异曲同工之妙，人在进行日常行为活动时，在完成一些常见举动之机电控制系统的控制方式分析在机电控制系统的控制活动中，其主要活动目的在于采取有效的控制方式，使得被控制对象的控制值能够达到预定的标准值。在实际操作过程中，这一目的的实现就要依靠专业机电传感装置来实施其监察效能。文章拟通过论述机电控制系统中的控制方式及其基本要求，将机电控制系统的执行装置的活动落到实处。

2.3 复合式控制方式

复合式控制方式是一种较为复杂的系统控制模式。一般来说，反馈控制装置只有在系统外部因素受到明显干扰的情况才能进行及时的信息修正工作，而一旦外部干扰较小或未有影响的情况发生，反馈控制的方式则无法顺利实现，偏差修正工作无法完成。针对这一问题，复合式控制方式不仅仅将外部干扰因素纳入到可测量的环境当中，而且还将多个干扰因素的系统补偿效果也纳入了控制系统当中。通过在相应装置中设置好相应的补偿装置，实现系统的实时扰动控制。只有建立了行之有效的反馈控制系统，才能针对系统在运行过程中可能出现的诸多扰动因素所造成的信息偏差情况进行及时地控制和干扰补偿。

3 实现机电控制系统控制的基本要求

3.1 对控制方式的基本要求

根据受控主体的不同，机电控制系统实际上又可以分为手动控制与自动控制两类。其中手动控制是通过操作人员自身的判断和操作来进行系统控制，而自动控制则是在人员无参与或者少参与的系统操作环境中，相关控制设备器材依据已设立好的标准参数所进行自动化规划处理的运行状态。而后者是当前机电控制领域的未来发展方向和重要研究课题。因此，要实现机电控制系统控制，首要的要求在于不断推动机电控制系统自动化的进程。实现这一目标离不开相关科学技术的发展创新，同时也离不开相关技术人员专业技能和个人综合素质的提高。只有基于高水平的自动化系统控制技术，才能使得自动化了的机电控制系统能够在实际工作活动中处理更多更为复杂的系统控制任务，才能真正地形成以控制系统为核心的联合控制结构。

3.2 对控制系统的标准化要求

由于在机电控制系统的控制过程中，控制系统的具体组织结构、设定参数都需要进行标准化地确定，某些典型信息输入系统之后，其受控值应当根据应用参数与标准得到准确的控制。这就要求在系统组成过程中，受控值的变化控制操作要严格遵循稳定性、快速性、精准性等基本原则。稳定性主要指的是机电控制系统在进行正常工作时，需要保障系统的基本稳定作用，当受控值与期望值的偏差较大时，控制系统能够将受控值及时地拉回到标砖范围之内，并且将其逐渐接近与消除状态，即经过一段时间后，偏差期望值的受控值能够迅速地恢复到初识期望值水平。

3.3 对控制系统的快速性要求

快速性主要指的是在系统的控制作用下，受控值能够及时高速地被控制，并在较短的过渡时间里得到调整。精准性包括两方面的含义，即受控值的精准和期望器的精准。期望值的精准即指初始期望值的范围设定是设计人员依据相关设定程度与操作所严格得出的标准数据，而受控值的精准则指受控值在受到系统控制修正作用时，能够进行数据信息上的准确修正。针对数据变化的具体原因进行相应的修正操作，在确保受控值不断接近期望值的同时，也尽量做一些微观上的处理和操作，从而将系统控制能力发挥到最高水平。

4 结束语

具体来说，机电控制系统主要包括开环式控制方式、反馈式控制方式、复合式控制方式等多种方式。而言实现机电控制系统控制，就要求相关部门和技术人员不断推动机电控制系统自动化的进程，要求在系统组成过程中，受控值的变化控制操作要严格遵循稳定性、快速性、精准性等基本原则。只有针对具体的机电控制方式提出相应的控制要求和设计规划，才能真正实现机电控制系统的创新发展，才能为相关企业部门带来巨大的经济效益。

参考文献

[1]苏洁.机电控制系统的控制方式分析[J].电子技术与软件工程，2015（11）：170.

[2]夏文娟.机电控制系统的控制方式分析[J].科技视界，2015（1）：274.

电机控制篇4

【关键词】模糊控制 PID 单片机 直流电机

【中图分类号】TP273.4;TM33 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）17-0230-02

引言

在直流电机的控制过程中往往具有不确定性和非线性，难以建立精确的数学模型，采用常规PID控制算法难以达到理想的控制效果。系统设计结合模糊控制算法，按模糊控制理论建立模糊控制规则并求出模糊控制表，根据提取到的直流电机采样信息查询模糊控制表来对电机进行速度与转向的控制。

1、直流电机控制系统

系统选用STC12C5A60S2作为主控芯片，用以完成对系统执行机构的控制、信息处理和直流电机的控制。在窗帘机的应用上面，直流减速电机可精确控制，又能弥补步进电机无电状态下不能转动的缺陷。采用L298N驱动直流电机，利用PWM调制与使能变换的方式可进行电机调速与变向。控制窗帘开合的过程中同时检测光电开关的状态，以确定当前窗帘/窗户的状态。通过对电机角速度的采样分析，利用单片机进行信息处理并优化控制。

2、PID控制

按偏差信号的比例、积分和微分进行控制的控制器称为PID控制器，其控制规律成为PID控制算法。如图1所示，给定值与输出值的偏差e（t）的比例、积分和微分线性组合，形成控制量u（t）的输出。

式中：u（t）-控制器的输出 Kp -控制器的比例系数。

Ti-控制器的积分时间常数。 Td-控制器的微分时间常数。

e（t）-控制器输入，给定值和被控对象输出值的差，称偏差信号。

PID控制器中的比例环节、积分环节、微分环节的参数都必须选取适当，否则也会使系统不稳定。（1）比例环节能迅速反映偏差从而减小偏差，控制作用强弱取决于Kp。Kp越大，则过渡过程越短，稳态误差也越小;但Kp越大，超调量也越大，越容易产生振荡，导致动态性能变坏，甚至会使闭环系统不稳定。（2）积分环节：只要存在偏差，积分的控制作用就会不断积累，输出控制量以消除偏差。但积分作用太强会使系统超调加大，控制的动态性能变差，甚至会使闭环系统不稳定。（3）微分环节：微分控制有助于减小超调量，克服振荡，提高系统的稳定性，但会使系统抑制干扰的能力降低。微分部分的作用强弱由微分时间Td决定。Td越大，抑制e（t）变化的作用越强;Td越小，反抗e（t）变化的作用越弱。

