電機控制器范文

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

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【關鍵詞】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，難以建立精確的數學模型，采用常規PID控制算法難以達到理想的控制效果。系統設計結合模糊控制算法，按模糊控制理論建立模糊控制規則并求出模糊控制表，根據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向的控制。

1、直流電機控制系統

系統選用STC12C5A60S2作為主控芯片，用以完成對系統執行機構的控制、信息處理和直流電機的控制。在窗簾機的應用上面，直流減速電機可精確控制，又能彌補步進電機無電狀態下不能轉動的缺陷。采用L298N驅動直流電機，利用PWM調制與使能變換的方式可進行電機調速與變向?？刂拼昂熼_合的過程中同時檢測光電開關的狀態，以確定當前窗簾/窗戶的狀態。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。

Ti-控制器的積分時間常數。 Td-控制器的微分時間常數。

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控制器中的比例環節、積分環節、微分環節的參數都必須選取適當，否則也會使系統不穩定。（1）比例環節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，穩態誤差也越小;但Kp越大，超調量也越大，越容易產生振蕩，導致動態性能變壞，甚至會使閉環系統不穩定。（2）積分環節：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超調加大，控制的動態性能變差，甚至會使閉環系統不穩定。（3）微分環節：微分控制有助于減小超調量，克服振蕩，提高系統的穩定性，但會使系統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控制系統的連續時間信號經過采樣和整量化后，變成的數字量無論是積分還是微分都只能用數值計算去逼近。因此PID控制規律的實現，也必須用數值逼近的方法。當采樣周期相當短時，用求和代替積分、差商代替微商，使 PID 算法離散化，將描述連續時間 PID算法的微分方程，變為描述離散時間 PID 算法的差分方程，即為數字PID 位置型控制算式。

其中Kp、Ki、Kd分別為比例、積分、微分系數。

PID控制在穩定性、響應速度、超調量和穩定精度方面都體現很好，其適應性強，適應各種控制對象。但參數的整定是PID控制的一個關鍵問題，動態特性不太理想;PID控制不具有自適應控制能力，對于時變、非線性系統控制效果不佳。當系統參數變化時，控制性能會產生較大的變化，控制特性可能變壞，嚴重時可能導致系統的不穩定。

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的一種智能控制方法。它模擬人的思維推理過程，構造一種非線性控制，以滿足復雜的、不確定的過程控制需要。

模糊控制器的控制規律由程序實現。首先根據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;根據輸入模糊控制量及模糊控制規則，按模糊推理合成規則計算控制量（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模糊控制器的設計

模糊控制器的設計包括四個層面：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的確定、模糊控制規則表、反模糊化處理求取輸出控制量。

在模糊控制器中，模糊控制規則表是系統控制自整定最重要的環節。變量包括系統偏差e和偏差變化率ec、輸出控制量u。根據系統輸出的偏差及偏差變化率趨勢來消除偏差，得到模糊控制規則。

通過模糊控制規則表的查詢，反模糊化處理可求取精確的輸出控制量。

3.2自適應模糊控制算法

模糊控制與PID控制結合構成模糊PID控制。PID控制的關鍵是參數的確定，自適應模糊控制算法是用模糊控制來確定PID參數的，也就是根據系統偏差e和偏差變化率ec，用模糊控制規則在線對PID參數進行修改。先找出PID各個參數與e和ec之間的模糊關系，在運行中通過不斷檢測e和ec，再根據模糊控制原理來對各個參數進行在線修改，以滿足在不同e和ec時對控制參數的不同要求，使控制對象具有良好的動、靜態性能，且計算量小，易于在單片機上實現。

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

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

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（陜西國防工業職業技術學院，陜西西安710300）

摘要：過去控制直流電機多由單片機完成，其不但接口繁瑣，而且速度慢，不易在高溫、高壓等惡劣環境下工作。針對電壓閉環和電流閉環直流調速系統的不足，采用數字信息化的方法，設計一種基于DSP控制器的通用電機調速系統，并將其應用于電動車驅動系統電機控制中。仿真結果表明，該系統工作穩定可靠，運行速度提高了60%以上，達到了設計要求。

關鍵詞 ：DSP；直流調速；電動車；PWM

中圖分類號：TN710-34；TP272 文獻標識碼：A 文章編號：1004-373X（2015）12-0154-02

收稿日期：2014-11-26

基金項目：國家自然科學基金（61272038）

以前控制直流電機多由單片機完成。該方式缺點是接口繁瑣、速度慢，且不易在高溫、高壓等惡劣環境下工作[1]。采用一種新型直流電機控制器——DSP控制器解決了單片機控制的缺點，其具備很多優點，該控制器不僅具有面向電機的控制能力，同時它便于修改控制參數以及具有自診斷等功能[2]。

1 直流電機控制器硬件平臺設計

該調速系統主要由DSP芯片、脈寬調制電路、功率驅動電路、電機以及電流/電壓傳感器組成。TMS320LF2407 是TI 公司專門針對電機、逆變器、機器人、數控機床等控制而設計[3]，工作溫度范圍為-40～125 ℃，針腳數為144，頻率為30 MHz，電源電壓最大為3.6 V，最小為3 V。存儲器容量RAM為5 KB，接口類型為CAN、sci、SPI，封裝類型為剝式[4]。圖1 為基于DSP控制器結構框圖。

將傳感器檢測到的反映電機狀態的電壓、電流、轉速信號傳向DSP控制器A/D轉換器[4]，經過模/數轉換后的信號和它們相應的設定值經過DSP中的控制算法處理后，就產生一個PWM波的控制輸出量[5]。PWM經濟、節約空間且抗噪性能強，是一種值得使用的有效技術。這個PWM波輸出量經過脈寬調制后加載到驅動電路中并調節電樞電流，直至直流電機調速系統達到穩態。

2 軟件控制

2.1 TMS320LF2407 DSP控制軟件

TMS320LF2407 DSP控制軟件流程圖如圖2所示。

對TMS320LF2407 DSP 的軟件控制首先對寄存器進行初始化。過段時間后對輸入、輸出（I/O）口及模數（A/D）采樣寄存器進行初始化，其次讀取設定電流及細分數和E2PROM 中電機轉子初始位置。E2PROM 是“電可擦除可編程只讀存儲器”，最后DSP的參數變量進行初始化，過段時間后取得ia、ib電流偏移量。同時中斷啟動，允許PWM輸出控制量，并反復檢測細分開關狀態及記錄轉子位置。

