电机控制范文1
英文名称：Electric Machines & Control Application
主管单位：上海市国有资产监督管理委员会
主办单位：上海电器科学研究所
出版周期：月刊
出版地址：上海市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1673-6540
国内刊号：31-1959/TM
邮发代号：4-199
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1959
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电机控制范文2
【关键词】钻探；机电控制；开环控制；闭环控制；开闭环组合控制
前言
在钻探工程中，钻探的设备运行与钻探的工艺调节可以采用机电一体化控制，其中对于钻探机电控制系统的控制方式可以分为开环控制、闭环控制、开闭环组合控制三种控制方式。无论是工程钻探、坑道钻探、井下钻探、勘探勘察钻探、注水注浆钻探或是其他钻探都具有很好的应用。
1 钻探机电控制系统
钻探机电控制系统是接收传感装置所传递的控制信号，经过比较分析执行控制指令并由执行装置完成机电控制的命令。钻探机电控制系统控制过程框图如图1所示：
钻探机电控制系统的控制方式通过信号的来源不同进行方式的划分，譬如：通过给定值操纵方式对钻探机电控制系统的控制；通过干扰量补偿方式对钻探机电控制系统的控制；通过被控对象的被控量对钻探机电控制系统的控制。
2 开环控制方式
2.1 给定值操纵开环控制方式
给定值操纵开环控制方式是通过给定的测量值控制被控量，给定值操纵开环控制方式如图2所示：
给定值操纵开环控制方式对于钻探机电控制系统的控制操作是通过输入固定的给定值量经过机电系统的分析计算，系统执行控制受控对象，输出一个与给定值相对应的被控量。给定值操纵开环控制方式对于钻探机电控制系统的控制精准度与设备元件的精度和校准操作有直接的关系。
给定值操纵开环控制方式具有操控简单、调整方便、成本低廉等优势，但是其难以保证控制的精准度，一旦钻探机电控制系统收到干扰，控制系统的参数就将发生变化，并且钻探机电控制系统自身难以修正偏差，导致输出控制量与给定值之间的对应关系难以保证准确。给定值操纵开环控制方式对于钻探机电控制系统的控制只能应用与对精度和抗干扰要求不高的钻探机电控制系统中。特别是如果钻探机电控制系统的结构参数稳定，并且外部干扰较弱时，通常可以采用定值操纵开环控制方式对机电系统进行控制，譬如：经济型数控机床上一种常见的步进电动机开环伺服系统就是典型的给定值操纵开环控制方式对于钻探机电控制系统的控制，如图3所示：
步进电动机开环伺服系统的工作原理是将数字脉冲转变成为角度位移，其中步进电动机可以作为开环伺服系统的驱动元件，步进电动机开环伺服系统能够通过自身的驱动装置实现定位，可以不用通过位置检测元件实现定位。步进电动机开环伺服系统将外部的脉冲信号输入步进电动机的步进控制器，通过步进电动机转轴转过的角度与脉冲信号的个数成正比，进入的脉冲的频率与快电动机转轴转过的角度越大速度越快。步进电动机开环伺服系统是给定值操纵开环控制方式钻探机电控制系统，所以控制精度较低。
2.2 干扰补偿开环控制方式
开环控制方式中通过测量系统的扰动量，进而产生了补偿，干扰补偿开环控制方式能够对扰动后的输出量产生的影响进行抵消，是有效的钻探机电控制系统控制方式之一。干扰补偿开环控制方式能够检测出钻探机电控制系统的干扰量，经过分析计算控制被控对象的被控量，干扰补偿系统如图4所示：
干扰补偿系统是开环控制方式中通过测量系统的扰动量，进行钻探机电控制系统控制的，如果遇到不可测干扰将无法通过干扰补偿开环控制方式进行控制的，钻探机电控制系统的内部系统参数如果发生变化，干扰补偿开环控制方式也将无法起到对钻探机电控制系统的控制，所以干扰补偿开环控制方式只可以应用在能够测到干扰的钻探机电控制系统。譬如：在简单的直流电机转速控制系统中，电枢电流的变化对电机的转速变化有着直接的影响，机电控制的负载越来越高，电枢电流的随着电机的转速负载增加而下降，此时需要增加补偿电流来稳定钻探机电控制系统。这就形成了以干扰补偿控制机电系统的方式，即为干扰补偿机电控制方式。这种按干扰补偿控制的开环控制方式通过钻探机电控制系统的扰动信息改变被控量，其抗扰动性较好，控制精度也较高，但是干扰补偿开环控制方式控制钻探机电控制系统只适用于扰动可测量的场合。
3 闭环控制方式