PID控制系统的连续时间信号经过采样和整量化后，变成的数字量无论是积分还是微分都只能用数值计算去逼近。因此PID控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。当采样周期相当短时，用求和代替积分、差商代替微商，使 PID 算法离散化，将描述连续时间 PID算法的微分方程，变为描述离散时间 PID 算法的差分方程，即为数字PID 位置型控制算式。

其中Kp、Ki、Kd分别为比例、积分、微分系数。

PID控制在稳定性、响应速度、超调量和稳定精度方面都体现很好，其适应性强，适应各种控制对象。但参数的整定是PID控制的一个关键问题，动态特性不太理想;PID控制不具有自适应控制能力，对于时变、非线性系统控制效果不佳。当系统参数变化时，控制性能会产生较大的变化，控制特性可能变坏，严重时可能导致系统的不稳定。

3、模糊控制

模糊控制是以模拟集合论、模拟语言变量和模拟推理为基础的一种智能控制方法。它模拟人的思维推理过程，构造一种非线性控制，以满足复杂的、不确定的过程控制需要。

模糊控制器的控制规律由程序实现。首先根据采样值得到模糊控制器的输入量并进行量化处理;量化后的变量进行模糊化处理，得到模糊量;根据输入模糊控制量及模糊控制规则，按模糊推理合成规则计算控制量（输出的模糊量）;对模糊输出量进行模糊化处理，得到控制量的精确量，并进行输出量化处理，得到实际控制量。

3.1模糊控制器的设计

模糊控制器的设计包括四个层面：模糊控制器输入输出量的确定、输入输出变量模糊集合和隶属函数的确定、模糊控制规则表、反模糊化处理求取输出控制量。

在模糊控制器中，模糊控制规则表是系统控制自整定最重要的环节。变量包括系统偏差e和偏差变化率ec、输出控制量u。根据系统输出的偏差及偏差变化率趋势来消除偏差，得到模糊控制规则。

通过模糊控制规则表的查询，反模糊化处理可求取精确的输出控制量。

3.2自适应模糊控制算法

模糊控制与PID控制结合构成模糊PID控制。PID控制的关键是参数的确定，自适应模糊控制算法是用模糊控制来确定PID参数的，也就是根据系统偏差e和偏差变化率ec，用模糊控制规则在线对PID参数进行修改。先找出PID各个参数与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，再根据模糊控制原理来对各个参数进行在线修改，以满足在不同e和ec时对控制参数的不同要求，使控制对象具有良好的动、静态性能，且计算量小，易于在单片机上实现。

根据参数Kp、Ki和Kd对系统输出特性的影响，可归纳出在不同的e和ec时，被控参数Kp、Ki和Kd的自整定要求，从而可得模糊控制规则的语言描述为：

不同的偏差e和偏差变化率ec，对PID控制器参数Kp，Ki，Kd的整定要求不同。

电机控制篇5

关键词：电气控制高炉；助燃风机；电气控制

一、电气控制说明

电气控制指的是通过控制电气设备的电压、电流、频率、通断、连锁、速度等，完成工艺过程的动作要求。对于工艺过程程序及功能相对固定的机电设备，我通常采用继电接触控制。

机电设备电气控制基本原理是，通过电器控制线路，即由各种有触电的接触器、继电器、按钮、行程开关等按不同连接方式组合而成的控制系统，实现对机电设备的启动、正反转、制动、调速和保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。常见的基本控制线路有：点动控制线路、正转控制线路、正反转控制线路、位置控制线路、顺序控制线路、多地控制线路、降压启动控制线路、调速控制线路、制动控制线路。

电气控制除了在满足生产工艺，控制电压的要求的同时，必须要考虑控到制电路工作的安全性、可靠性，便于操作、维修和电路简明等一系列的问题。

二、改造措施

1、变频器闭环控制改造

变频控制系统原设计仅有变频器电流内反馈闭环控制，电机抗扰稳速性能差，是减速机产生剧烈晃动的原因之一。国内同行如天铁集团采用的是带编码器速度反馈的速度闭环控制，其每台电机通过编码器将速度反馈给变频器，当负载变化影响电机转速时，变频器能够很好的调整输出，保持电机恒速，使电机具有良好的抗扰稳速性能。但目前的现状是，电机未设计编码器接手，安装编码器必须全部更换新电机，而且型钢炼钢厂建设时未严格按照变频器EMC导则进行设计施工，电机距变频器距离长，信号线、电机线混放且接地系统不完善，改造使用编码器速度反馈可能存在强烈的信号干扰，埋有更大的事故隐患，因此采用待编码器反馈的速度闭环控制不适合应用。经过反复研究变频器功能图，结合现场实测，在输出频率5Hz以上时变频器内部检测的速度反馈值与实际电机速度差别不大，完全可以用变频器自身检测的速度反馈代替编码器速度反馈，实现速度内反馈闭环控制。因现场基本用不到5Hz以下的运行频率，速度内反馈闭环控制完全可以代替速度外反馈闭环控制，且实际应用效果良好。