2.2 轉子位置和速度檢測

位置檢測不但用于換相控制，而且還能產生速度控制量。位置信號是通過3個霍爾傳感器得到的，霍爾傳感器根據霍爾效應工作的[6]。

3 測試結果與分析

使用TMS320LF2407 仿真器進行調試，實驗電機采用永磁直流電機[7]，其參數如下：額定功率P = 20 kW ，額定電壓UN = 120 V ，額定電流IN = 180 A ，額定轉速nN = 3 000 r/m ，電樞電阻Ra = 0.018 4 Ω 。電感L = 0.128 mH ，折算到電動機軸上拖動系統飛輪慣量GD2 = J = 17.4 N - m2 。電磁時間常數Kt = 6.96 ms ，電勢常數Ke = 0.042 1 V/(r/m) ，轉矩常數：Km = 0.4 N - m/A ，機電時間常數tm = 20 ms 。圖3 為PWM 輸出曲線，由圖4可知，在電流閉環作用下，電流迅速上升至指定值并穩定下來，直到電壓上升到最大允許值。此后，電壓穩定下來而轉速繼續上升，因此電流急速下降，直到與負載電流相等為止，這時基本達到穩態狀態[9]。

4 結語

本文在電壓閉環系統改進的基礎上，構建了基于DSP控制的全數字直流PWM調速系統。將工業控制中普遍使用的算法用在DSP上可以很好的實現，可用于直流電機控制的PWM波形輸出。實驗證明該系統控制準確且運行速度提高60%以上，電機轉速平穩，在工業生產中可推廣使用。

作者簡介：殷興光（1973—），男，陜西乾縣人，副教授，碩士。研究方向為工業電氣自動化。

參考文獻

[1] 陳璟華，李日隆，謝曉峰.基于專用控制芯片的直流電機控制系統[J].電機電器技術，2008（3）：25-28.

[2] 章瑋，姚維，潘再平，等.數字信號處理器（DSP）在電機控制中的應用[J].中小型電機，2009，28（4）：33-35.

[3] 王曉明，王玲.電動機的DSP控制[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[4] 晏昌猛，潘俊民.基于DSP控制的無刷直流電機在電動執行器中的應用[J].工業儀表與自動化裝置，2003（5）：26-28.

[5] 韓安太，劉峙飛，黃海.DSP控制器原理及其在運動控制系統中的應用[M].北京：清華大學出版社，2009.

[6] 李潮泳，林國斌，尚敬.基于TMS320LF240的串行通信設計[J].微計算機信息，2003，19（4）：8-10.

[7] 常斗南，李全利.可編程序控制器[M].北京：機械工業出版社，2002.

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關鍵詞：步進電機 數字控制器 調速

：17000多字

有中英文摘要、參考文獻、圖

200元

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關鍵詞：水冷系統；流阻；能量損失

一、引言

安全環保已經成為當今時代的主題，高效、節能、環保的乘用車已經成為國內外研究的熱點。隨著電力電子技術和交流傳動技術的發展，交流電機及其控制器必然會成為今后的發展趨勢。乘用車電機具有轉速高、響應快的特點，并且作為乘用車的關鍵組成部件，在出廠時必須在乘用車電機試驗臺上進行可靠性試驗驗證，模擬其運行環境。水冷系統作為乘用車電機試驗臺的重要組成部分之一，對電機運行環境模擬的真實性起至關重要的作用。

二、水冷系統的介紹

本次設計的乘用車電機及其控制器水冷系統，水冷溫度要求比較高。為-30℃～80℃，從而在夏天，一次水進水溫度為31℃以下，并且1次水流量將會達到10m3/h左右。然而客戶廠方由于現有的冷卻塔水流量不足，及一次水在夏天水溫較高，因此采用水水循環將不能滿足要求。針對本次水冷設計，需采用風冷式冷水機，可以很好的解決要求。

三、乘用車電機及其控制器發熱損耗計算

乘用車及其控制器有效的功率輸出比其工作所需的輸入功率小得多。多余的功率將轉化為熱散耗掉，其中小部分通過熱傳導、熱對流的方式散失到空氣中去。但是我們在水冷系統熱設計時，仍取總耗散功率P耗散作為計算的依據，并給出20%的安全系數。由此可知計算功率：P計算=P耗散+0.2P耗散（1）

四、水冷系統的設計

1.水冷系統制冷量的計算。乘用車電機及其控制器的水冷系統制冷量P制冷我們一般?。?）式中P計算的1.2倍。

由此可知制冷量：P制冷=P計算+0.2P計算（2）

2.壓縮機。壓縮機將低壓氣體提升為高壓氣體的一種從動的流體機械。是制冷系統的心臟，它從吸氣管吸入低溫低壓的制冷劑氣體，通過電機運轉帶動活塞對其進行壓縮后，向排氣管排出高溫高壓的制冷劑氣體，為制冷循環提供動力，從而實現壓縮冷凝（放熱）膨脹蒸發 （ 吸熱 ） 的制冷循環。

3.換熱所需流量q。乘用車電機及其控制器由P制冷計算q，一般水冷系統出水流速我們選擇v=2～3m/s，計算出水流量q就可以選擇符合要求的管道DN值。

4.水泵的選擇。水泵是輸送液體或使液體增壓的設備，將電能轉為機械能。選擇水泵時，必須考慮流量、揚程、功率等因素。

流量：水泵的流量又稱為輸水量，它是指水泵在單位時間內輸送水的數量。由換熱所需熱量q就可知道水泵的流量Q。

揚程：保溫齒輪泵的揚程是指水泵能夠揚水的高度。離心泵的揚程以葉輪中心線為基準，分由兩部分組成。從水泵葉輪中心線至水源水面的垂直高度，即水泵能把水吸上來的高度，叫做吸水揚程，簡稱吸程；從水泵葉輪中心線至出水池水面的垂直高度，即水泵能把水壓上去的高度，叫做壓水揚程，簡稱壓程。即水泵揚程= 吸水揚程 + 壓水揚程應當指出，銘牌上標示的揚程是指水泵本身所能產生的揚程，它不含管道水流受摩擦阻力而引起的損失揚程。在選用水泵時，注意不可忽略。否則，將會抽不上水來。

功率：在單位時間內，機器所做功的大小叫做功率。通常電動機的功率單位用千瓦表示；柴油機或汽油機的功率單位用馬力表示。動力機傳給水泵軸的功率，稱為軸功率，可以理解為水泵的輸入功率，通常講水泵功率就是指軸功率。

5.冷卻方式的選擇。冷卻方式的選擇要根據現場要求而定，一般夏天經由冷卻塔冷卻的一次水水溫最低為31℃，如果設備的二次水進水溫度比這低，通常我們還需選擇冷水機組對一次水進行降溫，從而得到符合要求的二次水。

冷水機組是一種制造低溫水（又稱冷水、冷凍水或冷媒水）的制冷裝置，冷水機組分為風冷式冷水機組、水冷式冷水機組。經常在設計水冷的過程中、都是涉及到水冷擴容改造，由于一次水的水流量不足、或者一次水溫度過高，一般我們選用風冷式冷水機組。