闭环控制方式通过偏差调节实现机电控制。闭环控制具有的反馈控制系统，反馈控制系统将被控量反过来与给定值比较，控制信号沿前向通道和反馈通道往复循环形成闭环，所以被称为反馈控制，这种闭合的回路控制方式又被称为闭环控制。控制方式采用偏差调节控制被控量，通过被控量反过来与给定值比较，不断的自我修正，使机电控制的偏差越来越小，接近预想值。控制装置与被控对象之间的关系如图5所示：
偏差调节控制特点是被控量要反过来与给定值比较，控制信号沿前向通道和反馈通道往复循环形成闭环，所以被成为反馈控制，这种闭合的回路控制方式又被称为闭环控制。反馈控制可分为正、负反馈控制，正反馈控制是给定值与反馈信号相减得到的偏差值。
在根据偏差值进行控制；负反馈控制是将反馈信号与给定值减得到的偏差值，在根据偏差值进行控制。反馈控制是在设备受到干扰后，控制量与期望值出现偏差，则通过负反馈控制得出的偏差值，系统能够自动进行调整和控制，使其与期望值保持一致的一种控制方式。具有反馈控制系统闭环控制方式所使用的元器件较多，并且线路复杂，对于系统的参数配置要求较高，但因其具有很好的自行纠偏能力，所以在钻探机电控制系统中得以广泛的应用。
4 复合控制方式
复合控制方式是开环与闭环组合控制的一种方式，其通过在闭环控制中输入控制信号或者干扰来型号来增强钻探机电控制系统的控制精度。按照扰动控制方式进行控制，相对于偏差控制方式更为简单，不过其只适用于扰动可测量的场合，而且一个补偿装置只能补偿一个扰动因素，对其余扰动均不起补偿作用。所以，将偏差控制与扰动控制组合成复合控制，对于主要扰动采用适当的补偿装置实现按扰动控制，并且再组成反馈控制系统实现按偏差控制，从而消除其余扰动产生的偏差。
5 结束语
钻探机电控制系统的控制方式要求具有极高的稳定性，并且能够反映迅速，在选择控制方式时，经过比对分析，哪种控制方式操控速度快、性能稳定、准确度高，应为优先选择。可以通过钻探机电控制系统的稳定精度指标对其准确度进行衡量，控制动态过程结束后的偏差与预想偏差值越接近越好。
参考文献：
[1]刘志强，机电控制系统的控制方式分析[J].煤炭技术，2009（3）.
电机控制范文3
【关键词】： 机电设备控制系统方式
中图分类号： TU85 文献标识码： A 文章编号：
一 含义
机电控制技术是机电一体化系统或产品制造的重要基础技术。那么什么是机电一体化系统呢？“机电一体化控制”是各相关技术有机结合所形成的一个新概念。但是，对于机电一体化控制至今尚未得到公认和统一的定义。以运动员练习高尔夫球的击打过程来类比机电设备控制系统在运行时的基本控制方式。高尔夫运动员在练习击打高尔夫球的那一刻，为了能够更为准确和有效地击中高尔夫球且控制球尽量靠近目标地点，球员总是会首先对目标地点的位置以及周边地势进行观察和判断，并把握即时风向和风速等各种干扰因素，然后最终决定挥动高尔夫球杆的力度和触球点并发动相应的挥杆动作。除此以外，常常练习也是一个继续总结与改进的过程，依据每次完成以上工作内容之后高尔夫球的落点来修正挥杆力度和触球点，换句话说就是需要完成一个再分析、再判断和再修正的过程，直至高尔夫球在运动员击出后准确落至目标地点，即作为一个高尔夫运动员所需完成的一个基本任务。然而机电控制系统需要做的根本任务就是在于让被控制对象的控制值目标值相等。在实际控制过程当中，这种类似于“监察”的基本任务是利用专门的机电传感装置来实现的。其中响应比较分析的任务通常是经过系统的控制装置来进行的，执行阶段是有专门的执行装置来落实。
二 控制方式
1）开环式控制方式。通常情况下，机电控制系统的控制过程其系统参与控制的信号大多出自三条通道，就是说给定值、干扰变量以及受控值。这些量值信号是机电系控制系统的通常根据。然而机电控制系统的开环控制方式就是指系统控制装置与受控对象之间形成一种只有顺向作用而非方向作用的联系密切，其中通道内的信号给定值与受控值为单向传递，以此种方式组合的控制系统称为外环控制系统，其系统拥有比较突出的优势在于系统输出量不会对系统的控制作用造成负面影响。需强调一点，这种开环控制系统既可以按照定位操作方式组合，又可以按照干扰补偿控制的方式组合。
2）反馈式控制方式。反馈控制是机电控制系统最根本的一种控制方式，也是当前得到运用范围最广的一种系统模式。一般情况下，在反馈控制系统中的控制装置会对受控对象进行控制作用，做完这一过程的反馈信息就是来自于受控对象的受控值，然后不断地修正受控值的偏差，最终实现对受控对象的基本控制任务，这就是一个完整反馈型控制系统的工作原理。换句话说，人的任何行为活动均体现此类的反馈控制机理，人本身就是一个具有高度控制能力的反馈控制系统，比如说人能通过手拿到桌面上的水杯、公交车司机运用方向盘可以驾驶公交车在马路上行走等这些大家生活中常见的动作都可以渗透在反馈控制这一机理之中的。人在做完这些普通动作时也将通过事先的信息判断与信息反馈连续修正偏差信号一直到偏差为零，完成动作。很明显，机电控制系统的反馈控制其实就是一个按偏差来控制的过程。所以它也是按偏差的控制，反馈控制机理就是以偏差控制的机理。
