电机控制实习报告

电机控制实习报告（精选8篇）

电机控制实习报告 篇1

电动机控制线路的连接

一、实训目的

1、了解交流接触器、热继电器、按钮的结构及其在控制电路中的应用。

2、识读简单控制线路图，并能分析其动作原理。

3、掌握控制线路图的装接方法。

二、实训器材

1、交流接触器、热继电器

2、常闭按钮、常开按钮

3、熔断器

4、电动机

5、导线 三.实训原理

电动机的全压起动

对于小容量电动机或变压器容量允许的情况下，电动机可采用全压直接起动。

四.实验内容与步骤

（一）、单向运行控制线路

1、点动控制线路

电动机的单向点动控制线路如图所示。当电动机需要单向点动控制时，先接上电源U、V、W，然后按下起动按钮SB，接触器KM线圈获电吸合，KM常开主触头闭合，电动机M起动运转。当松开按钮SB时，接触器KM线圈断电释放，KM常开主触头断开，电动机M断电停转。２、连动控制线路

单向连动运行控制线路电动机的单向连动控制线路如图所示。接上电源U、V、W，按下SB2，接触器KM获电闭合，KM常开闭合，电动机起启动，同时使与SB2并联的1常开闭合，这叫自锁开关。松开SB2，控制线路通过KM自锁开关使KM线圈仍保持获电吸合。如需电动机停机，只需按下SB1即可。机，只需按下SB1即可。

3、点动和连动混合控制线路

电动机点动和起动混合控制线路如图所示。先接上电源U、V、W，然后按下起动按钮SB2，接触器KM线圈获电吸合并自锁，KM常开主触头闭合，电动机M起动运转。

若按下起动按钮SB3，接触器KM线圈获电吸合KM常开主触头闭合，电动机M起动运转。由于起动按钮SB3的常闭辅助触头断开接触器KM的自锁回路，所以是点动控制。

4、正反转控制线路

正反转控制线路采用两个接触器，即正转的接触器KM1和反转接触器KM2。当接触器KM1 三对主触头接通时，三相电源相序按Ｕ、V、W，接入电动机。而当KM2的三对主触头接通时，三相电源相序按W、V、U、接入电动机，电动机即反转。

线路要求接触器KM1和KM2不能同时通电，否则它们的主触头就会一起闭合，造成U、W、两相短路。为此在KM1和KM2线圈各自支路中相互1副常闭辅助触头，以保证接触KM1和KM2的线圈不会同时通电。KM1和KM2的这2副常闭辅助触头在线路中所起的作用称为联锁作用，这2副常闭辅助触头叫做联锁触头。

正转控制时，按下按钮SB2，接触器KM1线圈获电吸合，KM1主触头闭合，电动机M起动正转，同时KM1的自锁触头闭合，联锁触头断开。

反转控制时，必须先按停止按钮SB1，接触器KM1线圈断电释放，KM1触头复位，电动机断电；然后按下反转按钮SB3，接触器KM2线圈获电吸合，KM2主触头闭合，电动机M起动反转，同时KM2自锁触头闭合，联锁触头断开。

这种线路的缺点是操作不方便，因为要改变电动机的方向，必须按停止按钮SB1，再按反向按钮SB3才能使电动机反转。

5、对主电路及控制电路进行检查。

6、经老师检查确认接线正确，然后才允许通电，观察实训结果。

日光灯控制线路的连接

一、实训目的

1、了解日光灯、开关，及其在控制电路中的应用。

2、识读简单日光灯控制线路图，并能分析其工作原理。

3、掌握开关控制线路图的装接方法。

二、实训器材

1、一个日光灯、一个白炽灯

2、两个开关

3、一个插排

4、一个白炽灯座

5、导线若干 三.实训原理

日光灯接在220v的情况下，拉下开关会发出光线。

四.实验内容

（一）、一个开关控制一盏灯(原理图)

1、一个开关控制一盏灯。

日光灯控制线路如图所示。当日光灯希要控制时，先接上220V的交流电压，然后按合上左边开关按钮，这时日光灯就会亮，当右边合上的时候白炽灯亮。当松开按钮左边时，右边的白炽灯依然亮，两个开关都断开此时亮灯都不亮。此时插排的电压依然有。

五 实训感想

电机控制实习报告 篇2

直线电机车辆采用直线感应电机牵引,轮轨系统支撑导向,是一种新型的城市交通系统,它具有车辆断面小、维护方便、可通过大坡度 (最大坡度可达60‰～80‰)及小半径曲线 (最小曲线半径可达35 m)、噪声小 (可降低10 dB左右)、选线自由、工程造价低、受天气变化影响较小等优点,同时又利用轮轨结构导向支撑,省去了磁悬浮列车的一系列悬浮导向设施,更为安全和便于控制,可以说,直线电机车辆是非常适合于中等级运量(每小时单向客流量 1万人次～3万人次)的地铁、高架轨道交通系统。

2 直线电机基本原理

直线电机是旋转电机在结构方面的一种变形,可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开,然后将电机的圆周展成直线演变而成(图1)。由定子演变而来的一侧称为初级,由转子演变而来的一侧称为次级,为了在运动过程中始终保持初级和次级耦合,初级侧或次级侧中的一侧必须做得较长,初级侧长的电机称为长定子直线电机,初级侧短的电机称为短定子直线电机。

直线电机的工作原理类似于传统的旋转感应电机(图2),将旋转感应电机静止的定子(电磁铁和绕组)安装在车辆的转向架上,将旋转的转子(感应板)平铺设置在线路轨道的中间,当电流通过直线电机的电磁铁绕组时,会产生向前方向的磁场。通过与轨道上的感应板的相互作用产生牵引力,推动列车前进;改变磁场的方向,则使列车后退。车辆平稳运行时,定子与感应板之间的气隙一般保持在10 mm左右。

直线电机带来了诸多优点,然而,长期以来直线电机的效率都较旋转电机低很多,主要是因为直线电机的气隙较旋转电机的气隙大得多。尤其是轨道车辆上的直线电机气隙更大,一般在12 mm左右,而普通旋转电机的气隙一般在0.25 mm～0.8 mm之间。这主要是由于电机悬挂在车辆上,车载定子与地面转子处在一个相对直线运动的弹性(轴箱垂向弹性定位以及道床弹性)系统间,不可避免地会造成气隙变化(图3)。直线感应电机的效率和功率因素与气隙成反比,当电机气隙为12 mm时,电机效率下降到73%左右。