2、西门子矢量型变频器初始化参数优化

要消除高速制动，首先必须将保证电机速度减速至接近零速时控制抱闸抱死，同时还必须避免减速时间过长导致炉子停不住产生下滑现象。研究变频器矢量大全中关于减速功能方面的参数设置，P464减速时间的设置对减速快慢起决定性作用。但在实际调试过程中，无论如何修改减速时间的大小，实际减速时变频器并未按设定曲线减速，而像是自由停车，即系统不能实现设定的减速时间。经过系统排查分析，我们人为变频器本身不存在硬件问题，变频器减速时间不起作用的原因应该与变频器初始化参数设置不正确有关。因此将电机全部脱开，重新做电机自学习，对变频器初始化参数进行了重新优化。电机辨识及优化功能全部实现后，将电机连接上减速机，带负载进行调试。调试结果显示，变频器可以正常按设定减速曲线减速，功能良好。经过反复试验，将变频器P464减速时间设定为1.5S，实际动作时，电机从最高速开始停车，减速至接近零速的时间为1.5S以内，完全满足控制要求。

3、优化抱闸控制程序

重新设计PLC抱闸控制程序，要求抱闸得电条件为一主两从变频器抱闸打开信号输出；抱闸失电条件为一主两从变频器抱闸打开信号取消或有停止信号后PLC延时3S强制抱闸失电。程序修改后抱闸动作条件全部交给变频器分析判断，为提高系统可靠性，变频器控制抱闸信号未直接控制抱闸接触器动作，而是首先接入PLC，经过PLC分析必要条件满足后再输出控制抱闸接触器。PLC保留紧急情况下急停功能和变频器停止后延时3S强制抱闸失电功能，确保在异常情况下抱闸可靠抱死。设置合适的变频器抱闸控制参数，并调试满足设备平稳运行的要求，启动：阀值选择力矩参数，阀值力矩值必须设置准确，既要杜绝各个位置启动发生点头还要保证启动无冲击，经过反复调试选择力矩阀值为5%额定值，延时时间为0S；制动：阀值选择速度参数，理想状况下速度阀值为零速，但考虑抱闸制动过程有时间，速度降落时力矩要保持满力矩防止下滑，因此速度阀值的设定必须慎重，经过反复试验和分析历史曲线，选择速度阀值为7%额定值，可以保证制动轮停止的同时抱闸可靠抱死。

4、改变变频器主从控制方式解决电机速度不同步

改造后抱闸失电抱死时，变频器速度反馈值已降低至很小，现场观察基本接近零速，但存在的问题是制动时明显可以观察到有的电机对轮要反转一下，减速机仍然有较强烈震动，由改造前的纵向衰减震动变为了横向振动，对减速机冲击仍然十分大。经过分析，从曲线也可以看到，减速期间电机速度不同步，特别是有的电机速度还反向，这是造成电机反转、减速机横向振动的根本原因。

速度不同步的原因分析是由于变频器固定采用主从控制方式，主变频器为速度控制，从变频器跟随主变频器是力矩控制，即变频器力矩始终保持一致，而速度不受控。正常转动期间因电机相当于同轴连接，因此速度可以保持基本一致，但在制动减速期间，因载荷变化剧烈，电机减速特性不完全相同，因此若仍然采用力矩同步控制，必然导致速度不一致现象发生，在不同载荷的情况速度不一致的程度不尽相同，反映到负荷端，即发生上述异常现象。要消除此现象，只能从改变变频器主从控制方式入手，曾做试验取消变频器主从控制，电机全改为速度控制，电机力矩不受控产生的严重后果是电机不同步导致变频器频繁过流故障，无法正常使用。经过研究变频器矢量大全，制定了可靠的解决方案：取消各台变频器固定的主从参数设定，改为由PLC通讯控制字控制；编写PLC程序自动判断炉子进入减速制动状态，从变频器控制字相应位置0，变频器自动切换为速度控制；程序自动判断制动结束，将从变频器的控制字相应位置1，主变频器控制字状态保持不变，变频器自动切换回主从控制方式。按此方式改造，启动及运行期间主从控制方式保证电机力矩同步，减速期间速度控制方式保证电机速度保持一致，彻底解决了制动时电机速度不同步的现象，减速机停车制动变得十分平稳，高速停车时减速机也无振动现象发生。

结束语

机电一体化是现代工业发展的总趋势，目前国内的机电一体化工作已初具规模，但在很多方面还应加强重视和改进。高炉助燃风机电机电气控制对于设计出高效能、低造价的现代化设备，有效利用其特点和效能有重要意义。

参考文献：

[1]陈伯时.电力拖动与自动控制原理[M].机械工业出版社，2002.

电机控制篇6

本系统拟选用的主控制器为TMS320F28335，其具有150MHz的高速处理能力，12位16通道ADC，具备32位浮点处理单元，有多达18路的PWM输出，其中有6路为TI特有的更高精度的PWM输出(HRPWM)。本系统中正是使用了其独立的PWM模块产生脉冲信号。因课题需要精确定位故选用控制精度为1.8°的42步进电机实现装置推动，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件，其结构图如图2所示。从理论上讲，步进电机的驱动方式只需通过循环改变定子线圈励磁就能实现，但是由于电机对电路驱动能力要求高，故本系统采用外接驱动芯片A3977，A3977细分驱动器采用高性能的专用微步距电脑控制芯片，其含内置转换器的完整的微步电动机驱动器。只需在一个步进输入一个脉冲即可驱动电动机进行一个步进，通过两个逻辑输入确定所处的全、半、1/4或1/8步进模式。其内部同步整流控制电路用来改善脉宽调制(PWM)操作时的功率消耗，并且该芯片可以自动地控制其PWM操作工作在快、慢及混合衰减模式。本驱动芯片设置为全步模式，其采用共阴接法en使能，dir控制方向，step信号接收脉冲信号，信号的频率决定转速，脉冲的个数控制电机的步进距离。系统的总体硬件图如图3所示，上位机对信号采集后通信DSP，使DSP产生相应的控制信号输给连接好42电机的步进电机驱动器A3977SED，控制电机的运行完成系统控制目的。