3）复合式控制方式。机电控制系统另一种控制方式为复合控制方式。反馈控制装置在接受外部因素影响之后才可以进行适当地修正工作，然而在外部干扰没出现影响之前则不可以进行适当地修正工作。由于扰动因素的控制方式相较于以偏差分析的控制方式要容易很多。然而，复合控制方式只适用于干扰因素在可测量的条件下，且拥有一个补偿装置的控制系统也只能补偿单个干扰因素，除此以外的干扰都不能起到具有成效的补偿作用。这样看来，相对更为合适的控制方式则是把偏差控制与扰动控制两方面综合考虑，至于一些主要的影响因素给予配置合适的补偿装置来完成扰动控制，然后再组建反馈控制系统对其他扰动所产生的偏差进行控制。如此一来，机电控制系统通常受到的干扰都已被补偿，更为方便的是反馈控制系统的组建于设计相对容易。
机电控制系统依据其受控主体的不一样又能分为手动控制和自动控制两类。手动控制就是经过人自身的判断以及操作完成控制过程。自动控制就是指在没人在岗或没直接参与的状况下，经过运用外置设备或装置使得下属机械或设备在生产过程中处于以设定参数自动且有规律的运行状态。机电控制系统完成自动化生产是目前我国现代科学技术连续拓展与创新所必须实现的目标，如数控车床切削机械工件的生产加工过程，既需要求生产工件质量达标，又必须在生产数量上满足于供应要求，这一切要求都需以高水平的自动化系统控制技术作为前提和保障。由此可知，机电控制系统完成自动化生产真是机遇好。为了可以在机电行业中完成更为复杂的控制任务，组建控制系统的主要任务是把受控对象与系统的控制装置以特定的连接方式来组合，形成一种有机的联合体，即控制系统。在自动化机电控制系统中，受控对象的物理输出量为受控值严加控制的物理量，它既可以保持以一种恒定值出现，也可以实现一种具有明显规律性的运行状态。控制系统的控制装置是当作一个对被控制对象进行控制作用的机构总体，能以不同的工作机理和方式对被控制对象展开适当地控制行为。
到目前为止，由于着数控技术与计算机技术的大量应用，特别是微型计算机的研新与应用，让机电控制系统的发展到达了一个新的阶段，即计算机数字控制。计算机数字控制是一种新型的不连续控制，与最初应用的断续控制不一样的是，计算机数字拿到桌面上的水杯、公交车司机运用方向盘能操纵驾驶公交期要短了许多。因此可以这么讲，计算机数字控制技术在客观方面可等同于连续控制。根本原因是这项技术是将晶闸管技术与计算机、微电子技术有机撮合，进而让晶体管和晶闸管控制更具可操作的活力。
机电行业自动化控制系统逐渐实现更高级阶段是有目的性的。前瞻将来技术发展方向，这个高级阶段估计是完成设计与加工制造一体化流程，就是说通过运用计算机辅助设计和计算机辅助制造仪器协作完成的产品设计与制造一体化的系统。从对产品设计构思阶段到实现设计以及制造全过程、全方位自动化控制来确保质量。
三 基本要求
不管是自动化控制或者传统的手动控制，在知道机电控制系统的组织结构和设定参数之后，我们通常感兴趣的是当系统被输入某一种典型信号后其受控值进行变化的过程。然而这个受控值变化的过程不管是何种系统组成都需遵循的根本要求是一样的，在此归纳其要求大多是稳、准、狠，即稳定性、高速性和精确性。系统的稳定性是确保机电控制系统正常运行的前提条件。稳定性有保障的控制系统能完成受控值偏离期望值的初始偏差随运行时间的增长逐渐趋于零值。详细的说，一个稳定的机电恒值控制系统，受控值后在系统受到影响后大幅偏离期望值后经过一定过渡时间便会快速回复到原来的期望值状态。相反，不稳定的控制系统则在出现一样问题后受控值的变化只能随着运行时间的增长而继续发散。所以可以说，没有绝对稳定性的机电控制系统是不能完成最根本的控制任务的。
【结语】
有上述可知，本文描述机电控制系统的含义及其基本要求，并重点就机电控制系统的控制方式进行分析总结，其核心旨在于加深对普通机电控制系统设计过程、设计要求以及设计原因的了解。与此同时，由于当今社会生产技术水平的继续提高，希望大家共同交流借鉴，掌握更为新型、更为先进的生产技术，以求更进一步促进和提高行业发展水平。
【参考文献】：
[1]李运华：机电控制[M]，北京:北京航空航天大学出版社，2003,8.