冷水機組的選擇注意事項：

（1）對大型集中空調系統的冷源，宜選用結構緊湊、占地面積小及壓縮機、電動機、冷凝器、蒸發器和自控元件等都組裝在同一框架上的冷水機組。對小型全空氣調節系統，宜采用直接蒸發式壓縮冷凝機組。

（2）對有合適熱源特別是有余熱或廢熱等場所或電力缺乏的場所，宜采用吸收式冷水機組。

（3）制冷機組一般以選用2～4臺為宜，機組之間要考慮其互為備用和切換使用的可能性。同一機房內可采用不同類型、不同容量的機組搭配的組合式方案，以節約能耗。并聯運行的機組中至少應選擇一臺自動化程度較高、調節性能較好、能保證部分負荷下能高效運行的機組。選擇活塞式冷水機組時，宜優先選用多機頭自動聯控的冷水機組。

（4）選擇電力驅動的冷水機組時，當單機空調制冷量φ>1163kW時，宜選用離心式；φ=582～1163kW時，宜選用離心式或螺桿式；φ

（5）電力驅動的制冷機的制冷系數COP比吸收式制冷機的熱力系數高，前者為后者的二倍以上。能耗由低到高的順序為：離心式、螺桿式、活塞式、吸收式（國外機組螺桿式排在離心式之前）。但各類機組各有其特點，應用其所長。

（6）選擇制冷機時應考慮其對環境的污染：一是噪聲與振動，要滿足周圍環境的要求；二是制冷劑CFCs對大氣臭氧層的危害程度和產生溫室效應的大小，特別要注意CFCs的禁用時間表。在防止CFCs污染方向吸收式制冷機有著明顯的優勢。

（7）無專用機房位置或空調改造加裝工程可考慮選用模塊式冷水機組。

（8）盡可能選用國產機組。我國制冷設備產業近十年得到了飛速發展，絕大多數的產品性能都已接近國際先進水平，特別是中小型冷水機組，完全可以和進口產品媲美，且價格上有著無可比擬的優勢。因此在同等條件下，應優先選用國產冷水機組。

五、結語

本文針對乘用車電機及其控制器水冷系統，在設計時提出了計算方式和選型設計時應注意的問題。水冷系統的設計是在盡量滿足換熱要求的情況下，設備盡量簡單化、小型化。在設計的過程中應當考慮儲液裝置、過濾裝置、遠程控制及顯示。

參考文獻：

[1] 徐國卿，張舟云.電機和電機驅動控制器的一體化冷卻結構[P].中國專利，2007.

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[關鍵詞]數字信號處理器； 無刷直流電機； 三環控制系統

中圖分類號： TM3 1 文獻標識碼： A 文章編號：

傳統的BLDCM控制系統系統大多采用單環控制，具有一定的應用局限性?；贒SP和CPLD的無刷直流電機三環控制系統使用了先進的數字信號處理器（DSP），并具有良好的電磁兼容性，在測試中使用控制軟件對整個系統進行定周期控制，并循環等待中斷發生等，測試結果說明無刷直流電機三環控制系統具有良好的性能，能夠同時滿足系統的快速性、穩定性與準確性的要求。

1.系統組成和工作原理

1.1系統的組成

基于DSP和CPLD的無刷直流電機根據電流驅動方式不同，分為正弦波無刷直流電機和梯形波無刷直流電機，無刷直流電機具有反饋簡單、設計方便的優點，不需要采用絕對位置編碼器或旋轉變壓器，能夠充分發揮電機的功能潛力。無刷直流電機的磁極具有多相繞組，利用逆變器進行軸位置檢測。無刷直流電機包括電動機、開關、和位置傳感器三個部分。

1.2系統的工作原理

基于DSP和CPLD的無刷直流電機的系統的定子是由永久磁鋼組成的。永久磁鋼的能夠在電動機的內部產生永久磁場，并能夠在電樞繞組通電的情況下，發揮作用。電刷具有換向的作用，能夠保證兩個磁場方向保持一直垂直，從而促進發動機的運轉。當電機在空載、過載和負載工況下時，電流不穩定，電流表指針搖擺不定。出現這種狀況的原因主要是因為電路中某一部分電阻值受熱發生阻值變化而導致電流不穩。對于這類故障，維修人員要對線路各個接觸點進行排查，從而判斷電刷和集電環裝置是否出現短路現象從而導致接觸不良，對于出現問題的部件要及時進行更換。在電機的運行中出現奇異的響聲，這類情況通常是由于電機的轉子和其他機械部件發生摩擦所發生的聲響。能夠導致這類聲響的部位是轉子和定子的絕緣摩擦和軸承磨損，或者是缺少油導致摩擦，風道發生堵塞，風扇與風罩發生摩擦等。具體的檢測方法是將電機的轉子與外部機械連接，如果電機與外部的機械傳動部分脫開后重新啟動電機，振動消除，說明是外部的機械問題，如果不是，就是電機本身的問題。電機本身如果發生轉軸不同心等現象都會導致震顫與晃動。

2.系統的硬件設計

2.1DSP芯片

DSP芯片控制無刷直流電機通過霍爾元件作為反饋機制，因此，硬件設計中，系統的DSP芯片要通過不斷采集霍爾元件搜集到的信息以及霍爾元件反饋的脈沖信號?；魻栐答伋鰜淼奈恢眯盘柲軌虮砻麟姍C的工作狀況，反饋信號能夠反映出電機的轉速。DSP不斷對電機的轉速進行采集，修改電機的控制轉速，從而實現電機的閉環控制。霍爾元件能夠提供給我們有效的速度和位置，DSP能夠提供給我們正確的電流信息，通過這兩個器件相互配合，實現電機系統的安全、穩定的工作。

2.2CPLD

CPLD是一種大規模的可編程邏輯器件，集成規?？蛇_到1000門以上。每個門又稱為等效門，包括4個晶體管，CPLD的集成電路每片達到上千門，因此具有很強大的功能。CPLD的邏輯陣列與GAL沒有實質區別，依舊是通過輸入緩沖電路達到輸入端口的目的。輸出單元的組成很大，不是依靠單一的陣列進行輸入而是不斷擴大硅片的面積，擴大了輸出單元的數量。隨著CPLD的輸入端口數量的增多，硅片芯片的面積也不斷擴大，因此導致了芯片的成本逐漸提高，而且，隨著使用面積變大，芯片的功能也受到了影響。信號在較大的陣列中傳輸，延遲了運輸的時間，影響了運輸的速度。因此在設計CPLD芯片時，常常將整個邏輯區域分成幾個小區，每個區進行獨自的陣列組合，通過主線對各個區域進行邏輯連接。CPLD的主線和計算機的主線的意義不同，CPLD的主線需要通過編程的方法將每一個區域的效益聯系到主線上，實現各個區域被主線控制。