2系统软件设计

本系统的软件设计拟从两方面展开：1PWM脉冲的产生设计，2步进电机的控制方式设计。2.1PWM脉冲序列的产生PWM是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。本系统采用DSP产生脉冲序列，DSP28335共12路16位的ePWM，能进行频率和占空比控制。PWM信号频率由时基周期寄存器TBPDR和时基计数器的计数模式决定。初始化程序采用的计数模式为递增计数模式。在递增计数模式下，时基计数器从零开始增加，直到达到周期寄存器值(TBPDR)，然后时基计数器复位到零，再次开始增加。2.2步进电机的控制本系统设计了手动和自动两种控制方式，手动模式主要运用于对自动化和控制要求不高的场合，通过按键实现电机的步移、加减速、正反转和启停。自动模式运用于对自动化程度、控制精度要求高的工况。针对实验室项目，本系统采用的控制方式主要为自动模式。上位机上电后即开始检测实验室装置（流量传感器）输出信号，通过与事先设定好的两个阈值A和B(B>A)进行比较，当信号强度为零时电机推动传感器高速循环扫描现场直到信号强度大于阈值A时，系统判断为粗调成功。此后系统进入微调阶段，电机进入低速运行模式，传感器低速移动直到信号强度大于或者等于B强度时系统控制电机停止运行。系统的控制流程图如图5所示。在本系统中针对不同的工况设计的两个信号阈值为程序设计中的周期寄存器提供了设置依据，因实验室系统对精度要求较高，故周期寄存器设置的初值都较大从而使Fpwm的值较小，电机的转速也相应较低。在本系统中选用EPWM2B端口输出PWM的脉冲，GPIO1控制电机转动方向，GPIO2控制电机的启停。

3系统调试分析

3.1PWM脉冲调制分析图6为DSP输出的脉冲波形和其相对应的参数，通过修改参数值可以实现对脉冲频率的改变，并且可以通过DSP的点对输出控制电机的运行。通过调试分析能够很好地实现实验目的，持续地改变电机的运行状态。3.2控制精度调试本系统采用电机推动丝杆移动装置。丝杆采用的是滚珠丝杠，其为一种将回转运动转化为直线运动的理想的产品。本系统选用的电机的最小步进角为1.8°故控制精度调试实际就是丝杆精度的调试，本系统选用的丝杆的额定扭矩为4N.m，最小角位移对应线位移为10μm。系统总体调试：现阶段系统调试结果为通过按键和程序控制能够很容易地实现电机的运行，能够通过计算得出电机的运行角速度并送液晶屏显示当前过程量。连接好丝杆的电机能够实现对传感器的推动。通过上位机对传感器信号强度的实时监测，系统能够基本满足设计目的，即系统能自动并有效地进行最佳信号点的检测，达到对物块的精确定位。

4小结

电机控制篇7

关键词：步进电机、脉冲、控制

分类号】：TM383.6

1. 步进电机概述

步进电机是电机家族的“婴儿”，20 世纪 60 年代早期才开始流行。最初构想是作为昂贵的位置控制应用中伺服电机的低成本替代产品，而新兴的计算机工业迅速将其采用到外设应用当中。步进电机的主要优势在于能提供开环位置控制，而成本只是需要反馈的伺服系统的几分之一。

在过去，步进电机有时被误称为“数字”电机，因为它们常用正交方波驱动。但是，对这些电机的这种狭隘看法常常会在以后的项目开发过程中导致大难题。步进电机像其它磁“模拟”电机一样产生扭矩。多数步进电机的阻尼因数很低，导致一定步频下的欠阻尼运行和对谐振问题的敏感度。虽然步进电机有很多的不足但是因为其有成熟的技术和稳定的性能再加上高的性价比，在制造、玩具等领域得到了广泛的应用！

2.步进电机的工作原理

步进电机的转动的位移是由电机的控制系统发出的脉冲来决定的。简单的讲就是：控制系统发射一个一个脉冲信号给电机的驱动器，电机就会按照特定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。而脉冲个数和发射的频率用控制步进电机的位移和速度，两者的结合就可以达到控制电机的目的；在额定负载状况下，电机的速度与位移是由脉冲信号参数决定的，与所受负载变化的没有关系，意思是给电机一个脉冲，电机就对应的转过固定的角度。

大多数步进电机的线圈是由三相组成的即A、B、C三相。工作时是靠不同相轮换通电来完成电机磁场的变化继而实现电机的转动。例如，当A相通电，其它两相不通电时，根据法拉第磁场定理，齿1与A对齐。以此类推，给B相通电时，其它两相不通电时，齿2应与B对齐，这时转子向右移过1/3て，而这时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。当C相通电时，另两相相不通电时，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て。

3.PLC对步进电机的控制

1）控制原则：步进电机所能达到的不失步的最高频率就是“启动频率”；与此类推，当控制系统发出停止信号步进电机能停到预定位置的最高步进频率称为“停止频率”。同时电机各个参数的设定还要考虑到电机负载的转动惯量，只有电机的参数与负载得的转动惯量相适应才能对电机进行有效准确的控制。选用PLC控制步进电机时，应事先对系统的脉冲当量、脉冲频率上限和最大脉冲数量有一定的了解，这样才能选择性价比高的PLC及其相应的功能模块。PLC高速脉冲输出时需要的频率的确定是通过系统的脉冲频率决定的，而PLC的位宽是通过系统脉冲的数量来选择的。

2）转速控制：电机的转速是由驱动器的脉冲频率决定的。

当相邻脉冲的间隔发生变化时，控制ABCD四相绕组的控制时序也将相应的发生改变，这就是通入电机绕组的速率发生改变进而使电

机转动的速度发生改变，所以调节输人脉冲的速率是控制步进电机速度的一种有效的方法。

3）步进电机转动方向的控制：步进电机方向的改变是通过调节

步进电机各绕组的通电顺序来改变的，例如以三相单三拍步进

电机为例，当其线圈的通电时序为A-B-C时电机正转；当绕组的通电顺序为A-C-B顺序时电机反转。

4）步数控制：步进电机的角位移与输给驱动器的脉冲的数量成正比，脉冲越多则电机位移越大。因此可以根据步进

电机的输出位移量确定PLC输出的脉冲个数，即可实现对步进

电机的步数控制。

n =L/δ

式中L为步进电机的输出位移量（mm），δ为机构的脉冲当量（mm/脉冲）。

4.PLC控制系统

1.）驱动电路

通过对步进电机工作原理及工作方式的研究可知，准确控制输给步进电机脉冲的数量与频率是PLC控制步进电机的关键。而PLC发产生的

脉冲信号是弱电，其提供的信号不能直接驱动步进电动机，因此在设计PLC控制步进电机的电路时还得设计配套使用的驱动器用来实现步进电机的控制。

2.）步进电机的PLC控制方法。

转速控制：由脉冲发生器产生不同周期T的控制脉冲，通过脉冲控制器的选择，再通过环形分配器使三个输出继电器YO，Y1，Y2按照单拍的通电方式接通。（2）正、反转控制：通过正、反转驱动环节（调换相序），改变YO，Y1，Y2接通的顺序，以实现步进电机的正、反转控制。（3）步数控制：通过脉冲计数器，控制单拍时序脉冲数，以实现对步进电机步数的控制。