电机控制范文4
1传统汽车制动系统存在的问题
传统意义上的汽车制动系统主要是HB和EHB线控液压制动系统。EHB液压制动系统是在HB液压制动器基础上发展而来。与传统液压制动器相比，EHB的一体化制动结构大大缩短了制动反应时间，提高了制动效能，操控系统更简单，噪声较轻微，并且无需真空辅助装置，有效减轻了制动踏板的打脚，提供了更优越的踏板感觉。另外，现代汽车制动系统采用模块化构造，省去了一部分零部件，节省了系统空间，使得系统运行更加轻便灵活。但是严格来讲，EHB液压制动系统的制动管路布置较复杂，装配和拆修程序非常繁琐，响应速度慢，而且制动液会污染环境，因此还需要做进一步改进。
2车辆电控机械制动系统（EMB）改进思路
电控概念的出现为汽车制动系统的研究开启了全新的思路。研究者大胆的把电控单元引入汽车液压制动系统中，开发了一套全新的车辆电控机械制动系统（EMB），解决了传统制动系统存在的问题，大大提高了汽车制动效能。
2.1系统工作原理在电控机械制动系统中，其主要组成部分有电机、制动器、控制器ECU以及传动装置等（如图1所示）。当车辆制动时，由安装在制动踏板上的传感器将车辆驾驶员踏板踩下的位移情况进行检测，并将相关数据传输到RCU中，由踏板的速度以及位移情况共同对驾驶员的意图进行判断，即属于紧急制动还是普通制动。在此过程中，ECU将对制动块制动力、车轮传感器等信号进行分析，并通过控制算法的计算获得电压控制信号，由减速器减速增扭，经过滚动丝杠机构将旋转运动转换为移动，最终实现车轮的制动力控制以及制动块压紧力控制。之后，则由FlexRay总线将传感信号传输到ECU，并由ECU将控制信号再一次传输给电机。图2清晰地展示了车辆电控机械制动系统的制动原理。
2.2控制目标对于电控机械制动系统的控制目标而言，其包括有以下几个方面：第一，踏板力感控制，对制动的感觉进行优化；第二，通过对车轮电机的控制，以实时的方式对车轮制动力矩进行控制，并对车辆ABS制动防抱死功能进行实现；第三，分配制动力，包括有车辆前后轴制动力分配以及再生制动控制策略等；第四，对转向系统、驱动系统以及制动系统实现集成控制，并对ESP以及ASR等功能进行实现。
3车辆制动管动力学模型和制动过程仿真
3.1制动动力学模型车辆制动动力学模型主要包括有整车制动模型、控制器模型、轮胎模型以及制动系统模型等。
3.1.1整车制动模型目前，国际上对于车辆制动控制进行研究的模型有以下几种，即双轮模型、四轮模型以及1/4车辆模型。本文以1/4车辆模型进行研究。
3.1.2轮胎模型在制动控制以及制动动力学研究中，其所应用的轮胎模型表征制动为路面纵向附着系数与轮胎滑移率之间的关系。其中，路面附着系数是输出数据，而轮胎滑移率则为输入数据。在具体计算中，可以根据轮速以及车速对滑移率进行计算，并由查表模块的应用对路面纵向附着系数进行查找。在本研究中，根据Burckhardt模型进行研究，如图3所示，其中表明干湿路面以及冰雪路面的最佳滑移率分别为0.2、0.08以及0.15。
3.1.3电控机械制动模型电控机械制动模型由减速器模型、制动器模型、电机模型和丝杠传动模型组成。它通过电机力矩实现输入，通过制动力矩实现输出。
3.1.4控制器模型通过PID进行制动控制时，控制器模型输入为实际滑移率同最佳滑移率之间的差，而电机力矩值则为期望输出。
3.2制动过程仿真分析为了能够对车辆在不同路面情况下的制动过程进行研究，本文对车辆在不同情况下的路面制动进行了试验，即在不同路面上以80km/h的速度进行制动，并施加制动力矩阶跃输入模拟紧急制动的制动过程：在干燥路面上，对车辆制动力矩对于制动过程的影响进行了对比与研究，即当制动力矩同附着力限定制动力矩值相比较小时，车辆制动时间为3.1s，制动距离为34.5m；当制动力矩同限定制动力矩值相比要高时，就会引起制动距离增加，使车轮抱死，制动时间为5.1s，制动距离为55.2m；在湿滑路面上，当车辆制动力矩同限定制动力矩值相比较小时，制动时间为5.8s，制动距离为63.6m，而当制动力矩同限定力矩值相比较大时，车辆所具有的制动时间为9.8s，制动距离为105.8m；在冰雪路面上，当车辆当车辆制动力矩同限定制动力矩值相比较小时，制动时间为13.5s，制动距离为151m，而当制动力矩同限定力矩值相比较大时，车辆所具有的制动时间为16.1s，制动距离为176.6m，车轮出现抱死情况，车辆具有较大的危险。通过对上述数据的分析可以发现，同干路面道路行驶相比，当车辆在湿滑路面进行高速状态制动时，车轮在很短时间内就会出现抱死情况，其滑移率为100%，并由于地面附着系数较低而使其具有了更长的制动距离。而同湿滑路面制动相比，当车辆在冰雪路面以较高车速进行制动时，所具有的抱死时间更快，甚至可以说是在瞬间就形成了抱死的情况，滑移率同样为100%，同湿滑路面相比，由于冰雪路面附着系数更低，车辆制动的距离相对来说也更长。对此，当车辆在冰雪、湿滑等附着系数较低的路面上以高速状态紧急制动、而没有做好防抱死控制时，车辆则有非常大的几率出现车轮抱死情况，进而由于制动距离增加而大大提升安全事故的发生几率。