2.3功率驅動電路

基于DSP和CPLD的無刷直流電機為了掌握減小轉矩的波動，需要對無刷直流電機進行換向，因此，首先我們要了解電機的結構。電機分成兩部分，定子和轉子。其中，電機的定子是指電機中固定不動的部分。轉子是指電機中繞軸旋轉的部分。電機按照部件的作用分為機械部件、電部件和磁部件。其中，機械部件主要作用是支持與緊固，同時對于電機的整體起到冷卻和防護的作用。電機的電部分通常指的是導電、能夠產生磁感應部件。至于電機的磁部分是指具有導磁功能的鐵芯與硅鋼片。其中，鐵芯可以分為定子鐵芯和轉子鐵芯兩類。電機的工作原理較為復雜。定子繞組通常按照一定的規律均勻纏繞在定子的鐵芯上，在纏繞的過程中一定要注意繞組導線要纏繞整齊、密實，且線線之間不得重疊。接通電源后，在定子的周圍就會產生旋轉磁場。磁場在電機內的定子和轉子之間的空隙呈圓周正弦分布，并且繞著電機不斷旋轉。在磁場產生后，轉子繞組因為電磁感應就會相應的產生感應電流和感應電動勢，兩者重疊發生相互作用產生電磁轉矩，電磁轉矩使轉子轉動，從而實現了將電能轉化成機械能的工作過程。在傳輸信號時，每一個霍爾傳感器都會產生8個輸出信號，將信號的捕捉口的電平狀態進行測量，就可以知道當前轉子的位置，用位置信號來計算電機當前的轉速。

2.4其他硬件電路設計

其他硬件電路設計的轉速控制方式分為兩種，一種是通過電位計分壓的方法進行硬件電路設計轉速控制。其中，模塊的電壓影響最高值是3V，所以在設計硬件電路時的模塊電壓也要低于3V。另外一種是通過采用內置模塊進行上位機通訊，在硬件電路的主線上采用差分傳輸的方法，使干擾能力減弱。

3.系統軟件設計

系統軟件的設計包括轉速計算程序和雙閉環控制程序兩個組成部分。其中，轉速計算程序就是實現速度的計算和換向。電機的轉子沒轉過60度角，就會進行一次中斷的觸發。當中斷開始后，在根據轉子的位置進行換向處理，恢復電機的捕捉功能。雙閉環控制程序是包括在中斷子程序的，通過定時器進行周期啟動，確定工作過程中轉換結束進入電機中斷。在開始中斷后要進行速度調節，防止速度過大導致失控。調節到一個合理速度值后對電機的實際轉速和規定轉速進行對比，如果不對電機的轉速進行調節，電機的電流也不會改變。

4.實驗結果

基于DSP和CPLD的無刷直流電機控制器的轉子是一對極定子電樞繞組，通過科學的星形接法，提高了電機的效率。為了充分提高電機的效率，在選取頻率時要考慮到管子的功率，功率越高，電機的噪聲也就越小。但是隨著使用時間分增強，管子的功率會減小，噪聲也會逐漸變大。綜合實驗結果，我們可以看出基于DSP和CPLD的無刷直流電機控制器在222V左右的電壓值時可以保證電機的平穩工作，電機的啟動時間以及最大啟動電流均滿足系統設計的要求。

5.結語

基于DSP和CPLD的無刷直流電機三環控制系統使用了先進的數字信號處理器（DSP），具有良好的電磁兼容性，在測試中使用控制軟件對整個系統進行定周期控制，并循環等待中斷發生，利用CPLD實現無刷直流電機的邏輯換相，以速度環和電流環控制為輔，并對數字電路以及功率電路進行了光耦隔離，確保了系統良好的電磁兼容性，在實踐中得到廣泛應用。

參考文獻：

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關鍵詞:電動汽車;電機控制器;種類;原理;結構;特點

中圖分類號:TP332文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)24-6904-03

The Performance and Choices of Electric Vehicle Motors-controller

TANG Hui-long

(Baoji Vocational Technology College, Baoji 721013, China)

Abstract: The paper deseribes the classifications,structures,priciple,and performance of Eletric Vhicle Motors-controller,and the choices of Electric Vehicle Motors-controller.

Key words: electric vehicle; driving_motor_controller; classifications; principle; structure; control; feature

隨著全球能源危機的不斷加深,石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的不斷加劇,各國政府及企業普遍認識到節能和減排是未來汽車發展的主攻方向,發展電動汽車將是解決這兩個技術難題的最佳途徑。大力開發電動汽車將成為必然趨勢,而城市車輛和轎車是優先向電動化發展的汽車種類。自1996年來,已有3種類型的電動汽車問世,即純電動汽車(PEV) 、混合動力汽車(HEV)以及燃料電池電動汽車(FCEV)和派生出的一種外接充電式混合動力汽車(Plug―in)。

電動汽車雖然種類不一,但所用的牽引電機基本上大同小異,所采用的控制、調速方式基本上相同。電動汽車在不同時期采用了不同的牽引電機和控制、調速方式 。最早采用的是直流牽引電機和直流斬流器的控制、調速方式。隨著電子技術和自動控制技術的發展,交流電動機、永磁電動機和開關磁阻電動機顯示出比直流電動機更為優越的性能,這些電動機正在逐步取代直流電動機,與之相適應的新的控制、調速方式也隨之產生。

1 對控制、調速系統的要求

電機汽車驅動系統的控制方案取決于電動汽車所要求的動力性能,因此采用何種調速控制技術是十分重要的。就目前的驅動電機種類來說,主要有以下幾種方式,第一種用直流電機驅動;第二種用永磁同步電機驅動;第三種用三相交流異步電機驅動。當然隨著技術的不斷發展還會不斷產生新的驅動電機和與之相適應的控制方式。不管采用什么控制、調速方式,總的要求是:控制系統安全、可靠,調速性能良好;有良好的起動、制動性能;能滿足電動汽車的加速性能;效率高、能耗小;性價比高,維護性好。

2 以直流電機為驅動電機的直流斬波器控制、調速系統

較早開發的電動汽車基本上都是以直流電機作為驅動電機的,即是現在開發設計的一些電動汽車由于直流電機及相應的控制系統都比較成熟仍然采用直流電機驅動的。

2.1 直流斬波器的結構及工作原理

在如圖1(a)所示的直流斬波器電路中,隨著開關T的通斷,在開關管T導通期間電感中有電流流過,且二極管D反向偏置,導致電感兩端呈現正電壓,在該電作用下電感中的電流線性增長。其等效電路如圖1(b)所示。當觸發脈沖在另一時刻使開關管T斷開時,由于電感中已存儲了能量,二極管D此時承受正向電壓而導通,電感中存儲的磁場能會通過續流二極管D流經負載,其等效電路如圖1(c)所示。