4.PLC控制步进电机所要面临的问题

这些问题常常使步进电机比其它电机拓扑更难对付。多数步进电机采用双凸极设计，转子和定子结构上均有齿。如同 BLDC 或 PMSM

电机，永久磁性位于转子上，电磁包含在定子中。多数设计包含 2 个定子相位，由正交相位信号独立驱动。驱动这些相位有许多方法，包括全步进、半步进或微步进，取决于使用的控制技术。每种情况下都会确定子磁通矢量，转子上的磁性将尝试与该矢量保持一致。由于转子和定子的齿数不同，产生的移动或步进可能极小。对齐之后，定子电流立即按这种方式发生变化，以增加定子磁通矢量角度，从而使电机移动到下一个步进。由于多数应用中没有位置反馈，转子磁通可以与定子磁通保持一致，这会产生无助于电机运行的定子电流。因此，步进电机没有其它常用电机那样有效。由于多数步进电机的步进角相对较小，因此不是高速应用的最佳选择。某些应用需要定子电流来完全更改每个步进的极性。与定子线圈关联的电感通常会阻止这

种变化，电流达到新水平需要一段时间。步频较高时，电流再次变化之前可能无法完全达到稳定状态值。因此，驱动相位的电压必须以更快的速度增加，以使电流变化更快。但最终会达到增益递减点，此时就无法再进行高速运行。如前所述，步进设计因其固有的低阻尼因数，常常受到共振问题的困扰。这会增加可闻噪声，严重情况下还会导致错误步进。为了消除这些问题（并增加步进分辨率），步进绕线通常使用正弦波形驱动，而非方波。这时，电机称为微步进。在微步进应用中驱动步进的一种常用方法是，将每个线圈置于单独的 H 桥电路

中，然后利用处理器中的 PWM 调节正弦波形。但设计者必须记住，增加步进分辨率不一定会增加步进精度，尤其是在开环应用中。

正是步进电机本身的不足，给PLC控制电机系统的设计带来很多的难题，需要以后逐步的克服。

小结

本文通过对步进电机工作原理及PLC对其控制方法的研究，总结了PLC控制步进电机的一些方法和指导原则，这将对步进电机的高效利用起到促进的作用！

参考文献

[ 1] 张万忠. 可编程控制器应用技术[M] . 北京： 化学工业出版社，2001.

[ 2 ] 郑瑜平. 可编程控制器[M] . 北京： 北京航空航天大学出版社，1997.

[ 3] 上海乐兹科技发展有限公司. 三菱微型可编程控制FX2N 编程手册[ Z] . 上海： 上海乐兹科技发展有限公司， 2005.

电机控制篇8

1 电气控制柜的设计

在本设计中，组合式加工机床的电气柜中装配的电子设备主要包括：LG变频器（两个），欧姆龙CQM1H型可编程逻辑控制器（PLC）一个。主轴电机使用18．5kw容量的变频器进行控制，而主轴箱走刀电机和主轴箱快速电机以及立柱行走电机使用5．5kW容量的变频器控制。而且在操作站与组合式加工机床的电器柜之间的传输方式使用了总线式传输方式，并且使用插头连接手控操作站、床身分线盒和控制柜，因此不但大量的减少了控制电缆的数量，而且方便工作人员进行维护、检修和移动等工作。电器柜的柜门上分别安装了电源启动/停止控制按钮以及两个电机转速显示表，方便工作人员对主回路电源进行控制。在电器柜的内部，通过空气开关、变压器、继电器以及接触器等大量电器设备进行多级保护。为了防止PLC被电路故障或其他原因损坏，因此，接触器需要通过继电器对PLC进行控制。

2 可编程逻辑控制器（PLC）程序设计

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC），是一种通过进行数字运算实现具体操作的电子系统，是现代工业的核心控制部件。本设计采用可编程逻辑控制器是OMRON（欧姆龙）公司的CQM1H型PLC控制器，可编程逻辑控制器（PLC）在组合式加工机床控制电路中，主要不但需要接收来自限位开关的信号、按钮控制信号、空气开关监控信号、电机过载信号、变频器保护信号等来自外部的信号，还需要接受指示信号、输入变频器控制信号以及输出变频器控制信号等。因为按钮控制信号以及指示信号在实际生产中，与组合式加工机床的控制柜距离比较远，因此本设计对控制柜进行连接控制时，采用了欧姆龙总线链接模块（B7A）实现，并且将操作站模块通过两芯电缆或者三芯电缆连接到PLC链接模块。本设计使用OMRON（欧姆龙）公司的CX-programmer软件实现编程功能，这样可以方便工作人员或技术人员对所有的点进行实时监控，帮助工作人员准确的了解每个点的运行状态，以便在实际生产工作中根据情况进行实时调试。

3 组合式加工机床变频器参数调整

本设计中，组合式加工机床的电器柜里面的需要配置两台变频器，其中一台变频器单独对主轴进行控制，另外一台变频器连接接触器，对主轴箱走刀、速度电机以及立柱行走电机进行控制， LC变频器根据需要设置分为“功能组1、功能组2、驱动组、输入＼输出组（I/O组）、通讯组（选项组）、外部组、应用组”，并且将这七组参数设置成出厂缺省参数设置，并且提供相关功能，方便工作人员根据具体工作需求对部分参数进行更改。