3.3遗传算法优化PID参数本文在MATLAB软件基础上对车辆电控机械制动控制策略仿真图形界面软件进行了开发，在该软件系统中，用户将车辆的轮胎模型以及整车相关参数根据提示输入到系统中之后，通过对控制算法按钮的点击，则能够以更为直观、快速的方式对车辆制动信息进行分析。另外，本文还采用遗传算法优化PID参数，以实现快速制动的目的。对于复杂系统优化问题的随机优化来说，遗传算法是非常适合的一类搜索算法，能够在同一时间对空间中的很多点进行快速的搜索，并在段时间内实现全局的收敛。对此，本文利用模型对此问题进行优化设计，议PID控制参数中的积分系数、微分系数以及比例系数为变量，在一定长度路面上，制动实际滑移率以及理想滑移率之间的差值均方根作为目标函数，对约束条件进行优化设计，并使用MATLAB工具箱中的算法对目标函数进行求解，以提高车辆的稳定性。然后通过对主程序M文件以及目标函数M文件的编写获得理想的控制参数优化结果。在该研究的基础上，本文对不同路面情况下的控制参数进行了进一步的优化，获得由以下结果：在干路面情况下，制动时间为2.6s，制动距离为29.4m，经过比对满足我国制动规范要求；在湿路面情况下，制动时间为4.6s，制动距离为51.4m，冰雪路面上制动时间为12s，制动距离为133.8m，经过比对，都同我国制动规范要求进行了较好的满足。经过上述数据的优化与分析，可以看到，在不同路面情况下，都能够实现对目标滑移率的跟踪，在对地面附着力进行最大程度利用的同时缩短了车辆制动距离，对于车辆制动时的方向稳定性以及制动效能都是一种非常有效的提升。
4改进效果
经过仿真优化后的汽车电控机械制动系统（EMB）与传统汽车制动系统与电控制动系统进行了一番对比，发现汽车电控机械制动系统具有明显的应用优势。效果对比如下：
4.1结构和性能的对比分析传统汽车制动系统拥有复杂的管路和控制阀，造价高，系统灵活性差，反应时间较长，在一定成度上降低了制动系统的安全性能。电控机械式制动系统在管路、阀门和结构等方面都做了改进，因此安全性能更好，其相对于传统制动系统的应用优势详见表1。
4.2制动距离的对比分析以一辆40t的载货车为例，装有盘式制动器和EBS，在时速达到90km/h时开始制动，到车辆停下来的制动距离比ABS和鼓式制动器（制动压力800kPa）缩短了45％，而Haldex公司推出的EMB在此基础上又将制动距离缩短了14％。各种不同制动装置下的制动距离如图4所示。
4.3事故发展生率的对比结果梅赛德斯—奔驰公司根据德国联邦统计局（SBA）的交通事故统计数据显示，装配EMB系统的梅赛德斯—奔驰牌轿车，事故率明显降低。2014年度新登记注册的梅赛德斯—奔驰牌轿车，其事故发生率比2010年未装配EMB系统的同类车型减少了15%。同一时期内，其它知名品牌的轿车事故率平均降低了11%。显然EMB系统使梅赛德斯—奔驰牌轿车的事故率的降低程度比其他品牌轿车低了4%。
5结论
电机控制范文5
【关键词】电铸机床；可编程控制器；触摸屏；脉冲输出模块；步进电机
1.电铸加工原理及控制系统方案设计
1.1 电铸加工的基本原理
电铸是用金属电沉积的方法制备产品的一种特种加工工艺，主要用于某些特种产品的成型。用导电的原模作阴极，用于电铸的金属作阳极，电铸溶液是含有阳极金属离子的金属盐溶液，在电源的作用下，电铸溶液中的金属离子在阴极导电原模（芯模）上还原成金属[1]，沉积于导电原模表面，同时阳极金属源源不断地变成离子溶解到电铸液中进行补充，市电铸液中金属离子的浓度保持不变[2]。其原理如图1所示。
电铸成形是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成形加工的。当阴极导电原模上的电铸层逐渐增加，达到要求厚度时，停止电铸，将铸件与原模分离，获得与原模型面相反的电铸件，这种电铸件的形状和表面粗糙度与原模相似。
电铸所用的设备及电铸溶液与一般电镀中所使用的基本相同，但是在制品的要求上电铸与电镀有两个主要不同点：第一，一般电镀层要求与基体金属牢固结合，而电铸层与原模并不要求牢固结合，有时反而要求点铸件能很容易地从原模上分离下来；第二，电铸层的厚度要求比一般电镀层厚得多，约十倍甚至数十倍[3]。
与其他方法相比，电铸加工有自己独特的优点[4]：
1）电铸品的机械性质容易调整，例如硬度、抗拉强度等等。
2）可减小与母模之误差，加工精度高，公差可达±2.5μm。
3）能将传统加工方式难于加工的零件内表面转化为原模外表面，可通过制造易成型的原模材料而获得难成型的金属材料，尤其是制作薄壁金属零件。