因此,有必要减小轨道车辆上直线电机的气隙,并保证气隙在很小的范围内变动。

3 国内外直线电机轨道车辆电机悬挂方式及特点

3.1 加拿大MK Ⅱ型转向架副构架悬挂方式

加拿大庞巴迪公司研制的直线电机转向架是在三大件转向架的基础上改进的,采用了迫导向机构(图4)。该转向架前后轮对通过2个副构架连接起来,副构架呈V字形,一端与轮对固结,一端与另一个副构架铰接,在铰接点处用垂向吊杆将 2 个副构架的一端悬挂于摇枕上,铰接点两侧通过水平拉杆将2个构架与摇枕相连,以传递转向架和车体之间的纵向力。直线电机位于副构架之下,两端通过三点铰接机构悬挂在副构架上。一系悬挂采用刚度很大的橡胶弹簧。

这种直线电机悬挂方式的特点是,直线电机的质量和垂向电磁力直接通过轴箱和径向轴承由轮对承受,直线电机产生的纵向牵引力以及制动力则直接传递给副构架,再由副构架传递给摇枕,摇枕通过两侧的牵引杆又直接传递给车体。因此,转向架构架既不承受产生于直线电机的垂向载荷,也不承受产生于直线电机的纵向载荷,从而大幅度降低了转向架自重。同时,一系悬挂装置不承受额外的产生于电机的纵向载荷,可以尽量减小一系悬挂纵向刚度,以改善车辆的曲线通过性能。事实上,由于转向架构架与一系轴箱之间不再传递牵引力,MK Ⅱ型转向架的两侧架通过橡胶弹性垫置于轴箱上,一侧铰接,另一侧可以在橡胶弹性垫上沿轴箱滑动,构成理想的几乎不受任何约束的水平转动机构。在通过曲线时,轮对可以沿径向自由移动,大大提高了曲线通过能力。

3.2 日本的轴悬式及架悬式

日本于20世纪90年代引进了加拿大的直线电机轨道交通系统技术,并根据自身条件,开发了内置构架与外置构架2种直线电机径向转向架,并进行了大量的试验,先后试验和使用过5种型式的转向架。

日本早期研制的电机直接悬挂于转向架的轮对上。在直线电机悬挂座中部安装有抱轴轴承,电机定子通过橡胶轴衬支承在轴承上。从直线电机定子传来的垂向静态力和动态力,直接通过轴箱轴承由轮对承受。纵向牵引力的传递与旋转电机转向架类似, 即牵引力先通过轮对传递给轴箱,再由轴箱传递给构架。因此,这种直线电机转向架的技术风险仅集中在电机悬挂和轮轴设计上,可以在传统转向架的基础上,经过对轮对的改装设计并增加电机悬挂装置而实现。然而,试验结果表明,这种结构由于直线电机完全属于簧下质量,轮轨动作用力较大,而且牵引力通过轴箱传递,对曲线通过时的轮对摇头产生很大影响。因此,日本后来放弃了这种结构。

目前日本大量采用图5所示的直线电机直接悬挂于转向架构架之上的自导向转向架。图6则是在H型构架的横梁上安装了特制的杠杆机构,来微调电机的气隙。从电机传来的垂向静态力和动态力通过构架和一系悬挂装置传递到轮对,因此,改善了对轨道的动作用力。这种转向架的缺点是,转向架构架额外承受了由直线电机带来的垂向载荷,同时一系悬挂的垂向刚度必须设计得很大,才能减缓因车内载荷的剧烈变化而引起的直线电机气隙的大幅改变,因此,影响了车辆乘坐舒适度。另外,来自直线电机的振动无法与转向架和车体隔离,对转向架主要部件和车体的结构强度有一定影响。日本直线电机转向架磁极气隙的调整方式与MK Ⅱ型转向架类似,也是在悬挂座处加调整垫,并且通过横梁上的微调机构进行微调。

3.3 广州地铁4号线电机副构架悬挂方式

广州地铁4号线直线电机采用副构架悬挂方式,即副构架连接在左右轴箱之间,电机吊挂在副构架上,消除了一系弹簧对电机气隙的影响(图7)。一系可以采用较小的值,但不宜太小。要尽量减少电机吊杆力对轴箱产生的扭矩。轴箱悬挂的径向游隙对气隙也有影响,一般采用构架内置的形式。气隙一般控制在8 mm左右,气隙变动范围为±4 mm。电机安全鼻设在旋转车轴之上。电机承受来自路面的轨道垂向不平顺激励。由于传统轮对比独立车轮更为可靠,因此,大多使用传统轮对。但由于存在轴箱装置并将直线电机悬挂在轴箱上,增加了簧下质量。电机受到转向架蛇行运动的激扰,容易引起吊杆在横断面内的偏摆,从而引起气隙变动和吊杆受力大。

3.4 电机悬挂方式的分类

由上可见,电机悬挂方式主要有3种,即轴悬式、架悬式和副构架悬挂方式。

日本早期采用轴悬式,这种结构由于直线电机完全属于簧下质量,轮轨动作用力较大,而且牵引力通过轴箱传递,对曲线通过时的轮对径向摇头运动影响较大,严重影响轮轨动力学特性。

日本目前所用的直线电机均装在转向架构架上,由于直线电机要随转向架构架一起振动,这就存在直线电机(线圈)与感应板的气隙较大且气隙随振动变化的缺点,由此导致电机效率较旋转电机低70%左右,气隙变化越大效率越低,运行能耗增大,更影响驱动和制动性能,同时由于采用较大的轴箱垂向刚度影响了旅客乘坐的舒适度,这也正是架悬式直线电机地铁车辆的劣势所在。

加拿大MK Ⅱ型转向架和广州地铁4号线转向架直线电机都采用了副构架悬挂方式。虽然消除了一系弹簧对气隙的影响,但是由于增加了簧下质量,导致轮轨冲击振动加大,增大了运行噪声,轮轨磨耗及轮轨相互作用比较严重。

4 直线电机轨道车辆恒隙控制技术的提出

不难看出,上述3种电机悬挂方式在车轮磨耗以后或一系弹簧发生永久变形后,都必须对牵引电机悬挂系统进行调整。但这些都是简单的调整,如加减调整垫,而非实时调整。磁悬浮列车与直线电机轨道车辆相似,都采用直线电机。为了保证磁悬浮列车稳定运行以及顺利通过曲线,必须对车辆与轨道之间的气隙进行实时检测与调整,将其运用到直线电机车辆上将是可行而有效的。

4.1 磁悬浮列车气隙控制方式

高度控制系统利用在磁铁和轨道之间设置的感应器,实时探测电磁铁与轨道的距离,通过调整电磁铁的励磁电流,调整电磁铁与轨道之间的吸引力,以保证电磁铁与轨道之间的距离(气隙)稳定在8 mm左右,实现列车稳定悬浮。