3.1 变频器基本参数的设置

LG变频器是组合式数控加工机床电气控制系统的核心部件，因此变频器的参数设置将直接影响组合式数控加工机床的工作性能。在对变频器的基本参数进行设置时，应该首先对电机功率进行设置和选择，或者参考变频器的型号对电机功率进行选择。

3.2 特定功能的应用

组合式加工机床工作台（立柱）的传动轴以及主轴箱是不同的传动轴分别是不同的轴，在实际工作中，为了实现电机可以满足所选定的轴的工作状态和需求，因此需要应用第二电机功能参数，根据不同的情况或需求设置相关的参数，实现对所选轴的控制。第二参数功能具体的配置和使用方法如下：工作人员首先任意选择一个多功能端口，并且设置对应的输入/输出参数（I/O参数），将这个设置好的端口保持在激活状态下，然后进行启用第二电机功能操作。在对参数进行设置时，具体的参数包括：“第二电机加速时间、第二电机减速时间、第二电机转折频率、第二电机V/F方式、第二电机正转矩补偿、第二电机反转矩补偿、电子热保护等级（一分钟）、电子热保护等级（连续）、第二电机额定电机电流”。因为主要由加工轴控制工作台（立柱）的行走，因此在低速动作阶段时，需要较高的转矩，所以在工作中采用用户V/F方式进行控制，工作人员可以最大频率与0的范围内，对四个点进行设置，根据具体需要设置不同电压，通常情况下，会将较高输出电压设置为第一个点，这样可以保证较高的输出转矩。

4 结论

在本文设计的组合式数控加工机床电气控制设计中，电气控制系统中的核心部件是两台LG变频器。因此，这两台LG变频器的具体参数设置和相关参数调整，将对合式数控加工机床的工作效率、加工精度和整体性能产生直接影响。其中一台LG变频器主要负责控制三台电机，这三台电机分别作用于两个轴。而且在该设计中，为了读一不同的电机进行有效的保护，采用了第二电机的相关功能，根据具体情况设置了相应的参数，实现了对不同的电机的进行分别保护的功能。在组合式数控加工机床的工作台（立柱）控制中，本设计采取的控制方式为用户V/F控制方式，使组合式数控加工机床在实际生产加工时操作更加方便灵活，可以很好的满足单位的生产需要。另外，在本设计中的传输方式采用了总线式传输方式，使用一根10芯的通讯电缆实现控制信号的传输，因此大量的减少了连接在电器柜与控制台之间的电缆数量，这样可以方便单位根据具体的情况和生产需求移动，不但减少了成本，而且方便工作人员进行调整和维护，有效的提高了组合式数控加工机床的整体工作性能和实用性。通过实验分析和实际应用反馈，该设计有效的提高了组合式数控加工机床的工作效率，完全达到了设计要求，可以为工作人员和设计人员在以后的组合式数控加工机床电气控制设计工作中提供参考和帮助。

参考文献

电机控制篇9

关键词：机电一体化；电机控制

中图分类号：TH-39文献标识码： A

一.机电一体化的发展

机电一体化在20 世纪70 年代是初始研究探索的时期，此阶段研究者通过尝试各种科学试验来提高机电器械的运作效率和质量。尤其在第二次世界大战时期，战争促进了电子技术与机械的相互渗透融合，当时目的是为了战争服务，而战争结束后技术优势和特点逐渐转为为民众服务。加快了使用地区人民生产生活回归正常轨道。但由于尚处于技术发展的初级阶段，性能和质量并不是特别完善，而适合产业发展的外在环境条件尚不充分，因此其进一步发展受到局限。后来网络通信技术和控制、传播技术的推广带来微型计算机和集成电路等技术的使用等成为了电子技术和机械技术相融合的前提性条件甚至决定性条件，对促进机电一体化事业功不可没。90 年代以后，机电一体化的发展出现新的进程，有一下两点：第一，学术界同仁始进一步关注机电一体化进程的研究，由此扩展出新的相关学科和研究重点，如出现了光机电一体化以及微机电一体化等等;第二神经网络技术、光纤技术等新的研究对象兴起后为机电一体化技术的推广传播提供了技术等方面的支持。

二．机电一体化的电机控制与保护

机电一体化的电机控制与保护简单来说就是对自动化机械的相关组成部分的保养，这在机电一体化中起着至关重要的作用, 只有将机电一体化相关组成部分保养好才能使机械在工作中更好的发挥作用。电机的控制与保护深的国内外的重视, 是促进机电一体化发展的一个重要举措，无论对企业和个人都有着非常重要的作用。实现机电一体化的电机控制可以节省电力减少能耗, 并且节省经费, 可以使机电一体化更好的服务与企业和个人。机电一体化虽然是一项有着国际意义的重大举措, 有着良好的发展前景, 但目前在发展中也有很多不足需要加以完善。机电一体化在实际应用中电机控制与保护存在的问题，具体分析如下：

1.井下机电设备的应用存在的问题

在井下机电设备的应用中对电机的控制与保护还存在着很多弱点，如鼠笼式异步电机属于电机控制与保护中最薄弱的环节，此环节应用不当所引起的电机运行故障很多，约占整个电机设备故障的一半以上。因此，有关人员必须要将井下的电机设备的电机控制与保护重视起来，要研发性能更为可靠的电机控制保护装置。

2. 电机控制保护装置的使用难以达到需求

在现阶段，所使用的电机控制保护装置还不够发达，尚未达到机电一体化应用中的电机控制与保护的需求。因为所使用的电机控制保护装置多是凭借电热原理和电磁原理，利用热继电器的过载保护功能和熔断器的短路保护而进行的，由于这种零部件本身的不足，导致机电控制与保护还存在缺陷，因此，在机电产品的设计过程中，要将设计、控制与保护融为一体、综合考虑，使电机控制与保护装置实现多样化和全面化。电机设备研究人员希望通过长期的调查和试验找到保护电机保护技术前景何在，得到以下结论：第一，设计之初便要考虑日后的维护保护工作，提前做好计划安排，从头到尾进行统筹规划。第二，拓展设备养护问题胡思路，创新保护装置，使其发展规模发展思路更加多样。第三，转变管理观察方式方法，在设备运行过程中根据实际情况一切以更好更快为目标，及时将出现的问题处理完，在此，数字化的监管模式因为其高速和全面是目前发展的主要方向。

三、机电一体化应用中电机控制与保护的措施

在机电一体化应用中，电机设备的执行机构主要由两部分组成，分别是：执行驱动部和控制部分。其中执行驱动部是由位置传感器、三相伺服电机等组成；控制部分是由单片机、IPM 逆变器、输入通道、PWM 发生器等组成。

1 对阀门与速度的控制

在电机控制保护装置的实际应用中，对阀门和速度的控制是不可缺少的。在我国主要采用的是双环控制方案，其中内环是速度环，外环是位置环。速度环的目的是为实现对于电机实际转速的调节与控制而进行的一系列操作，这个目的是通过使用速度调节器，将PWM 波发生器的载波频率进行调节而达到的。外环的作用是向内环提供相应的速度设定值，这一过程是根据外环的当前位置速度设定，并使用速度给定发生器来实现的。在机电控制保护装置的阀门与速度控制中，由于大流量阀门执行机构在运行中存在匀速、加速或减速等阶段，而且实际位置与给定位置存在不确定性，从而导致阀门与速度控制存在困难，这就需要在对其调节中，要根据阀门与给定阀门的比较，对速度进行调节。

2 对电流电压的准确检测

在对机电一体化中电机控制与保护装置的应用中，对于电流、电压的检测也是不可忽视的，因为对二者的正确检测有益于电机力矩、断相保护、逆变模块等故障的诊断。但是使用一般的电流、电压互感器是很难达到此要求的，为了快速诊断故障排除问题，要采用霍尔型电流互感器和IPM 输出电压采用分压电路的方式对IPM 输出三相电流和电压进行检测，从而达到电机控制与保护的要求。

四、电机保护控制装置发展趋势及前景

电机控制保护现状是缺乏思路创新和科技创新，近几年针对这些问题提出一些新的理论方法，期望推进该事业的进一步发展。通过仿真计算和故障建模，并引入突破量、相位量、谐波份量、阻抗量、序份量等多种对电机故障敏感的检测量进行数据分析，并作相应判断和分析，把这些工作量提前做好的话，不但可以大大提高保护控制装置的精度和灵感度，还可以为以后的理论研究提供依据，为今后的突破进展提供依据。随着我国科学技术的迅猛发展，机电一体化将会有更大的发展空间，电机控制与保护中存在的问题也会越来越少。机电一体化未来的发展趋势是向智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、系统化等方向发展。

五、结束语

随着机电行业对现代化计算机与网络技术的广泛应用，再加上电力电子技术的高速发展，使我国机电一体化技术的应用取得了良好的效果。但是在机电控制与保护中尚存在很多问题需要解决，为了促进我国机电一体化事业的发展，减少电机控制与保护故障的发生，重视引起故障的原因，并逐步研究补救措施加以解决。

参考文献：

[1]冯金城，赵怍忱.保护输电线路安全法律问题分析[R].中国电机工程学会第八届青年学术会议，2009.

[2]吉亚民.江苏电网500 kV 输电线路绝缘子选型[J].江苏电机工程，2003（5）.

[3]刘志成，尹项根，张哲，邵德军.并联运行电动机短路故障仿真及保护对策[J].电力自动化设备，2007(4).

电机控制篇10

关键词：PLC 机电控制系统 研究

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）10-0264-02

PLC作为一种新型工业控制设备，其实现控制功能的核心是微处理器和存储器组成的控制组件，该组件通过内部逻辑运算或其他运算，将处理后的信号作为PLC的输出量对外部设备进行各种控制，实现“软接线”，这恰是现代机电控制的发展趋势。PLC作为科技产物，有着自己的独特特点和实现原理，在这里针对这方面进行分析，望带来提升。

一、PLC特点

1.较强的灵活性

在传统的机电控制中，通过继电器来完成相应的控制任务，这不仅需要良好的机电过程设计，更需要良好的安装过程，而当控制任务有所变更时，需要进行大规模的线路拆除等，这也代表了这种模式消耗较大。PLC改进了这一缺点，在系统升级时，只需要进行程序改变和简单的线路修改便可以完成，所以说PLC具有更强的灵活性，适用于较多领域不同方面的需求。

2.抗干扰能力强

PLC的硬件结构及其周期循环扫描的工作方式保证其可以在强磁场、强震动、高粉尘、湿度大、温度高等恶劣的工业生产环境中正常工作，避免了采用继电器控制技术因为设备老化可能出现的各种问题，所以说PLC更为适合现代的工业生产。

3.编程简单

PLC编程简单易掌握。实际工作中，工业生产需要对于某一任务进行调整时，可依靠程序编写来实现，大大的提升了机电控制系统的工作效率。同样因编程简单，就使得在进行设计时，可以将一些简单的模块进行外包，加快设计速度。

4.功能较强

PLC具备功能指令和一定数量的特殊扩展设备，不仅可以控制开关量、数字量，同样也可以进行模拟量的控制，这种良好的多控模式适合现代工业生产的基本需求，有效拓展PLC自身的应用领域。

二、PLC机电控制系统组成

1.控制系统硬件结构

基于PLC的机电控制系统主要由两大部分组成，一部分是执行系统，一部分是电控系统。根据生产任务的不同，执行系统由不同的硬件设备构成，像机械手、传输皮带、检测器等是常用的硬件设备。电控系统主要由PLC、变频器、人机界面等部分组成。在工业控制领域，人机界面技术在与PLC技术配合使用的情况下，可以节约PLC的输入输出点数，同时它通过界面能够给运行人员直观的印象，操作简单；变频器是工业控制领域广泛采用的一种调速技术。执行系统和电控系统配合根据控制要求构成开环或闭环控制系统，实现所需控制功能。