通過以上分析可知,當輸入電壓為Ud時,直流斬波器的輸出電壓為Uo,

Uo=DUd

D是0～1之間變化的系數,因此在D的變化范圍內,輸出電壓平均值Uo總是小于輸入直流電壓Ud,只要改變D的值,就可以改變輸出電壓平均值的大小,從而改變加在直流牽引電機電樞繞組兩端的電壓達到調速的目的。

2.2 直流PWM控制技術

在如圖2所示的全橋變換電路中,如果電路的輸入為直流電壓Ud,在不同的控制方式下,可輸出幅度和極性均可變的直流電壓Uo。

在雙極型電壓PWM控制方式中,開關管T1、T2和T3、T4分為兩組,各組具有相同的驅動脈沖ug,在理想條件下,橋臂上開關管T1|、T2和T3、T4互補導通。

直流控制電壓ur與三角波電壓uc比較產生兩組開關的PWM控制信號。當ur>uc時,T1和T4導通,T2和T3關斷,當ur

UO=(2D1-1)Ud

D1=ton/TS是第一組開關的占空比(第二組開關的占空比為D2=1-D1)。Ton為開關管導通時間,TS為周期。由波形圖看出,當ton=TS/2時,變換器的輸出電壓為零;當tonTS/2時,UO為正。也就是說這種變換電路的輸出電壓可在-Ud到+Ud之間變化。

在理想條件下,UO的大小和極性只受占空比D1的控制,而與輸出電流iO無關。在直流電機驅動中,可方便地實現可逆調速。

由于直流電機與三相異步電機相比存在結構上有電刷、換向器等易磨損件,維修保養困難、壽命較短、使用環境要求高、結構復雜、效率低、質量大以及體積大、耗材多等缺點。因此目前電動汽車的驅動系統很少用直流電機,因此直流斬波器、直流PWM控制技術在電動汽車上也不在使用。

3 以三相鼠籠式感應電機為驅動電機的交流變頻器控制、調速系統

三相鼠籠式感應電機的基本調速方式有調壓調速、變極調速和變頻調速。目前主要用VVVF式(變頻變壓控制)和FOC(磁場定向控制)也稱矩量控制。VVVF控制應用廣泛,動靜態性能優良的矢量控制可與直流調速相媲美,而控制簡單動態性能好的直接轉矩控制在機車牽引等領域顯示了廣闊的應用前景。在牽引控制中,為了獲得寬的調速范圍,感應電機控制一般分為三個階段:1)保持轉差S不變,調節定子電流,獲得恒轉矩區;2)保持定子額定電壓U不變,調節定子電流,獲得恒功率區;3)保持定子額定電壓不變,調節轉差低轉矩高轉速區。

3.1 三相橋式逆變電路的SPWM控制

電壓型三相橋式逆電路如四所示,其控制方式為雙極性方式。U、V、W三相的PWM控制公用一個三角波載波信號uc,三相調制信號urU、urV、urW分別為三相正弦信號,其幅值和頻率均相等,相位依次相差1200。U、V、W三相PWM控制規律相同。以U相為例,工作原理如下:當urU>uc時,使T1導通,T4關斷,則U相相對于直流電源假想中性點N的輸出電壓為uUN'=Ud/2;當urU

通過對輸出脈沖寬度的控制就可以改變輸出電壓的大小,從而達到調速的目的。

3.2 變頻器的結構及工作原理

結構如圖6所示,由二極管整流電路、能耗制動電路、逆變電路和控制電路組成,逆變電路采用IGBT器件,為三相橋式SPWM逆變電路。

工作原理:以雙極性SPWM控制方式為例,電路如圖7所示,工作波形如圖8所示。 在ur的正負半周內,在調制信號ur和載波信號uc的交點時刻控制各開關器件的通斷。當ur > uc時,使晶體管T1 、T4導通,使T2 、T3關斷,此時,u0= Ud;當ur < uc時,使晶體管T2 、T3導通,使T1 、T4關斷,此時,u0=-Ud。

在ur的一個周期內,PWM輸出只有±Ud兩種電平。逆變電路同一相上下兩臂的驅動信號是互補的。在實際應用時,為了防止上下兩個橋臂同時導通而造成短路,在給一個臂施加關斷信號后,再延遲t時間,然后給另一個臂施加導通信號。延遲時間的長短取決于功率開關器件的關斷時間。需要指出的是,這個延遲時間將會給輸出的PWM波形帶來不利影響,使其偏離正弦波。

4 以永磁同步電機作為驅動電機的控制、調速系統

永磁同步機根據定子電流波形的不同可分為矩形波同步永磁電機和正弦波永磁同步電機,而矩形波永磁同步電機又稱為永磁無刷直流電機。變頻調速是永磁同步電機的基本調速方式,其基本原理與感應電機的變頻調速原理相同。在理想情況下,永磁無刷直流電機的氣隙磁通是矩形波,定子電動勢也是矩形波,三相合成產生恒定的電磁轉矩,沒有轉矩紋波。而實際工作時由于磁飽和等因素的影響會產品生脈動的梯形波電磁轉矩。永磁無刷電機、轉子位置傳感器和逆變器構成自控式永磁無刷直流電機,通過轉子位置傳感器提供的信號控制變壓變頻裝置的逆變器換流,從而達到改變定子繞組的供電頻率。

5 控制器的選擇

控制器的選擇主要依據電動汽車所用驅動電機的情況而定,當驅動電機為直流電機時可采用直流斬波器或PWM調速方式;當驅動電機為交流電機時可采用三相交流PWM或變頻調速方式。以直流電機驅動為例,電機控制器的選擇如下:首先選擇電壓等級,當電池電壓確定后即可確定電機控制器的電壓等級。關鍵是確定電機控制器的容量,也就是說電流大小的確定,電機控制器電流大小的確定,主要依據電機的容量來確定。如果電池的電壓等級為312V,電機的電壓等級為230V,電機為YQ57型的變頻牽引異步電動機,則電機控制器電流的選擇可依公式計算可得:電機的額定電流IN=192A,低速起動時的起動轉矩為2TN,,對應的起動電流約為2IN,再考慮安全余量,電機控制器的電流大小選擇為600A。

6 結束語

由以上介紹可知,電機控制器是電動汽車的主要部件之一。直流電動機很早就被用作電動汽車的驅動電機,因此,直流驅動系統技術成熟,在早期產生的電動汽車上有很大一部分是采用直流牽引電動機和與之相對應的直流驅動技術主。新型電動汽車正在越來越多的采用性能更為優越的交流電動機、永磁電動機和開關磁阻電動機,并向大功率、高轉速、高效率和小型化方向發展,隨著新型驅動電機的應用,新的驅動技術也正在越來越廣泛地應用在電動汽車上,加上新型電池的出現,將會大大推動電動汽車的發展。

參考文獻:

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[2] 許曉峰.電機及拖動[M].北京:機械工業出版社,2004.

[3] 浣喜明 姚為正.電力電子技術[M].北京:高等教育出版社,2004.