4.2 直线电机车辆的恒隙控制

为了实现直线电机的恒隙运行,借助气隙传感器和加速度传感器,通过对电磁铁施加主动控制,保证气隙在10 mm,从而保证牵引力和电机效率。针对转向架的振动特点,采用主动悬挂来控制直线电机与感应板气隙,并尽量保持一恒定较小值,解决直线电机车辆能耗大、动力学性能受直线电机气隙变化影响等问题。

直线电机采用主动悬挂控制技术,可将其用气缸、油缸或机电式作动器悬挂在转向架上,以直线电机与地面感应板的气隙为控制目标,进行等距离的主动控制,实现小气隙和恒隙。也可以考虑磁悬浮主动悬挂方案,电机直接和地面间用磁悬浮技术,实现小气隙和恒隙。采用辅助轮支撑,辅助轮将电机支撑在感应板上,实现小气隙和恒隙。在这3种主动控制方案中,通过主动悬挂技术,将直线电机安装在构架上是比较简单可行的(图8)。

直线电机主动悬挂的恒隙控制系统主要包括:适用于电磁场、线路及车辆有轻度污垢环境、中低速运行条件的非接触式间隙测量传感器,相应的数据处理软件,控制系统,以小型机电式作动器作为驱动的执行机构系统,配套电源等。系统通过采集牵引电机与地面感应板之间的气隙数据,以恒隙控制为目标,建立相应的控制系统模型,提出适用的控制策略。

5 结束语

在直线电机车辆的牵引电机悬挂系统中引入主动控制技术是非常必要的,采用主动悬挂能够实现感应板和直线电机之间的小间隙和恒隙,大大提高牵引电机的驱动效率,减少簧下质量及轮轨相互作用,提高车辆的运行品质。

摘要：直线电机轨道车辆采用直线感应电机牵引、轮轨系统支撑导向,是一种新型城市轨道交通工具。本文介绍了直线电机的原理,对加拿大、日本以及广州4号线的直线电机车辆的不同牵引电机悬挂方式进行了对比分析,提出了在牵引电机悬挂系统中采用主动控制的恒隙技术的初步设想。

关键词：铁道车辆,直线电机,恒隙控制

参考文献

[1]俞展猷.直线电机车辆运行方式的技术优势与发展[J].现代城市轨道交通,2004,(1):52-57.

[2]叶云岳等.直线电机原理与应用[M].机械工业出版社,2000.

[3]刘友梅,杨颖.城轨交通的一种新模式——直线电机驱动地铁车辆[J].电力机车与城轨车辆,2003,26(4):4-7.

[4]金新民.直线感应电机在地铁车辆上的应用[J].机车电传动1998,(2):1-3.

[5]柳拥军,杨中平.直线感应电机悬挂技术[J].都市快轨交通,2006,19(1):49-51.

[6]李娜.直线电机城市轨道交通系统的特点及应用[J].电力机车与城轨车辆,2005,28(3):52-54.

[7]杨中平,柳拥军,单雷.日本直线电机地铁车辆技术[J].都市快轨交通,2006,19(2):63-67.

永磁同步电机控制策略 篇3

永磁同步电机的材料组成是交流电机，应用激磁磁极转子这种高性能永磁材料，因此，其控制系统与普通同步电机不同，并且，电机的机械结构也不相同。因此，永磁同步电机的气隙磁密较高，而且，具有较小的转矩脉动，但转矩/惯量比较大，所以，与普通电机相比效率极高。因上述诸多优点，永磁同步电机应用范围逐渐扩大，应用领域包括高性能机床进给控制、位置控制和机器人等。为了能够更好的使永磁同步电机发挥出作用，就需要对永磁同步电机有一定的了解，并对其控制策略进行探讨。

永磁同步电机原理

永磁同步电机原理是，三相电流通入在电动机的定子绕组，使旋转磁场形成于電动机定子绕组中，因为转子上安装了永磁体，而永磁体的具有固定的磁极，磁极同性相吸异性相斥，因此，定子中的旋转磁场会影响转子，带动其进行旋转，最终，转子会和定子中产生的旋转磁极具有相同的旋转速度，所以，永磁同步电机启动过程可以看做是异步启动阶段和牵入同步阶段共同组成的。

永磁同步电机结构

永磁同步电机的组成是由转子、端盖和定子等部件。通常来说，永磁同步电机与普通感应电机结构十分相似是其最大的特点，而与其他电机的区别则在于其转子结构具有独特性。因为，永磁同步电机的转子上有质量较高的永磁体刺激。根据永磁安放位置的不同，可以将永磁同步电机分为内嵌式、面贴式和插入式三大类，具体如图1所以。

永磁同步电机控制策略

恒压频比控制。恒压频比控制是通过开关控制使电机运转维持一定的转速，简单来说，就是按照系统给定，通过空间矢量脉宽调制转化成理想的输出。恒压频比控制应用的依据是对电机稳态进行模拟，得到的是不理想的动态控制系统性能。因此，如果想获得动态性能较高，就需要数学模拟电机动态。永磁同步电机的动态数学模型较为复杂，是非线性、多变量的，其中包括角速度和电力的乘积项，因此，必须采用对角速度和电流解耦的方式才能够使控制性能更加精准。最近几年，为了能够更好的解决永磁同步电机非线性特定这一问题，已经对各种非线性控制器进行了研究。

矢量控制方案。F.Blaschke是德国西门子公司，该公司于1971年首次提出矢量控制原理，自提出起便被广泛关注，并且，对其理论和应用等方便都展开了较为深入的研究。简单来说，矢量控制就是利用普通的三相交流电机，对直流电机转矩的控制规律进行模拟，也就是说，把三相交流电机的定子电流进行分解，得出励磁电流和转矩电流的分量，并在磁场定向坐标上垂直的对励磁电流分量和转矩电流分量进行标记，使其独立后，分别的对其进行调节。通过这样的方式就使得交流电机与直流电机在转矩控制原理和特性上基本一致。而在进行矢量控制时，需要格外注意的就是定子电流幅值和空间位置的控制。矢量控制是以改善转矩控制性能为目的，以定子电流控制为最终的实施方式。因为，定子测的物理量均为交流量，所以，空间矢量在空间旋转是同步转速，这样十分不便于调节、控制和计算。所以，此时坐标变换十分有必要，这样能够将各物理量由静止转换到同步旋转坐标系。该准则是产生同样的旋转电动势，三相静止坐标系将交流电iA、1B和ic进行3/2变换以及d B/dp变换，便能够等效成同步旋转坐标系下的直流电1d、iq，观察者如果和旋转坐标系旋转速度相同，那么，就能够看到直流电机。