4）可以制成多层结构件，将多种金属、非金属拼铸成一个整体。
5）适合制作一个或量产，而且电铸层的厚度范围宽。
电铸加工缺点：
1）电铸速度慢，生产时间比其它方法长，塑料成形用模具的电铸有时需2-3周。
2）电铸制品的尖角或凹槽部位的电铸层厚度不均匀，制品存在一定的内应力。原模的划痕、斑点等会复制到制品表面。
3）制造原模需要用精密机械加工设备和照相制版等技术，成本较高。
4）可真实复制外形或模样，所以母模上的小伤痕也会再生，这是优点也是缺点。
1.2 电铸工艺的特点
1）表面细微特征的复制能力特别强。由电铸工艺过程可知，电铸层紧贴在芯模表面以原子直径的尺寸（亚纳米级）逐渐堆积、向外生长，故它能准确复制出芯模表面精度达到纳米级的细微特征，因此，当将电铸层与芯模分离后，即可得到粗糙度与芯模相当、纹理相反的镜像表面，这就是电铸技术最基本的、也是最典型的工艺特点。这一特性已被广泛用于印刷制版、光盘模具及光学部件的加工中。光盘表面用于记录信息的沟槽，其宽度为0.4μm，深度为0.12μm[5]。
除对表面粗糙度要求极高的光学部件外，这一特有的复制能力还被应用于部分采用传统技术无法加工的零件制备上。如波导管、文氏管等对内表面的尺寸及精度要求较高、同时内表面直径小的零件，采用传统加工技术无法加工，无法使内表面尺寸及精度达到要求。如果采用电铸技术，可使难以实施的内型面加工转变为容易实施的外型面加工。其加工过程如下：先加工一个外表面的形状、尺寸及精度与波导管、文氏管内表面完全一致的芯模，再利用电铸技术在芯模的外表面上制备厚度超过图纸要求的电铸层，也就得到了内表面的形状、尺寸及精度与芯模外表面完全一致的电铸层，然后按照图纸要求对电铸层外表面进行机加工，最后将芯模退除，即获得内表面尺寸及精度均符合要求的高品质的产品。
2）生产周期及成本电铸层是金属原子一层层逐渐堆积而成的，其生长速度与所使用的电铸工艺参数（如溶液温度及pH值、阴极电流密度等）有关。适当提高阴极电流密度可以提高电铸层的生长速度，但阴极电流密度的提高受电沉积过程三个因素的限制：金属离子从溶液本体向阴极表面迁移的速度、金属离子在阴极表面的还原反应速度、离子还原后在阴极表面的迁移和晶粒成核及晶粒长大的速度[6]。
2.机床控制系统总体方案设计
2.1 总体方案设计准则
设计电铸机床的控制系统时，首先要进行该课题的总体方案设计。分析系统需要的功能和技术要求，选择合理的PLC以及触摸屏。根据系统要求选择处理速度快，灵活实用的可编程控制器。触摸屏作为新型的人机界面，显示直观，操作简单，可靠性高，不但在日常生活中的很多领域得到应用，而且工业控制中业得以广泛应用。它是目前最简单、方便的输入和显示设备。具有反应速度快和易于交流等优点。在设计电铸加工总体方案时，要使设计合理、高效，设计时应遵循一定的设计准则，即在满足系统功能和技术指标要求下，应做到[7]：
1）结构设计合理，能实现技术协议中的功能要求。
2）分系统设计满足技术指标要求，并力求简单。
3）用户使用操作使用方便，即使用户误操作也不会产生不良后果。
4）尽可能考虑环境因素。
5）对使用对象、使用方法也要充分考虑。
2.2 设计方案
电铸加工的PLC控制系统性能是整个加工系统性能优劣的一项重要指标。现代控制系统中，PLC作为广泛应用于工业自动化领域的控制器，它的功能越来越强，性能越来越先进。用PLC控制电机很方便，尤其是为了配合步进电机的控制，通过1PG可以很好地对步进电机进行控制。
对于电铸加工PLC控制系统，应满足以下要求:结构简单，具有一定的速度调节范围，具有良好的可靠性和稳定性，抗干扰能力强，实时控制性好，对过程电信号突变能快速响应，控制执行机构作相应动作，调节速度快，精度高。
系统硬件部分由控制器PLC、人视界面触摸屏、1PG、驱动器和步进电机等组成。触摸屏负责人机交互界面管理和控制系统实时监控，它通过串口与PLC通讯，可通过触摸按键方式实现对步迸电机的启停、调速、转向等控制，在触摸屏上动态照示步进电机运行位置、速度等参数。
这种控制方式的优点是：大大减少系统设计的工作量，不存在各部分接口信号的匹配问题，提高系统的可靠性。PLC具有实时刷新技术，输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分配能有很高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性，而且可靠性大大提高。
采用PLC直接控制电机技术，减少了系统设计的工作量，大大缩短了开发研制周期，在一定范围内，有较高的推广和实用价值。
人机交互界面主要用于显示设备和系统状态的实时信息，界面上的按钮可产生相应的输入数值、字符或开关信息与PLC进行数据交换，从而产生相应的动作以实现系统的控制。触摸屏作为人机界面，实现了对电机的转向、转速和阴极行程的监控，并可对工艺参数进行设定。