[4] 曾方.電力電子技術[M] 西安:西安電子科技大學出版社,2004.

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【關鍵詞】 煤礦 電機 MC33035 通信 測速

一、前言

開展煤礦電氣設備安全性能的研究，提高煤礦用無刷直流電機控制系統的安全性，對于保證煤礦安全生產、避免造成安全生產事故的隱患具有重要的理論和現實意義。本文首先對煤礦用無刷直流電動機的結構進行介紹，然后以無刷直流電機專用控制芯片MC33035為核心對煤礦用無刷直流電機的控制器進行了整體結構，最后利用對控制器的電子測速單元、脈寬調制單元等進行詳細設計。

二、無刷直流電機

煤礦用無刷直流電機利用繞組通電產生的電磁場和永磁體的磁場之間的相互作用，繞組電流根據轉子的位置進行合理換向，保證輸出持續轉矩驅動電機旋轉。煤礦用無刷直流電機選用徑向充磁的瓦形永磁材料作為永磁體，對永磁體的空間布局進行合理設計，然后裝配到電機轉子上。在電機定子上纏繞規則的三相電樞繞組，由于永磁體的磁導率幾乎接近空氣，所以電樞反應電感小，電機的輸出特性機械強度高。

三、控制器設計

控制器工作過程：控制按鈕將動作指令發給專用控制芯片（MC33035），MC33035采集霍爾傳感器輸出電機轉子位置信息，發出控制信號給隔離驅動電路，使其發出穩定的驅動信號驅動IGBT模塊的導通，使電機動作?；魻杺鞲衅鲗崟r將檢測到的電機的轉子位置信息傳遞給專用控制芯片，MC33035根據轉子位置信息在正確的時刻進行換向，保證電機按持續運轉。同時電子測速芯片（MC33039）將采集到的霍爾元件信號轉換成與轉速成正比的電壓信號反饋給單片機，形成速度的閉環控制。脈寬調制電路對控制信號進行調節，實現對煤礦用無刷直流電機速度控制，CAN通訊電路利用單片機和CAN控制器將控制器信息傳遞給上位機，實現控制器與計算機之間的通信，控制系統結構框圖如圖1所示。

MC33035是MOTOROLA公司第二代高性能無刷直流電機專用芯片，采用雙極性模擬工藝制造，在任何惡劣的環境條件下仍然具有很高的穩定性。芯片內包含有誤差信號放大器、PWM脈沖調制放大器和3個集電極開路頂端驅動輸出，還有用于正確整流時序的轉子位置譯碼器。MC33035帶有欠鎖定功能及欠壓保護、過流保護、故障信號輸出、制動輸入等功能，它是一種具有開環正轉和反轉、以及運行使能的電機控制小型專用系統。

脈寬調節單元實現系統的速度調節，選用TL494芯片來實現系統速度控制。TL494具有抗干擾能力強、結構簡單、可靠性高以及價格便宜等特點。TL494由基準電壓產生電路、振蕩電路、間歇期調整電路、兩個誤差放大器、脈寬調制比較器以及輸出電路等組成，通過調節相位校正和增益控制引腳的電壓，改變輸出信號的占空比，進而改變電機的轉速。

MC33039是一款高性能閉環速度控制芯片，專用于各種無刷直流電機控制系統中，常與MC33035芯片構成無刷電機控制器。MC33039直接將三相無刷直流電機轉子位置傳感器的三個方波輸入信號，經F/V變換成正比于電機轉速的電壓信號。當電機加速時，輸出脈沖序列的平均電壓將會上升，此信號在外接低通濾波器處理后，即可得到與轉速成正比的測速電壓。

四、結束語

本文對煤礦用無刷直流電機控制器進行設計，主要包括控制器整體結構、電子測速單元和脈寬調制單元等，控制器具有性能穩定、安全性好等優點，滿足設計要求。煤礦用無刷直流電機屬于井下安全生產重要的設備，對其控制技術進行研究對于保證礦井安全和推進現代化礦井的建設具有重要的意義。

參考文獻

[1] 國家安全監管總局 國家煤礦安監局.關于進一步加強煤礦安全監管監察工作的通知.〔2012〕130號

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關鍵詞：數字化平臺；發電機控制器；可靠性；優化設計；故障預測技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN97 文章編號：1009-2374（2016）12-0022-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.12.010

在飛機電源的眾多組成部分當中，發電機控制器顯得尤為重要，是飛機電源系統的控制中心。發電機控制器能夠對電流、電壓、頻率進行監測，以此來達到保護和控制電源系統的目的，并且能夠精準監控電源系統的工作狀態。本文將針對飛機電源系統的客觀需求，基于數字化研發平臺，提出發電機控制器可靠性優化設計的實施方案，并為工程的進一步提供基本的結構框架。

1 發電機控制器功能

發電機控制器主要有調壓、控制和保護三大主要功能。隨著時展，發電機控制器的功能也逐漸增多并完善，如故障檢測與隔離、數據通訊等功能。下面筆者將對各項功能進行逐一介紹：

1.1 電壓調節功能

調節系統輸出電壓是發電機控制器的一個重要功能，主要由電壓調節器來完成工作。電壓調節器由檢測、比較、放大和執行環節組成，有時還要補償和校正環節。其主要功能有：第一，調節交流發電機的勵磁電流，達到穩定電壓的目的；第二，避免負載短路時發生事故；第三，限制發電機輸出電流；第四，限制最高電壓，使其保持在電壓峰值以下，避免設備損壞；第五，當三相電壓檢測線路故障時，限制勵磁電流，以免損壞設備。

1.2 控制功能

控制功能也是保證發電機控制器正常運行的重要功能，控制功能主要是控制相應的接觸器、繼電器，使其穩定運行，保證發電機和負載的通斷以及轉換得以完成?？刂乒δ苤饕邪l電機勵磁控制、接觸器控制、轉換控制三個環節：第一，發電機勵磁控制，勵磁控制是保證發電機正常工作的必要條件，此外發電機控制器還要完成滅磁的工作；第二，接觸器控制功能，主要是實現GCB（發電機輸出接收器）、BTB（匯流條連接接觸器）、GCR（勵磁控制繼電器）的通/斷控制；第三，轉換控制，轉換控制又包括電源接入控制和雙通道轉換控制。電源接入控制要遵循三個基本原則，即地面電源優先原則、機上電源優先原則、隨機優先原則，即誰先投入，誰先工作。雙通道轉換控制，如果飛機不并聯交流電系統正常工作，每臺交流發電機將會分別供電，如果系統出現故障，發電機和匯流條件將會進行轉換。

1.3 保護功能

對電源系統、發電機和用電系統實現有效的保護和自我檢測，也是發電機控制器的一個重要功能。保護功能會針對不同的故障和異常情況來選擇不同閾值以及延遲時間，并根據故障等級與控制盒共同實現隔離故障。通過保護功能還能將故障信息保存在NVM（非丟失性存儲器）中，便于找出故障進行維修。