矢量控制方案也存在一定的不足，因为，矢量控制方案针对交流伺服电机控制较为有效，但由于需要矢量旋转变换，所以该方式较为复杂，而且，与电磁常数相比，电机的机械常数较慢，质量控制的中转矩相应速度不够。

直接转矩控制。直接转矩控制是由上世纪80年代德国学者Depenbrock提出，其优点是结构简单、转矩相应快等，更好的解决矢量控制中存在的问题。直接转矩控制采取定子磁链定向的方式，因此，不需要解耦控制和电流反馈，而是，通过离散的两点式控制对电机定子磁链和转矩进行调节。通过直接转矩控制可以使磁链和转矩双闭环控制得到实现。当电机的磁链和转矩值获得之后，便能够对永磁同步电机进行直接转矩控制。图2为永磁同步电机直接控制方案结构图，其组成是永磁同步电机、逆变器、转矩估算、磁链估算和电压矢量切换开关表等环节，其中的uD、uQ，iD、iQ是静止DQ坐标系下电压、电流分量。

电机控制实习报告 篇4

随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。步进电机是将电脉冲信号变换成机械角位移的一种装置，每个脉冲使转轴步进一个步距角增量，输出角位移与输入脉冲数成正比，转速与输入脉冲成正比，转速与输入脉冲频率成正比。

步进电机的控制方式简单，属于开环控制，且无累积定位误差，有较高的定位精度，而PLC作为一种工业控制微机，是实现电机一体化的有力工具，因此基于PLC的步进电机控制技术已广泛用于数字定位控制中。本控制系统的设计，由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计主要包括步进电机的工作原理、步进电机的驱动电路设计、PLC的输入输出特性、PLC的外围电路设计以及PLC与步进电机的连接与匹配等问题的实现。软件设计包括主程序以及各个模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制。本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。

本文主要介绍了西门子S7-200在步进电机控制方面的应用。

关键词： 步进电机、PLC、西门子S7-200

目录

1.概述...........................................................................................................................1 2.硬件设计.....................................................................................................................2 2.1控制要求..........................................................................................................2 2.2选择PLC型号................................................................................................2 2.2.1 I/O点数的估计..................................................................................3 2.2.2 用户存储器容量的估算.....................................................................3 2.2.3 CPU功能与结构的选择....................................................................3 2.2.4机型选择..............................................................................................4 2.3 系统设计流程示意图....................................................................................4 2.4 I/O分配表.......................................................................................................5 2.5 I/O接线图.......................................................................................................5 3.软件设计....................................................................................................................6 3.1设计梯形图.....................................................................................................6 3.3.1 梯形图编程语言概述.........................................................................6 3.3.2 梯形图指令程序................................................................................6 3.2设计指令表......................................................................................................8 4.调试..........................................................................................................................10 5.结束语.......................................................................................................................11 6.参考文献...................................................................................................................12

I

1.概述

在电气信息时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产还是在日常生活中的家用电器，都大量地使用着各种各样的电动机。因此对电动机的控制变得越来越重要了。电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术、微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术化。

步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，其原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

PLC全称可编程控制器，是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微机处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。随着PLC性价比的不断提高，其应用领域还将不断扩大。PLC对步进电机具有良好的控制能力,利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能,即可实现对步进电机的控制。利用PLC控制步进电机,其脉冲分配可以由软件实现,也可由硬件组成。

2.硬件设计

2.1控制要求

在步进电机单元完成本实验。

使用移位寄存器指令，可以大大简化程序设计。移位寄存器指令所描述的操作过程如下，若在输入端输入一串脉冲信号，在移位脉冲作用下，脉冲信号依次移位到各个寄存器的内部继电器中，并将这些内部继电器的状态输出，每个内部继电器可在不同的时间内得到由输入端输入的一串脉冲信号。

图2.1 步进电动机控制的模拟实验面板图

2.2选择PLC型号

选择合适的机型是PLC控制系统硬件配置的关键问题。目前，国内外生产PLC的厂家很多，不同的厂家的PLC场频随谈基本功能相似，但有些特殊功能、价格、服务及使用的编程指令和编程软件都不同。而同一厂家生产的PLC产品又有不同的系列，同一系列中又有不同的CPU型号，不同系列、不同型号的。因此，如何选择合适的机型至关重要。

PLC的选择主要应从PLC 的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模 2

块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。选择时应主要考虑到合理的结构型式,安装方式的选择,相应的功能要求,响应速度要求,系统可靠性的要求,机型尽量统一等因素。

2.2.1I/O点数的估计

I/O点数是PLC的一项重要指标.合理选择I/O点数计可使系统满足控制要求,又可使系统总投资量最低。PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量等输入/输出设备情况来确定，一般一个输入/输出元件要占用一个输入/输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上20%到30%的备用量。

2.2.2 用户存储器容量的估算

PLC常用的内存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。一般微型和小型PLC的存储容量是固定的，介于1-2KB之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略的估算。

2.2.3 CPU功能与结构的选择

PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻

辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：

1）功能与任务相适应

2）PLC的处理速度应满足实时控制的要求 3）PLC结构合理、机型统一 4）在线编程合理和离线编程的选择

2.2.4机型选择

综上所述，可知本次步进电动机控制的模拟中PLC型号选择：I/O点数的统计：输入1点（SD）；输出4点（A、B、C、D），控制步进电机。SD为启动按钮。估计PLC用户程序长度：为I/O点数的（10-20）倍，选用S7-200 CPU226 CN AC/DC/RLY输出的PLC即能满足要求。

2.3 系统设计流程示意图

图2.2 系统设计流程图

2.4 I/O分配表

表2.1 I/O分配表

2.5 I/O接线图

图2.3 I/O接线图

3.软件设计

3.1设计梯形图 3.3.1 梯形图编程语言概述

梯形图(LAD)是与电气控制电路图相呼应的图形语言。它沿用了继电器、触点、串并联等术语和类似的图形符号，并简化了符号，还增加了一些功能性的指令。梯形图是融逻辑操作、控制于一体，面向对象的、实时的、图形化的编程语言。梯形图信号流向清楚、简单、直观、易懂，很适合电气工程人员使用。梯形图（LAD）在PLC中使用得非常普遍，通常各厂家，各型号PLC都把它作为第一用户语言。

3.3.2 梯形图指令程序

3.2设计指令表

指令语句表（STL）使用助记符来表达PLC的各种控制功能的。它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言直观易懂，编程简单，因此也是应用很广泛的一种编程语言。这种编程语言可使用简易编程器编程，但比较抽象，一般于梯形图语言配合使用，互为互补。目前，大多数PLC都有语句表编程功能，但各厂家生产PLC的语句表（STL）所用的助记符互不相同，不能兼容。