2.控制系统应用软件

应用软件是用户为达到某种控制目的，采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序，主要用于控制生产设备运行。PLC程序的准确编制和调试是系统设计的核心，只有编制调试出最优化的程序，才能有效的降低PLC的滞后性，提高实时性。利用PLC三大类指令的有机配合可以实现复杂的控制功能。

三、PLC机电控制系统设计

电控系统的准确设计是PLC机电控制系统设计的关键。以日本三菱公司PLC为例，从以下几个方面来进行电控系统设计：

1.电控系统设备选型

PLC作为一种工业控制设备，通过I/O接口完成工业生产现场信号的采集及输出信号控制工业设备。首先要根据采集的信号和生产现场所需控制信号的类型确定是否选择A/D或D/A转换模块，然后再确定输入输出点数，同时考虑所带负载的类型、实时性的要求及人机交流方便等因素，最后综合确定要选择的PLC的厂家、型号以及是否采用扩展单元或模块、特殊扩展设备等。变频器的选型应结合所驱动电动机的转速、功率、性能等方面的因素综合确定；人机界面要考虑界面友好、功能强大，与PLC、变频器等设备连接方便，且所用组态软件学习操作方便等。

2.PLC输入及输出点数优化

根据对控制系统的具体分析，考虑各种工作方式之间的切换以及手动操作等，确定PLC的输入输出点数。考虑性价比原因，对复杂控制系统通常采用PLC基本单元与扩展单元的配合，以满足控制要求；此外利用人机界面技术，在人机界面环境下，利用组态软件编辑设计相应的软开关和软按钮，也可以减少PLC的输入点数；最后要考虑预留10%～20%的输入输出端子作为备用量。为编程方便，输入输出端口的编号选择依次按从小到大的顺序编号。

3.设计PLC输入/输出接线图

在设计输入部分时，要充分考虑几方面的问题。一是PLC输入点数不充裕情况下，可利用编码输入法、矩阵输入法、编程法等有效的减少占用PLC的输入点数；二是与输入端口直接相连的各类起保护作用的输入接点及停止按钮，一般采用常闭接点。三是有源开关使用PLC内部电源时，要注意PLC的输入形式是源型还是漏型；四是输入侧的+24V电源一般不提供给输出单元负载使用，因为涉及功率问题。

同样在设计输出部分时也要考虑几点。一是PLC输出点数不充裕情况下，可利用外部译码输出法、矩阵输出法等有效的减少占用PLC的输出点数。二是当PLC输出形式分别为晶体管输出、晶闸管输出时，要注意外部电源的极性，否则负载不工作。三是驱动步进电机等相关负载时，一定要设计外电路，而不是利用PLC输出的开关量信号直接驱动。

4.程序设计

PLC的编程语言主要有两种，一种是图形化编程语言，一种是文本化编程语言。图形化编程语言分为梯形图、顺序功能图及功能图，而文本化编程语言分为指令语句表及结构文本两种。梯形图简单明了；顺序功能图是程序设计的发展趋势和方向；功能图并不是按顺序执行，是将程序集中构成一个功能模块，例如设计一个电梯控制程序，可以构造多个功能模块，再组合，使用时就调用相应功能模块；指令语句表相当于汇编语言，由汇编语言演变而来，PLC中的指令有三种，分别是基本指令、步进指令及功能指令，其中一些功能指令的有效使用可以使编程大大简化，例如IST指令；结构文本主要用于大型PLC中，中小型PLC基本不用，比较难掌握，有电脑语言基础者例外。基于以上分析，结合机电控制系统的具体要求，选择合适的编程语言，设计最优化的程序是电控系统的控制核心。

变频器参数的设置。在PLC与变频器正确接线的基础上，首先通过参数设置使变频器处于操作模式，在该模式下根据控制系统的要求，利用变频器的多段速设定交流电机的速度调节，在参数设定完成之后，再使变频器处于外部操作模式。检查主回路和控制回路接线正确，通电后此时POWER和操作面板显示正确数据。

在人机界面组态画面的设计过程中，利用组态软件，打开工程浏览器，找到设备COM1设定好数据位和停止位为7和1；在窗口上双击“新建”按钮，安装相应厂家、型号的PLC；在数据库词典下根据PLC的I/O分配表设定PLC的I/O离散量；设计人机界面画面，全部保存，设计主画面，运行。

5.可靠性设计

在进行可靠性设计过程中，主要包括两个方面的内容：一方面是保证设计科学合理；另一方面是保护措施以及自身的安全性能要到位。在设计过程中，一般从这两个方面对设计的可靠性进行评价。一般来说，首先考虑的是硬件保护能力，在系统设计中，通过短路保护、互锁联锁措施、失压保护与紧急停车措施来应对这方面的问题；其次是软件措施，在PLC程序中设计消抖程序及实现故障的自诊断和自处理程序来提高PLC的抗干扰能力。

6.通信设计

在进行电控系统各设备之间的通信过程中，涉及PLC与变频器、PLC与人机界面之间的通信。PLC和变频器之间进行通讯，通讯规格必须在变频器的初始化中设定，假如没有进行初始设定或有一个错误的设定，数据将不能进行传输；PLC在进行计算机链接（专用协议）和无协议通讯（RS指令）时均需对通讯格式（D8120）进行设定，其中包含有波特率、数据长度、奇偶校验、停止位和协议格式等，在修改了D8120的设置后，确保关掉PLC的电源，然后再打开。PLC与人机界面之间的通信，在组态软件中定义相应串口类设备，通过串行口与PLC和数据采集模块进行通信，这样可实现对各个开关量的控制以及现场数据的采集和处理。

四、总结

本文分析PLC机电控制系统，从PLC特点入手，讨论其控制系统组成，针对其设计过程进行分析，希望文中的分析可以为PLC应用带来借鉴。

参考文献

[1]王阿根.电气可编程控制原理与应用[M].3版.北京：清华大学出版社，2015：367-375.