1.4 故障隔離功能

電源系統出現故障十分常見，異常的輸出將會逐層傳播，直至達到最高級，以致改變整個系統的輸出狀態。所以發電機控制器不僅需要檢測故障，而且要在故障發生后，能及時發現，并將故障進行隔離，才能保證電源系統安全運行。

1.5 通訊功能

在日常地面維護和飛行當中，發電機控制器將會通過通訊接口與非航空電子監控處理機來完成通訊工作，從而達成信息交換―接收NAMP（非航空電子監控處理機，Non-Aerial Monitoring Processor）的命令，完成相應要求。通過這一系列動作，通訊功能將會把電源系統的狀態以及故障信息傳達給NAMP。

2 基于故障預測技術的可靠性仿真分析流程

2.1 某型號發電機控制器電子單元的設計改進案例

某型號發電機組成及其結構。該發電機控制器主要由一個專用安裝架和一個外場可更換單元構成，各功能電子模塊主要包括調壓模塊（PWM）、電源模塊（PS）、模擬量輸入采集模塊（AIN）、離散量輸入采集/輸出控制模塊（DIO）、處理器模塊（DSP）、濾板模塊（RFB）和母板（MB）。如圖1所示：

母板與機箱之間采用螺釘進行連接，與電子模塊則用插槽連接器連接，并將各個模塊用鎖緊螺栓固定；在機箱的結構上采用封閉模式，以自然通風進行冷卻。在機箱與安裝架之間，前段使用鎖緊組件，后端使用定位椎銷，用以提高產品安裝的可靠性。

2.2 產品可靠性仿真分析及可靠性設計優化

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一、概述

隨著微電子技術的飛速的發展，帶動了水電站水輪發電機組自動控制的高速發展。集成電路、印制電路板、可編程控邏輯器件等技術逐漸應用于智能儀器和自動化控制中。由于集成電路（IC）的系統芯片種類繁多，體積大，設計周期長，加工精度要求高，費用高；印制電路板（PCB）上元件之間連線的交叉、重疊，不僅工藝復雜，又導致連線的分布電容增大，加大了對前級電路的負載，增加了系統的干擾，同時焊接上的元件容易虛焊， PCB的多焊接點和雙面布線的連接孔又導致系統的可靠性下降；而可編程控制器（PLC）則是以微處理器為核心，綜合了計算機技術、通信技術而發展起來的一種新型、通用的自動控制裝置，具有結構簡單、性能優越、可靠性高、靈活通用、集成度高、易于編程、易于更換、使用方便等優點，近年來在水電站的自動控制、工業自動控制、機電一體化、改造傳統產業等方面得到了廣泛的應用。

水電站水輪發電機組用PLC控制有很多優點，它主要通過軟件控制，從而省去了硬件開發工作，電路很少，許多的硬件會通過軟件編程來實現，大大提高了系統的可靠性與抗干擾能力；由于它簡單易行的可編程序功能，無須改變系統的外部硬件接線，便能改變系統的控制要求，例如：可以省去許多的中間繼電器、計數器、時間繼電器等，使系統的“柔性”有了很大的提高。

二、主要設計功能及應用

水電站的種類，分為混流式機組、軸流轉槳式機組、貫流式機組、抽水蓄能式機組、沖擊式機組及泵站等，然而不論哪種機組，其貫穿中心的為控制系統，而控制系統現在又廣泛應用PLC進行集成控制。而PLCL可以實現遠方控制，這樣就對提高水電站的自動化程度奠定了基礎。因為水電站大多數都位于比較偏遠的山區，這樣采用PLC可編程控制器進行設計對水電站實現無人值班、少人值班起到了至關重要的作用。

PLC的種類繁多，從不同的品牌分有：施耐德的、有西門子的、有美國AB的、有日本歐姆龍的等等；而在每種不同品牌的PLC的產品中，又根據輸入和輸出的端口數量，而分為小型、中型和大型的PLC控制器。對于控制單一功能的控制箱，而輸入和輸出接口的數量不多，我們就可以選擇小型的PLC可編程控制器進行編程控制，而對于整個電站的系統控制這樣輸入喝輸出的接口數量比較大的可控設備，我們就需要用更高等級、大型的PLC邏輯控制器進行編程控制了。而PLC可編程控制器的功能強大，應用便快捷，便于操作。

在水電站的水輪發電機組中，我們用到的PLC控制器分別用到機組自動化的控制、球閥自動化的控制、調速器控制系統的控制、以及外循環油泵的控制、漏油箱的控制、頂蓋排水的控制、油壓裝置電氣柜的控制等單個控制箱及柜子的控制等。大量應用到國內外的許多水電站的控制系統中，分別有重慶富金壩水電站貫流機組的整體機組的自動控制中、廣西長洲水電站貫流機組的整體機組的自動控制中、緬甸水津水電站頂蓋排水和漏油箱控制中、馬里費魯水電站貫流式機組整體的自動化控制中等；實踐證明：應用PLC可編程控制器進行水電站的自動化控制系統是安全的、可靠的、是方便的、靈活的、也是非常必要的。

機械功能：對于大型高端的處理器為例，有機架用來安裝PLC工作站所有的模塊，包括電源、處理器、離散量I/O、模擬量I/O、專用模塊等，模塊的插拔方便簡易可行；

電氣功能：對于大型高端的處理器為例，他們具有總線連接功能，可以組成一個到多個PLC站，機架之間通過總線擴展電纜互相連接在一起，遠程總線連接屬于電氣系統，它們不會造成遠程讀取或控制I/O有任何損失。

水電站對于貫流機組而言，用PLC控制器進行整體控制是非常實用和方便的。針對電站空間布局緊湊，安裝調試方便等特點，用PLC控制器進行整體控制，它能節省了許多控制柜體，許多的控制箱體，對調試和檢修帶來了極大的便利，它是通過軟設計編程來實現水電站機組自動化的自動控制。對于早在2005年就已經發電的貫流機組重慶富金壩水電站，其機組自動化的控制就是通過施奈德的Modicon Premium系列的PLC控制器進行編程實現的；而貫流機組廣西的長洲水電站就是通過施奈德的Modicon Quantum系列的PLC控制器進行整體編程實現的；而貫流機組馬里的費魯水電站的就是通過西門子的S7-200系列的PLC控制器進行整體編程實現的；而對于其他類型的機組，由于相對有空間布局，機組的安裝和調試也相對的方便，就可以進行分立的控制箱體和控制柜體的PLC控制器進行編程實現；例如：緬甸的水津水電站，其機組自動化的控制就是采用美國AB的PLC控制器進行編程實現。