根据设计要求选择控制体统，本课题选择PLC结合触摸屏的方式进行控制，使得整个体统性能更加稳定，监控功能比较完善。
电铸机床的PLC控制系统总体控制方案如图2所示。
本系统采用三菱GX Developer编程，用EB 8000编辑触摸屏界面。利用PLC程序对整个系统进行控制。与传统的计算机控制相比，PLC集数据处理、程序控制、参数调节等功能于一体,它编程容易、使用方便、可靠性高,可以在电解加工等工业控制现场的恶劣环境中可靠地工作。而触摸屏技术是近几年新兴的一种多媒体技术,它具有简单易学、操作方便、稳定性好等特点。综合上述优点，此次课题选用PLC和触摸屏来构成对系统的设计。
这种控制方式的优点是:整个控制系统是由PLC、FX2N-1PG脉冲输入模块、驱动器和步进电机组成。由于PLC具有实时刷新技术，输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分配能有很高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。并且，PLC有采用大功率晶体管的输出端口，能够满足步进电机各相绕组数10V级脉冲电压、1A级脉冲电流的驱动要求。PLC在控制直流电机时就更加简单，速度控制容易满足使用要求，而且可靠性大大提高。
采用PLC直接控制电机技术，减少了系统设计的工作量，大大缩短了开发研制周期，在一定范围内，有较高的推广和实用价值。
PLC是控制系统的核心，相当于人的大脑，它接受到触摸屏的控制信号，通过其内部认可的程序对附属部件1PG收发运行脉冲，并对一些地址数据进行运算，结果或是发给1PG，或回馈到触摸屏。驱动器包括环形分配器、功率放大器、和一些辅助电路组成，这样1PG发来的脉冲经过脉冲分配、功率放大后就可以驱动步进电机按控制要求进行运行.
3.电气控制电路设计
基于控制系统的需求，本课题也进行了对机床的电气控制电路设计。此电路采用的是三相电流，该图主要是对系统中的触摸屏、驱动器、32A接触器以及PLC的连接情况，主电路图中，首先是三相380V的电压接入，与其相连的是组合开关，分三路，三条支路分别接上PLC（L1、L2线），L1、L2、L3和接触器连接，紧接着和驱动器DRIVER1上的L1、L2、L3连接，同时L1、L2线和驱动器上的L1C、L2C连接。其中三相引出的三条线需要采用2.5平方毫米的线，整个主电路图，布局简洁，具体图如图3所示。
4.总结
本系统采用触摸屏结合PLC方式进行控制,使得整个系统性能稳定,监控功能较完善。PLC提供丰富的I/O接口模块和存储卡功能,使得系统的维护和改造具较强的灵活性,用户可根据生产需要灵活设计、自行组合,以实现最优化控制。而采用步进电机控制阴极的进给运动也进一步提高了速度稳定性和加工精度。经过实际的运行,工作稳定,完全达到了设计要求。
参考文献
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电机控制范文6
关键词：机电一体化；电机；控制与保护
中图分类号：F407文献标识码： A
一、前言
近年来，由于机电一体化技术的不断壮大，机电一体化中的电机控制与保护措施得到了人们的广泛关注。虽然我国在此方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足，在科学技术突飞猛进的新时期，加强电机控制与保护措施的研究，对我国机电一体化的发展有着重要意义。
二、机电一体化概况
机电一体化是指在机构的信息处理功能、控制功能、动力功能、主功能等引进电子技术，将机械装置与电子技术结合起来所构成的系统的总称。机电一体化从上个世纪六七十年代开始，现在已经发展成为一门自成一体的新型学科，随着科学技术的不断发展，必将被赋予新的内容。机电一体化最基本的特征就是从系统的观点出发，综合运用计算机技术、自动控制技术、微电子技术、电力电子技术、信息变换技术、传感测控技术、接口技术、机械技术、信息技术以及软件编程技术等群体技术，以合理配置与布局各功能单元、优化组织结构为目标，依据系统功能目标，在高可靠性、高质量、多功能、低能耗的意义上实现特定的价值，并使整个机电系统最终达到最优化的系统工程技术。在机电一体化系统中，除了前面提到的各种技术，还有一个很重要的方面就是机电一体化产品。后文中将会介绍的DSP就是机电一体化中的一种装置，他依托机电一体化融合的各种技术，对机电一体化中的电机产品起到了保护的控制的作用。因此，机电一体化涵盖“技术”和“产品”两个方面。这里值得一提的是，机电一体化技术不是指微电子技术、机械技术以及其它新技术的简单组合，而是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术。就是因为有这种综合技术作保障，才能使机电装置对整个电机系统起到很好的保护和控制。