Network 1 // 网络标题

LD T40 EU SHRB M0.0, M20.0, +4

Network 2 LD M20.4 ON I0.0 R M20.0, 4

Network 3 LD M20.3 ON I0.0 R M0.1, 1

Network 4 LD M20.0 S M0.1, 1 Network 5 LD I0.0 AN M0.1 = M0.0 Network 6 LD I0.0 AN T41 TON T40, +1

Network 7 LD T40 TON T41, +1

Network 8 LD M20.0 = Q0.0

Network 9 LD M20.1 = Q0.1

Network 10 LD M20.2 = Q0.2

Network 11 LD M20.3 = Q0.3

4.调试

步进电机的控制系统由可编程控制器和步进电机功率驱动器组成，控制系统中PLC用来产生控制脉冲；通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲，控制步进电机的转角；同时通过编程控制脉冲频率。

在输入端输入一串脉冲信号（1000），在移位脉冲作用下，此脉冲信号依次移位（1000-0100-0010-0001-1000-…...）至各个寄存器的内部继电器（Q0.0-Q0.1-Q0.2-Q0.3-Q0.0-……）中，并将这些内部继电器的状态输出（LED灯A亮-B亮-C亮-D亮-A亮-……）。

若将梯形图网络三中复位指令的指令操作数M0.1改为M0.2或M0.3，各个寄存器的内部继电器的状态输出将发生改变（1000-0100-0010-0001，即A亮-B亮-C亮-D亮），不会循环移位；

若将梯形图网络四中置位指令的指令操作数M0.1改为M0.2或M0.3，各个寄存器的内部继电器的状态输出将发生改变（1000-1100-1110-1111，即A亮-AB亮-ABC亮-ABCD亮），不会循环移位。

5.结束语

这次课程设计我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。

课程设计是对学校所学知识的全面总结和综合应用，对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力。

在不断的努力下我的课程设计终于完成了。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

总之，通过这次课程设计大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

6.参考文献

电机实习报告 篇5

重庆科技学院电气与信息工程学院张天峰

一、前言

电机实习是我们能够将课本中所学的理论知识与实践知识相结合的一个非常重要的环节，通过对电机生产过程的参观，电机实体结构的认识，可以更好的掌握课本中的理论知识。这次实习主要分为去重庆赛力盟电机有限公司厂内工程师对电机生产过程的介绍参观和学习一位电机老师傅拆装电机，要求我们通过这次实习能够更清楚的认识电机的内部结构与生产流程。

二、实习内容

2014年6月30号上午，我们全体电气工程及其自动化2012级同学乘坐校车前往重庆赛力盟电机有限公司进行实习参观，第一次从教室踏入工厂的车间只能用激动和震撼两个词来形容，接待我们负责讲解的是赛力盟电机公司一位年轻的研发部门的工作人员，当他说出自己也是从大学毕业后进入这里工作的时候一下子给我们拉近了距离。

在进入车间参观之前，工程师很热情严肃的给我们介绍参观实习过程中的安全注意事项，要注意头上的天车吊卸重物，胸前的参观牌在生产机器前要用手拿住以防被卷入机器中去。工程师带我们进入的第一个车间是主要负责转轴加工的，工程师给我们讲解了转轴加工的主要流程：下料（做成一节一节圆乎乎的）—粗车—调制（热处理）—半精车（一圈圈红色的）—磨床—铣键槽（铣床），这个流程过后如果可以通过焊浮金使其对称，跟随着工程师的讲解，我们见到了一个个电线杆粗的转轴，真的很吃惊，没想到转轴竟然还有这么大和粗的。工程师告诉我们这是大型电机的转轴，大型电机工作性能最好的可以一个小时之内将广州一个区的雨水排干净，紧接着我们看到了电机的外壳排内关盖箱体，工程师给我们了讲解了很多工作经验总结出来的知识，这些在课本内是找不到的，大型的电机主要采用方扁型的，圆形的很少用，比如说大型水轮机和发电机，压圈用做定子铁芯两端用的，飞轮可以增加转子的惯性，机座的外面要添加防锈漆，轴承可以分为稳动轴承和滑动轴承，焊接浮金可以加大直径等知识。当我们走到一个滑动轴承边上时，一同学突然提出一个非常好的问题：为什么转轴铁芯有一边会有一圈圈减小的螺纹？工程师耐心的给我们解释这是因为那边是风扇位，另外

一边是输出端，风扇位那端不需要太圆的轴承。紧接着我们看到了发电机的转轴，工程师给我们讲解了轴承内部为什么会有孔，电是怎么传送出来的。我们今天见到了立式和卧式两种电机的实体，在厂内看到了活动导员的生产加工过程，工程师给我们讲解了这两种不同形式电机的使用范围。

紧接着我们进入了小型电机的加工车间，见到了我们课本中经常学习的绕线式和鼠笼式电机实物，当看到小电机的关盖的时候，我很疑惑为什么关盖上有四条高出平面的条条？经向工程师咨询，原来这叫加长筋，关盖本身比较薄，通过加长筋可以使关盖不易破碎。工程师给我们讲解了机座的加工过程：车削（铁芯位）—洗脚底板（安装平面）—转孔（连接），电机是有双循环的，包括内循环和外循环，内循环主要是内通风道通过气流将电机内部的热量散出。我们见到了大型的定子铁芯，发现铁芯的内部凹槽之间还有一个个短的透气的小口口，工程师讲这叫冷却通风槽用来散热的，这在我们课本中是没有提到的，我们看见了被呢绒包裹的一条条铜线，根据绝缘要求的不一样，可以分为外包玻璃丝的绝缘层、含云母的绝缘层和呢绒带，其中绝缘层越薄越好，也分为低压线和高压线，高压线圈上拥有比较特殊的黑色低阻带，半导体的一种材质，可以用在高海拔上面，工程师开玩笑说这是他们公司的机密，也就没有给我们细讲，不过可以感受到，能够解决高海拔上电机放电的问题一定是高科技的。

我们来到了绕线机和高压测试的地方，见到了大量的各种各样各色的铜线圈，工程师给我们讲解高压一般是长方形的铜带，小电机一般是圆形细的，铜的颜色分为金色、银白色和酱色，这取决于外面的绝缘等级和性能，高压电机用少胶云母片最好，而且云母的含量越高越好，到了一个包绝缘层用的无尘车间，由于是月末，这个车间没有开门，工程师特别强调这个车间是耐压试验的，里面的高电压可以打到1万伏特到2万伏特，他们这里每一根线圈都会进行耐压试验。马上就有同学提问，为什么每根导线都要进行耐压试验？为了给我们解答疑惑，工程师把我们带到了这个厂的VPI工艺，这个工艺主要是进行高压真空浸漆的，在国内有这道工艺的工厂很少，将电机组装好后放进去，通过抽干空气和水分，让漆把定子铁芯淹没，高压在把漆打压到里面，然后进行烘干，最后使绝缘一体化，绝缘层一体化可以提高电机的绝缘性能，但是必须建立在线圈耐压的前提下，线圈耐压是核心，如果有一根线圈不耐压，这道工艺就会报废，浪费很多人力物