在發電過程中如果電站因為故障突然停電，沒有備用的電源繼續供電，很可能造成事故。在應急情況下，PLC控制器自身有備用電源供電。

1.電路分析

根據所需的輸入/輸出點數選擇PLC機型

根據水電站自動化機組的控制要求，根據輸入和輸出點的數量，來選擇所需PLC可編程序控制器的輸入模塊和輸出模塊。系統的控制量基本上是開關量，當然也有模擬量，如溫度和轉速是模擬量，為了降低成本，可以通過檢測電路把模擬量轉換成開關量。這樣可以選用不帶模擬量輸入的PLC可編程序控制器。

再者根據電站的電源情況，選擇PLC可編程序控制器的電源、輸入、輸出電壓等。

2.分配PLC輸入輸出

根據自動化機組的控制要求和電氣原理圖，PLC輸入、輸出信號可以通過表格進行標注，將輸入和輸出進行逐一列表，這樣就方便程序的運行和修改。

三、結論

篇10

關鍵詞：電氣系統 數控機床 PLC

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）11-0028-02

由于近年來，PLC（可編程控制器）技術取得了快速發展，其在自動控制之中的運用也變得更為廣泛。PLC是一種專門為工業運用而設計出來的計算機，目前已經被運用到數控機床這一工業領域之中?？删幊炭刂破髟诳刂频男阅芎陀布杀镜戎T多方面所展現出的種種優勢均為其他種類的工業控制產品所無法進行比擬的。所以，可編程控制器技術在工業自動化在數控機床中的運用正在變得愈來愈多。

1、數控車床電氣控制電路分析

1.1　工作原理及功能

數控車床根據被加工零件工作圖與工藝過程卡，用規定的數控代碼和程序格式編寫加工程序，將正確的加工程序輸入數控系統，數控系統將給定的加工程序和輸入的信號，進行運算和控制處理，然后將處理的結果送往控制系統，驅動機床的各運動部件有序地按機械加工要求運行，自動地制造出合格的零件。數控車床是用來加工軸類或盤類的回轉體零件，自動完成內外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，廣泛應用于機械制造業。改造后的車床應該滿足上述功能。

1.2　電氣控制電路的分析

1.2.1　主軸電機電氣控制

主軸電動機M3是一臺交流變頻電動機，由變頻器驅動，正轉、反轉及速度控制也是由數控系統進行控制。

1.2.2　主軸控制

來自零件程序的輸入信號有：M03、M04、M05。

來自機床操作面板有主軸正轉、反轉、點動、停止。

輸出信號：主軸正轉Q0.0；主軸反轉Q0.1；主軸停止Q0.2。

1.2.3　其他輔助電機控制

數控車床輔助電機主要有刀架電機、冷卻泵電機、泵電機，各輔助電機的控制簡述如下：

（1）冷卻泵電動機控制：

來自零件程序輸入信號有：MO8、MO9；來自機床操作面板，冷卻起停鍵；冷卻控制輸出信號：Q0.3；手動控制-按紐；自動控制-數控指令M代碼。

（2）泵電動機控制：

輸入信號：來自機床參數設置導軌間隔；來自機床控制面板導軌鍵；輸出信號控制Q06；手動控制-按鈕；自動控制-機床參數設定。

（3）刀架電動機控制：

輸入信號：I0.0　I0.1　I0.2　I0.3　I0.4　I0.5　I0.6　來自刀位檢測信號

來自零件程序T代碼有I1.0：T1；I1.1：T2；I1.2 T3；I1.3：T4；

來自機床控制面板手動換刀鍵。

輸出信號：刀架正轉Q0.4；刀架反轉Q0.5。手動控制—按鈕：數控系統

KM1

KM2

刀架電動機M3。自動控制—數控指令T代碼：數控系統

KM1

KM2

刀架電動機M3。

2、電氣系統設計

2.1　強電電氣控制柜的設計

2.1.1　控制電路及組成

（1）控制電路：1）交流380V電源通過漏電保護總開關QS和空氣開關QF1供主軸變頻器使用。2）交流380V電源通過變壓器轉換成交流220V電源通過空氣開關QF2、供給伺服放大器作電源用。3）交流380V電源通過變壓器轉換成交流220V電源通過U41、W41經開關電源供直流24V給系統供電用。4）交流380V電源通過空氣開關QF3，接觸器KM1、KM2使刀架正轉（換位）、反轉。

（2）電路組成：380V電源經開關QS后接入各電源回路中，開關QS后有4個空氣開關（QF1、QF2、QF3、QF4）、3個接觸器（KM1、KM2、KM3）、1個DC24/5A開關電源、1個2.2KW變壓器等組成。所有強電都安裝在電控柜內。

2.1.2　電源輸出

（1）I/O接口模塊直流24V接線柱已與外部相連。如發現電壓不穩，立急斷電，查明原因并解決后才能上電，直流24V開關電源容量為直流24V/5A，數控系統需3A，外部電源可提供2A容量供用戶使用。（2）電源輸出模塊有一電源鑰匙開關，其開關是為強電的控制回路供電。

2.2　電氣控制電路的設計

數控系統由隔離變壓器提供AC220V電源，以避免電網擾動對系統的干擾。X軸和Z軸的驅動裝置由機床變壓器提供AC220V電源。采用兩個開關穩壓電源分別提供I/O+24V和中間繼電器+24V，以避免干擾對I/O信號的影響。整個系統的電源配置必須接地可良好，因為接地的好壞直接影響到系統的抗干擾性和安全性。

2.2.1　主電路設計

數控車床主電路包括主軸控制電路、刀架電機控制電路、冷卻電機控制電路和伺服驅動組成。如圖1所示為數控車床電氣控制中的380V強電回路圖。

QS為電源總開關，QF1、QF3、QF4、QF2分別為主軸控制、刀架控制、冷卻控制、伺服驅動空氣開關為電路的短路保護。TC1為控制變壓器，初級為AC380V，次級為AC220V。

主軸控制電動機M1，由變頻器控制主軸的轉速；刀架電動機M3由接觸器KM1/KM2來控制正反轉；冷卻控制電動機M2由接觸器KM3控制正轉。

2.2.2　控制電路設計

數控車床控制電路包括冷卻控制、刀架控制、風機冷卻、開關電源、CNC系統控制等組成。如圖2所示。

數控車床系統輸出接口，控制功能有主軸正轉、主軸反轉、冷卻控制、刀架正轉、刀架反轉等功能。伺服驅動系統。其正轉、反轉及速度控制是由數控系統進行控制的。

3、結語

數控機床是集計算機技術、PLC　技術、自動化技術等于一身的機電一體化產物，作為數控機床核心的控制系統直接關系到設備的正常運行，利用數控機床PLC　的強大功能，可以充分發揮數控機床控制系統的作用，還可以為數控機床故障診斷及故障維修帶來極大的方便

參考文獻

[1]張路霞.利用PLC進行數控機床的故障檢測[J].設備管理與維修，2011.3.