三、机电一体化中电动机构的组成及工作原理
1、电机执行机构的组成
目前较常用的主要是交流电动机，它可分为三相异步电动机、单相交流电动机两种，前一种比较多的用在工业上，后一种通常用在民用电器上。从电机的结构上看，主要分为控制部分和执行驱动部分，控制部分主要由三相PWM波发生器、单片机、智能逆变模块、整流模块、A/D、故障检测、输入输出通道等组成;执行驱动部分主要包括三相伺报电机和位置传感器。
2、电机的工作原理
电机执行机构系统通过电流与电压传感器和位置传感器的检测，得出逆变模块三相输出电流、电压及阀门的位置信号，然后由A/D转换后送入单片机。单片机通过控制PWM波发生器的作用，最后实现电机的运行控制。逆变模块工作时所需要的直流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到。对于电动机运行原理的分析，这里主要针对工业中应用的三相异步电动机的原理进行探讨。电动机转动的基木工作原理是三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场，转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流，转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。
四、机电一体化中的电机控制与保护
电机控制与保护针对的是机电相关设施的维护和保养。它是机电事业强大的后盾和不能忽略的组成部分，它的开发使用是时展的需要也是各国政府大力提倡和推进的一项措施。它的节省能耗的优点使其在各个领域都能发挥作用，并成为经济发展必须考虑必须重视的重要环节，对它的倡导和规划符合国情和民生需要，也是我国事业国际化的一项推进因素。
1、电机控制保护装置存在的缺陷
现阶段在电机控制保护装置中，各种非期待的状况都有待处理。比如井下电机控制保护设备中，鼠笼式异步电机的故障率就比较高，占整个电机设备总故障率的一半以上，所以对于井下电机控制而言，可靠的控制保护装置是保证矿井安全生产的重要因素之一。
2、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。
3、电机保护控制的装置未来前景以及发展趋势
1）电机的控制、保护装置于现在来说，亟待寻找一个新的突破。随着电机保护这一控制理论的研究以及新技术的不断发展，利用故障建模和仿真计算，适当的引入相位量、突破量、阻抗量、谐波分量、序分量等多方面的电机故障类的敏感检测量来进行具体数据的分析，并且做出相应的判断以及分析，把这样的工作量都提前做好，能够一定程度的保护和提高电机等装置的灵敏度和精度，还能够对以后在理论研究方面提供一定的依据，对于以后突破性的进展提供一个直接的依据。
2）新技术的开发与应用对于电机的控制与保护装置来说，也是一个重要的侧重点。例如：实行监测性保护、控制装置上的具体应用。利用这些技术产品与理论，对于电机的具体运行来实时监测，根据其不同的装置进行信息的输出与判断，把那些反射而回的相关数据进行系统的分类，利用科学的对比和分析来确定故障的严重程度以及类型，最后再根据提示信息进行相关措施的补救。通过这样的方式，不只能够实现电机的控制与保护功能贯彻于现实之中，对于故障之前更可以发出一定的预警，达到提前发现故障，真正达到防患于未然的目的。
3）电机的保护与控制装置同时兼具了非常主要的前景发展空间，积极的配套出厂一些电机保护、控制的装置，根据国家生产的相关标准，不断的进行质量与等级的提高，发展适合于我们国家特有的、关于机电一体化之中电机的控制与保护的装置，能够一定程度上促进我国电力事业的稳定发展。对于那些发达国家而言，电机的控制、保护装置跟随电机来配套生产，是一种司空见惯的现象，并且也一直被应用着，在我国却是逐一生产，这样对于生产者来说是一种成本的浪费。针对这样的情况以及现实发展需求，应该坚持对外优秀经验的引进，促进我国机电一体化对于电机控制与保护的相关发展。
五、机电一体化中的电机控制与保护措施的建议
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，要将其中的故障加以重视，并逐步研究补救措施加以解决。
六、结束语
通过对机电一体化中的电机控制与保护措施的问题分析，进一步明确了电机控制与保护措施在机电一体化中的重要性。因此在机电一体化的后续发展中，要加强电机控制与保护措施的探讨，确保机电一体化技术的稳定发展。
参考文献
[1]刘文毅 浅析电力工程施工管理流程的问题与建议 当代经理人（中旬刊） 2009年
[2]罗军 机电一体化中的电机控制与保护 硅谷 2012年