力，这不禁让我们感受到了工业生产要求的严谨性。不知不觉中，一上午短暂的时间就这么度过了，我们还沉浸在工程师讲解的知识海洋里，下午在学校通过互联网我好好查了查赛力盟电机公司的资料以及电机的实物图片进行了下保存，对一些水轮机、电动机、发电机大中型企业的发展状况有了了解。

第二天上午，我们又乘校车来到了赛力盟电机公司开始新的学习，这次工程师首先带我们进入的是冲剪车间，这个车间主要是生产硅钢片的，先下料，然后通过剪板机自动的被剪成一片片的，之后进行刷漆，形成各种各样的硅钢片，我们见到了正在生产的单槽冲机器，转子片根据开槽不同，可以分为定子内圈和转子外圈，我当时正疑惑这一片片的硅钢片怎么样才能弄成那么厚的定子铁芯？不可能用胶沾吧？正准备问工程师，工程师已经开始讲这个问题，我们见到了一个叫叠加芯胎的圆铁柱，原来硅钢片就是套在它的上面一叠叠的装在一起，通过500吨或者300吨的压床，一下子就可以将转子片分开，做出来冲模，很多同学还是不理解这个过程，工程师带我们见到了很多做好的冲模，这下子大家基本上明白了。有个同学突然提出：为什么电机上会有通风槽？当时我听了这个问题感觉很好笑，通风槽不就是用来散热的吗？后来工程师给我们讲解并不是每一种电机都有通风槽的，这跟电量有关，像液冷的空调就不需要通风槽，我听了突然感觉自己知道的太少了，还需要虚心的学习请教。

我们到了最后一个要参观的车间总装车间，这个车间主要负责小电机的装配、中大型电机装配、水轮机的装配以及对电机外壳的刷漆。我们见到了很多的发电机和同步电机的机座，有扁式的和立式的，电机上的风机分为自带风机和外加风机，自带风机会损耗电机本身的能量，一般情况下大型的电机高于1000kv的都拥有自带风机，工程师到一个电机前给我们说这个电机是要用到重庆轻轨六号线的，我们听了都很吃惊很赞叹，可能这也是看到自己所学专业为社会发展带来价值的一种自我肯定吧，总装车间旁边有一个刷漆的有毒高危车间，里面有小电机生产的流水线，虽然说是有毒高危的，但是偶尔去一次也不会有什么大问题，带着对知识的渴望和好奇，我们还是走进了这个车间看一个个被漆好的小型电机，在这里我们见到了很多课本上学到的鼠笼式电机、直流机，直流机和交流机最大的区别就是有无换向器。下午，通过上网查资料，得到了很多书本上没有的关于直流机和交流机以及水轮机的资料，这些宝贵的知识需要我们自己去总结和

发现。

第三天是给我印象最为深刻的一天，这天是在学校逸夫科技大楼的实验室看电机老师傅拆装电机，但是老师傅有些话语却激发了我对知识的渴求和对国家工业发展的一种超越欲望。电机老师傅为我们拆装了直流电动机和单相电容异步起动电动机，在拆装的过程中，除了讲解这些电机内部的结构、拆装的前后顺序，而且还动情的给我们讲解目前国内电机与国外电机的差距，国内工业和国外工业的差距，虽然他没有那么直白的鼓励我们每一位同学一定要出国留学学习国外的先进技术，一定要为国家民族的发展努力学习，但是他却为每一位有责任心的大学生埋下了一个深深的理念，当学习与民族发展联系到一起的时候，我们的内心才会产生无穷大的动力。我们本以为从工厂出来的老师傅会强调我们培养自己的动手能力，没想到老师傅却特别的强调我们要学习好课本上的理论专业课知识，他给我们讲解电机出现的任何问题都是建立在理论知识上去解决的，只有掌握了理论知识，才能在操作上解决问题的时候拥有理论依据，才能以理服人。老师傅的讲解让我们为自己的学习定位有了更加准确的认识。

三、实习生产的心得体会

《电机与电气控制》教案 篇6

彬县职业教育中心

第一讲

一、章节：《电气控制课程设计》

课程设计任务安排及设计方法

二、教学目标

应知：课程设计要求及任务 应会：电气控制系统的设计方法

难点：电气控制系统的设计方法 三、教学方法： 结合实例讲授 四、教学过程：

1、介绍任务安排，分组选题

2、讲授电气控制系统的设计方法、设计思路及设计步骤 五、问题与讨论：

1、对所选课题的设计思路 六、考工必备

电气安装及布线原则 七、课后小结：

电机控制实习报告 篇7

永磁同步电机 (PMSM) 因具有结 构简单、运行 可靠、转矩惯性比和能量密度高等特点[1]而在一些高性能 的调速系 统和伺服系统中得到了广泛的应用。但由于永磁同步电机是 一个多变量非线性强 耦合时变 系统, 同时调速 驱动系统 一般采用PWM控制的电力电子功率器件作为执行单元也进一步加强了整个系统的非线性, 加之系统通常无法运行在理想的环境 下, 系统中还存在各种各样的扰动, 因此常规控制策略很难满足高性能调速控制系统的控制要求[2]。

传统的PMSM矢量控制 系统通常 采用比例 积分 (PI) 控制, 在一定程度上PI控制器可以满足调速系统的基本要求, 但由于算法本身是建立在精确数学模型的基础之上, 依赖于电机本体参数, 使得其鲁棒 性较差。而且 实际的PMSM控制系统中被控对象会随运行情况而变化, 对一些精度要求高的场 合, 固定增益的PI控制器无 法获得满 意的控制 效果[3]。模糊 (Fuzzy) 控制是一种能够模拟人类思维的 智能控制 方法, 它降低了对被控对象数学模型精确度的要求, 可以有效地降低系统的非线性, 具有较好的鲁棒性。模糊控制被广泛地应用于自然科学与社会科学的许多领域[4]。

本文综合利用模糊控制和PI控制器的 优点, 提出并设 计了智能模糊PI控制器, 通过建立满足一定性能 要求的模 糊控制规则, 使得永磁同 步电机调 速系统获 得了良好 的动静态 性能。最后通过Matlab仿真和实验平台验证了基于模糊PI控制器的PMSM调速系统算法的可行性和可靠性。

1PMSM数学模型

因永磁同步电机的转子是一个永磁体, 转子磁场正常情况下为一个恒定磁场, 因此在进行矢量坐标变化时按转子磁场方向定向来确定d轴正方向, 得到dq坐标系下的数学模型[1]。

(1) dq坐标系下的定子磁链方程:

式中 , Ld、Lq分别为定 子电感的d、q轴分量 ;isd、isq为在按转子 磁场定向 后经坐标 变换得到 的定子电 流d、q轴分量 ;ψsd、ψsq为定向后 经坐标变 换得到的 定子等效 磁链的d、q轴分量 ;ψf为永磁同 步电机中 转子永磁 体建立的 磁链的幅 值。

(2) dq坐标系下的定子电压方程:

式中, usd、usq为定子电压在d、q轴上的分量;ωr为电机转子旋转的电角速度 (rad/s) ;Rs为永磁同步电机定子绕组中的等效集中参数的电枢电阻。

2模糊 PI控制器设计

由于矢量控制引入传统的PI调节算法, 在交流电 机调速控制领域得到了广泛的应用。比例控制器在一定程度上最大限度地保证了系 统的动态 响应速度, 而积分控 制的加入 则使得调速系统的静态 性能得到 了大幅提 升。但是其参 数固定, 使得控制器只能在小范 围内满足 高性能要 求, 一旦控制 系统在整个运行范围内遇到自身参数变化或者外部运行条件扰动时, 动态性能就会下降。这使得PI控制系统 很难达到 预期的目标[4]。

模糊控制器是一种能够简单模拟人的思维方式, 以模糊集合和模糊规则为基础的控制方法, 它具有一定的参数在线调整能力[3]。但是单纯的模糊控制却牺牲了系统的快速性, 在负载产生扰动和控制指令发生变化时系统无法快速跟踪。本文 就是结合PI调节器跟踪速度快、动态响应能力 强和模糊 控制参数在线自调整的能力, 提出采用模 糊PI复合控制 方法。基于模糊PI的控制系统结构如图1所示, 通过对输入误差值以及输入误差值变化率的判断, 用模糊控制规则来 在线整定PI调节器的KP、KI, 从而使控制系统在不牺牲快速响应能力和动态跟踪性能的前提下, 在整个运行范围内具有较高的抗扰动能力和一定的自适应能力。

模糊规则是整个模糊控制器的设计核心, 模糊规则设计的好坏也直接影响到整个控制系统的动、静态性能。模糊控制规则通常使用一系列的专家知识语言进行表达, 它利用知识库的信息模拟人类的推理决策过程, 给出合适的控制量。

隶属度函数是确定精确变量与模糊变量间所 属程度的 表示方法, 将偏差量e和偏差变化率ec及其输出量ΔKP和ΔKI量化到 (-1, 1) 区域内, 相邻模糊子集交集的最大隶属度的大小对控制器的效果影响较大, 为简化运算, 一般使用三角形 或梯形的隶属度函数。本文结合永磁同步电机调速系统特 殊性能要求, 提出非等幅 对称隶属 度空间, 隶属度函 数曲线如 图2所示。

根据图2给出的隶属度函数曲线, 对输入变量的精确值进行模糊化之后, 输出语言 变量的语 言值均取 为“负大” (NB) 、“负中” (NM) 、“负小” (NS) 、“零” (ZO) 、“正小” (PS) 、“正中” (PM) 、“正大” (PB) 7种。

本设计中所用的模糊规则是根据电机精确数学 模型建立母版, 然后按照控制经验与仿真测试进行局部规则修正得 出, 将这些语言控制规则用表1、表2表示出来[4]。

表1、表2表述了通 过输入量 差值和输 入量差值 变化率如何 在线对ΔKP和ΔKI进行调整 的模糊控 制规则。 例如 , 当控制量的 误差为正 大 , 而且误差 变化率也 为正大 , 那么根据控 制规则要 对KP, KI的值进行 在线修改 。KP应当取较 大值 , 以提高响 应的快速 性 , 而KI在控制过 程的引入 原目的是消除 稳态误差 , 但其对控 制系统的 动态性能 也存在影 响 , 为防止瞬时 过大控制 超调 , KI应该取值 很小 , 使得电机 转速迅速向 给定值靠 拢。

利用Matlab中的三维绘图工具可以将表1、表2中的模糊控制规则拟合成更为直观的三维模糊控制输出曲面进行标示, 三维模糊控制输出曲面如图3所示。

模糊量需要转换为精确量才可以对系统进行控制, 把模糊量转换为精确量的过程称为解模糊[5]。常用的解 模糊方法 包括最大隶属度法和重心法。本文采用重心法, 该方法相比于其他解模糊算法输出更为平滑, 且计算方法更有利于数字 实现, 其计算公式如下[6]:

3仿真及实验分析

在Matlab环境下搭 建本文提 出的基于 模糊PI控制的PMSM调速系统仿真模型并进行仿真验证, 参数为:直流侧采用理想直流电压源供电, 母线电压设定为540V, 约为采用有效值380 V的标准进 线电压, 永磁同步 电机定子 电阻Rs=0.78Ω, d轴等效电 感Ld=5.5 mH, q轴等效电 感Lq=8.5mH, 转子磁链ψf=0.3 Wb, 转动惯量J=0.00107kg·m2, 极对数Np=2。

图4给出了模糊PI控制下永磁同步电机调速系统仿真波形。图4 (a) 为负载发生变化时d、q轴电流解耦的控制效果, 图4 (b) 表述了启动、负载扰动和转速指令突然变化时速度的跟踪情况, 因此不难看出模糊PI控制具有良好的 动态响应 和解耦控制效果。

在仿真的基础上搭建实 验平台, 对基于模 糊PI控制的永磁同步电机调速系统算法的可行性进行进一步实验验证。图5给出了实验波形。

CH1—转速给定值CH2—A 相定子电流值CH3—转子位置角CH4—转速反馈实测值

4结语

本文主要研究基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制系统, 将传统矢量调速系统中的PI控制器改为 模糊控制 与PI控制相结合的方式。根据模糊控制的基本原理分别对控 制系统的转速外环和电流内环的模糊PI控制器的设计做了详细分析。仿真和实验结果表明, 采用模糊PI控制的永 磁同步电 机调速系统获得了较好的动、静态性能。

参考文献

[1]唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].机械工业出版社, 2000

[2]王树青.先进控制技术及应用[M].化学工业出版社, 2001

[3]张井岗, 吴聚华, 曾建潮.模型参考自适应内模控制及其仿真研究[J].系统仿真学报, 1997 (2)

[4]张小新.高性能永磁同步电机矢量控制系统的研究[D].哈尔滨理工大学, 2009

[5]杨向宇, 蔡晓铭, 姚佳.基于模糊PI控制的永磁同步电动机伺服控制器设计[J].华南理工大学学报:自然科学版, 2004 (11)

双凸极永磁电机的控制方案研究 篇8

关键词:双凸极;永磁电机;无位置传感器

中图分类号:TM3 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 04-0000-01

Doubly Salient Permanent Magnet Motor Control Scheme

Sheng Haoqi

(Ningbo Public Transport Vehicle Detection Co., Ltd.,Ningbo315000,China)

Abstract:The main characteristics of Doubly Salient Permanent Magnet Motor is simple structure,suitable for automated manufacturing.And the doubly salient permanent magnet motor design is related to positioning are sufficient conditions for zero torque.Given the imprecise position sensor and a non-existing program phase shift position sensor problems,a new Unposition sensor scheme.Simulation results show the accuracy of the new program Practical feasibility and initial confirmed by a microcomputer system.

Keywords: Doubly Salient;Permanent magnet motor;Unposition sensor

双凸极永磁电机采用高性能永磁体激磁,工作在双极性状态下,其能量转化率和绕组利用率较传统变磁阻电机要高,因此它具有较高的转矩密度,与相同功率等级的传统变磁阻电机相比,其体积较小。由于高性能永磁体的采用,双凸极永磁电机设计时绕组匝数与相同功率等级的变磁阻电机相比要少,加之采用集中绕组和体积的减小,绕阻端部长度亦较小,故此电机铜耗较传统变磁阻电机要小。在小功率应用范围内,由于铜耗在总损耗中占较大分量,与传统变磁阻电机相比较,双凸极永磁电机在效率上的改进尤为明显。

如果控制的设计能使用一个精确的模型,那么利用线性反馈技术和预先计算好的最优的转矩分配函数,就能导致最优的动态性能。然而,使用精确模型意味着复杂的在线计算,或者是巨大的用来查询的表格,这些暂时都难以实现;而实际上模型的不精确性是不可避免的,从而不可避免的使性能变坏;还有实际的测量的不精确。然而可以采用一种完全不同的思路,即使用一个简化的模型,而其中的参数被自适应的实时的调整。总之,改善双凸极电机的动态性能的控制方法正在不断完善。

一、位置传感器方案

“两相导通”策略下,控制器的主要任务是根据当前的转子位置决定哪个两

相组合导通。事实上,导通原则只是间接地依赖于转子位置,而直接地依赖于反电势。换句话说,即:“总是选择线反电势较大的两相导通”。

由于反电势难以获知,而它与转子位置有固定的联系,因此改由检测转子位置来决定触发信号。如果反电势与转子位置的关系已知,那么,这样的传感器装置(比如槽形光耦配合遮光盘)不难设计。此时,控制器的作用就像一个简单的译码器,它接收3路位置传感器信号,而产生6路逆变桥控制信号。

二、无位置传感器方案

(一)位置传感器的缺点

使用位置传感器无疑是最简单的,同时也是可靠的。更为重要的是,它不存在起动困难。其缺点是控制器与电机的连线过多、传感器增加了系统的硬件成本、不能灵活地调整控制策略,以及在大极对数下对传感器的安装精度要求过高。为解决这个问题,可以通过无位置传感器方案来解决。

(二)一种经典的无位置传感器方案

这一方案的原理是:检测关断相反电势的过零点;在过零点之后,电机再转过30度电角,即换流时刻。通过检测三相端电位即可检测关断相反电势的过零点。

任何平顶宽度达到或超过120度电角的反电势都能够保证,在某相成为关断相期间,另外两相的反电势的幅值始终相等。事实上,对反电势的要求无需如此苛刻。确切地说,只需在关断相反电势的过零点位置,导通两相的反电势具有相等的幅值即可。换句话说,在关断相反电势过零点位置的两边,中心点电位可以偏离导通两相端电位的中点。这样并不会引起检测过零点位置的误差。把这一要求称为对反电势的最小约束[1]。可以证明,反电势波形的峰(谷)若左右对称如正弦波、等腰梯形波,即可满足上述要求。当然,中心点电位的偏离不能太大,那样的话,将产生多余的伪过零点。如果反电势满足最小约束,则在此过零点位置,同样满足两相的电感相等,因为此时两相绕组处于相同的磁路环境。因此,与反电势的情况相同,即使在其它位置“电感相等”的条件不能满足,也不会影响过零点判断的精度。

可见,过零点的判断几乎不依赖于电机参数;换句话说,过零点判断在理论

上几乎没有误差。这是这一方案最(或许也是唯一)迷人的地方。

误差在“移相30度”时开始引入。事实上,根本无法实现移相,因为并不能测量角度。所能做的,是在检测到过零点之后延迟一段时间(这段时间内,估计电机转过30度电角),再实施换流。显然,延迟时间的长短依赖于当时的转速。

由于电机在两个相邻的过零点之间转过60度电角,因此,延迟时间通常取前一个过零点到当前过零点的时间的一半。然而,这无疑使换流精度与动态响应成为矛盾。注意,不要误以为解决如何精确地转过30度电角是完善这一方案的关键。

因为,如果能精确地转过30度电角,那么也能精确地转过60度电角,于是,可以从上一个换流点直接得到下一个换流点,而不需要再检测什么过零点。也就是说,到时候找到的是一个全新的方案,而不是对原方案的改进。

因为电机静止时没有反电势,所以该方案存在起动困难。据作者所知,起动问题至今还没有成熟的、普遍适应的解决办法。在一些简单的场合,比如己知负载的大小和惯量,可以先由(任意)两相通电使转子定位,然后以开环调频的方式使电机按照既定的速度曲线起动。

三、本文提出的无位置传感器方案

鉴于上述方案将在“移相30度”时引入误差,作者提出了一种直接检测反电势交叉点的无位置传感器方案。必须承认,新方案虽然不需要移相,但将依赖于电机的参数。

检测反电势的交叉点实质上是比较两相反电势的大小。显然,无法直接得到反电势然后比较它们。反电势的信息主要还是从相端电压获得。用Mierochip公司的PIC16F873单片机实现了新方案的最简模式。所谓最简模式,是直接比较相端电压,而不计电流的影响。这在轻载下不致引起太大的误差,仍可用来检验新方案的可行性。进一步补偿电流的影响须求助于DSP芯片(其中包括高速A/D转换),因为算法包含微分运算以及与之相联系的数字滤波。与上一方案比较,新方案的优点是理论上没有误差;缺点是多了电流测量环节。注意,在补偿电流在绕组电感上的感应电压时,无需知道所有转子位置上的电感值,而只需知道换流时刻对应的电感值即可(与上一方案同理)。这一点相当重要,因为不然的话,该方案根本不可行。

参考文献: