时间：2022-07-09 08:54:36
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇电机控制论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
3D智能家庭控制系统实现
1系统设计目标
该系统以实际别墅为载体，并且别墅内部安装定制的智能控制家电，如电冰箱，空调，电视和灯具等。因此实现过程中笔者使用3Dmax对实际别墅及内部装修物品进行建模，使用户可以在构建的虚拟场景中自由漫游，并且在漫游过程中，用户可以对看到的智能家电实施控制，如控制电器的开关，空调温度的调整，电视的选台等功能。使用户通过此系统就能在一个位置控制整个别墅家电的状态，方便用户的生活。另外为使用户能更直观地了解整个别墅的布局情况，用户可从别墅外面观看别墅的剖面图，达到用户不走进别墅内部，从外边就可以看到别墅各个房间的装饰风格以及家电的位置。
2系统设计流程
系统采用3Dmax建模软件构建别墅模型，利用VS2010作为开发环境，基于DXUT框架完成了以上的系统目标，用户可以通过鼠标、键盘或触摸屏与系统进行交互［3］。系统的开发步骤如图1所示。
漫游实现
1自由漫游
三维场景中的自由漫游，用户通过鼠标，键盘，触摸屏或其他的外接设备，可随心所欲地在虚拟场景中查看各个角落的画面。基本原理:摄像机是漫游中一个重要概念，它像是人的眼睛，摄像机照到的地方就是用户可以看到的地方。因此，在实现过程中将一些按键与功能相对应，当用户按到相应的键时，渲染模块根据按键信息，调用相应的功能函数，功能函数完成相应的摄像机参数和其他位置信息的设置，调用一些几何变化，渲染模块根据新的参数信息，重新渲染视角内的模型，完成功能操作［4］。漫游的基本功能有:前后、左右移动以及左右视角的旋转。
2碰撞检测
用户在漫游过程中不能出现穿越墙壁的情况，为达到这种真实性，需要时刻对场景中的对象进行碰撞检测。而碰撞检测就是检测场景中不同对象是否发生了碰撞。从几何上讲，碰撞检测表现为两个多面体的求交测试问题。常用的碰撞检测算法有轴向包围盒检测算法，方向包围和检测算法，离散方向多面体检测算法，时空包围盒检测算法等［5］。各算法有其自己的特点，根据人们的实际应用，由于家电都是形状比较规则的模型，基于包围盒的检测算法能快速准确地计算出摄像机与其附近的模型的相交性。因此，笔者采用轴向包围盒检测算法，通过设置一个轴向长方体将摄像机包裹起来，检测此长方体与模型是否相交［6］。项目中使用的碰撞检测算法如图2所示。
我国对先进工业技术的开发有法律保障，在《中华人民共和国节约能源法》、《高耗能特种设备节能监督管理办法》中明确规定：在工业生产应用中，大力支持节能减排技术的研发、创造、展示以及推广，为了降低能源的耗损比率；大力推广企业用高效率、高能源利用率的、锅炉、电动机、窑炉、泵类等工业设备，争取开创更加先进的工业检测和工业控制技术。然而，在具体实施过程中我们需要了解面临的挑战：
1.1对机械设备的危害与干扰
从机器自身结构来看，大部分空压机生产简单有明显的技术缺陷：输入的压力数大于一定值时，变频空压机会自动打开导致电动机空转，严重浪费电力资源并且损害机器本身，继而导致异步电动机的频繁启动和频繁暂停，降低电动机的使用寿命。变频空压机启动时需要很大的电流，对电网冲击较大，而且严重磨损了电器本身的转动轴承设备。电动机在运作的时候会产生很严重的噪音污染，电动机周围的工作环境比较恶劣，也对工作人员的健康产生不利影响，且以人为调节法来调节电动机的输出压力，运转效率低，严重浪费人力资源。
1.2对机械设备相关电器的危害
对变压器的危害表现在：加大铜损和铁损，使得变压器的温度升高，影响绝缘；引起电动机附加零件的发热，引发机器本身温度的额外升高；导致电容器组温度过热，增加中介电质的感应能力，严重的情况下可以损坏电力电容器组；对开关设备的危害，启动瞬间开关将会产生较大的电流变化，达到电压保险值直至绝缘体的破坏；在保护电气的时候，改变电器固有属性，引发电器动作紊乱；引发测量仪表的数据显示误差，降低数据精确度。
2变频技术在机电控制方面的策略
2.1基本思路
在世纪工业过程中对变频技术进行较为尖端的的软件和硬件设计，先根据传统空压机电动机的特点，全方位分析其耗能原因和工作特性，从而设计出变频技术调速、空气技术压缩、压力传感技术提升等控制方式，根据控制电路进行变频器的确定以及电器初始化的设计，控制方式要用矢量控制，详细分析矢量控制原理，对变频矢量进行仿真检查，科学地改变变频器的运行参数。另一方面，变换变频器的控斜参数。通过复合信号控制变频器的输入与输出，可以在容器的进口处增加电器使用流量信号记录，容器上增加电器压力信号，这样可以减少对机械设备的危害。
2.2具体策略
首先在系统线路中建立安装滤波器，过滤掉高次谐波的干扰信号。其次是屏蔽干扰源，这是抵御干扰行之有效的方法之一，具体做法是用钢管来屏蔽输出线路。再次是将电机正确接地，接地时要与其他的动力电器设备接地点分开。然后是对线路进行合理布局，电动机设备的信号线和电源线应该尽量避开变频器的输入和输出线，而其他设备的电源线和信号线也同样要避开变频器的输入和输出线，进行平行铺设。最后是合理使用电抗器，交流电抗器中的串联电路减弱了输入电路中电流对变频器的打击，而直流电抗器减弱了输入电流中的高次谐波。在设置之前，电动机电网中的高次谐波含量已达到40％，而安装了滤波器之后，高次谐波的含量降到了20.6％，特别是三到八次过后，已经低于标准含量值了。在变频器选择方面，需要学会优先考虑谐波含量低且携带滤波器和电抗器的变频工具。变压机电动机安装时，控制信号电缆和本身的动力电缆要有属于各自的架构线路的电缆结构，做好及屏蔽措施，禁止线路交叉或者架构紊乱，安装时两者要保持距离以及设立必要的防护措施，综合达到既发展工业经济又节能减耗的“双赢”效果。值得我们借鉴的是，国际上针对变频空压机电动机重新设计了空压机，将电机由传统意义上的单相电改为三相交流电，并且具有良好的调速性能。我国目前大量生产和应用的空压机电动机，如果要持续发展就必须要开发出单相电机的变频器。最后对改造之后的空压机电动机进行相关的数据计算，并进行成本分析，验证是否能够让改造后的空压机更加有效地节省能源。
3结束语
装置总体设计
鉴于目前所实施的阶梯峰谷电价和将来的实时电价政策，文中设计的家电控制装置包括智能插座和家庭互动终端，两个装置通过无线通信构成一套家庭用电系统网络，如图1所示。智能插座将采集用电数据发送给家庭互动终端，互动终端实时显示家庭用电和电价情况，互动终端根据电价情况为用户提供不同的智能节电方案，在满足用户用电需求的前提下，智能控制室内各电器工作属性，用户根据实际情况可以对节电方案进行调整，最大程度上降低用电量和用电费的支出，实现能源优化配置。
智能插座
智能插座是基于光纤复合电缆或无线双通道连接家电和电源的中间设备，实现家庭内部异构传感网络，对家庭用电设备进行统一监控与管理，在执行通断电操作、获得家电状态信息的同时兼插座使用。
1智能插座主要功能
1）对家用电器的用电量进行计量，并采集家电的电压、电流、功率、功率因数，将所需数据上传至家庭互动终端；2）利用无线等通信方式，接收互动终端下发的控制指令，对家用电器执行通断电操作，在家电进入待机状态时切断电源，达到消除待机能耗、节能省电的目的。
2智能插座硬件设计
根据智能插座的功能，硬件结构框图如图2所示，智能插座主要包含控制管理模块、开断模块、计量模块、通信模块、时钟和存储模块等。
1）控制管理模块
智能插座在功能上要求较低，但安装数量较多，因此在设计时经济实用性着重考虑，可选用ATMEL公司的AT89S52。
2）电能计量模块
用于监测电器当前的工作状态，如实际功率、电压、电流等，可采用计量芯片ATT7022B。
3）开关模块
智能插座内部的继电器来控制家用电器电源的通断，微处理器接收到通断电指令后，令继电器吸合或断开。
4）通信模块
选择ZigBee微功率无线技术，通信的可靠性和通信速率高。通信模块采用CC2530芯片，CC2530能以非常低的成本建立强大的网络节点，负责向控制器发送数据和接收控制器的指令。
家庭互动终端
用户通过家庭互动终端了解室内用电信息，互动终端根据电价情况为用户提供不同的智能节电方案，在满足用户用电需求的前提下，用户根据实际情况可以对节电方案进行调整。互动终端根据用电方案对各用电器进行控制，最大程度上降低用电量和用电费的支出，实现能源优化配置。
1家庭互动终端主要功能
1）接收智能插座发送的电器用电数据、实时电价数据，以及上述数据的存储。2）为用户提供平台，用户通过互动终端查询家庭用电信息及其它相关信息。3）用户设定电器控制指令，互动终端读取用户下达的条件并处理后将控制指令发送给各与家用电器连接的智能插座，从而控制家用电器的开关状态。对信息家电的调控可以不只是简单地开、关控制，设定的调控选项包括开关的控制、温度的设置、风速和模式的设置等，能够达到取代家电遥控器的作用。
2家庭互动终端硬件设计
根据家庭互动终端的功能，硬件结构框图如图3所示，互动终端主要包含控制管理模块、开断模块、计量模块、通信模块、时钟和存储模块等。
1）控制管理模块
家庭互动终端需要处理大量信息，因此需要一个性能优异的芯片才能保证其高效稳定工作，选用TI公司基于ARM核心的LM3S9000系列。
2）LCD与按键模块
该模块包括按键、LCD及其驱动3个部分，互动终端将接收到的家电用电信息、每天的实时电价经过处理以图表的形式展现给用户。
3）通信模块
互动终端的通信模块与智能插座类似，负责向智能插座发送控制指令和接收智能插座采集的数据。
4）数据存储模块
互动终端的数据存储模块包含微处理器的铁电存储器和LCD液晶屏的显存。
软件设计
1初始化设置
目前的居民电价政策主要是阶梯峰谷电价，随着智能电网的发展，还会采用实时电价政策。根据不同的电价政策，设计的装置为用户提供不同的能效服务，用户在使用装置时可以根据具体的电价政策选择装置的工作模式。对于阶梯峰谷电价参数的初始化输入，用户能将各阶梯电量、各阶梯的调价电费、峰谷时段输入到互动终端。互动终端LCD提供界面，用户根据界面提示通过按键依次输入各参数值；对于实时电价，用户只需选定后互动终端便进入工作状态并进行实时电价的采集。实现流程图如图4所示。
2信息获取及存储
在家庭正常用电时互动终端根据用户的初始化输入统计每天在峰电价时段工作的电器及其用电量，用户可以通过LCD查询统计的信息。家庭互动终端采集每天的实时电价并进行存储，以时段及相应电价的形式存储；互动终端LCD提供实时电价查询界面，以曲线图的形式展示，用户通过按键浏览过去一（两）天的实时电价，实现流程如图5所示。
关键词：PBL3717ADSP步进电机控制系统
引言
步进电机是数字控制系统中的一种重要执行元件，广泛应用于各种控制系统中。它是一种将电脉冲信号转换为位移或转速的控制电机，输入一个脉冲信号，电机就转动一个角度或前进一步。其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例，可以通过改变脉冲频率在大范围内调速，易于与计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。随着超大规模集成电路技术的迅速发展，DSP（DigitalSignalProcessor数字信号处理器）的性能价格比得到很大提高，使得DSP在电机控制领域的应用愈来愈广泛。本文介绍由美国TI公司的数字信号处理器TMS320LF2407和SGS公司的步进电机驱动芯片PBL3717A构成的两相混合式步进电机的控制系统。
1DSP性能简介
美国TI公司的TMS320LF2407A是专为马达控制而设计的一款DSP。它采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减少了控制器的功耗；40MIPS的执行速度使指令周期缩短到25ns(40MHz)，从而提高了控制器的实时控制能力。两个事件管理器模块EVA和EVB，每个包括：2个16位通用定时器；CAN总线接口模块；16位的串行外设（SPI）接口模块；基于锁相环的时钟发生器；内置正交编码脉冲（QEP）电路；3个捕获单元；16通道A/D转换器；8个16位的脉宽调制（PWM）通道。它们能够实现：三相反相器控制；PWM的对称和非对称波形；当外部引脚PDPINTx出现低电平时，快速关闭PWM通道；可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲；事件管理器模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电阻、步进电阻、多级电机和逆变器。
2PBL3717A原理与步距控制方法
2.1PBL3717A的原理简介
PBL3717A是SGS公司设计生产的步进电动机单相绕组的驱动电路，内部采用的是H-桥脉宽调制电路。利用外部逻辑电路构成的逻辑分配器或微处理器分配信号，由若干片这种电路和少量无源元件可组成一个完整的多相步进电动机驱动程序，可实现整步（基本步距）、半步或微步距控制。控制方式是双极性、固定OFF（关断）时间的斩波电流控制。下面简要介绍一下PBL3717A的各引脚功能。如图1所示，它采用16脚双列直插塑料封装。1脚（OUTPUTB）和15脚（OUTPUTA）为输出端，分别接一相绕组线圈的两端；2脚（PULSETIME）外接RC定时元件；3、14脚（Vs）是绕组线圈供电电源，可在10～46V的范围内选择；4、5、12、13脚（GND）接地端，可接至热片；6脚（Vss）是IC供电电源接+5V；7、9脚（INPUT1，INPUT0）用于选择绕组线圈电流；8脚（Phase）为相位输入端，用于控制转动方向；16脚（SenseResistor）外部绕组电流采样电阻，采样信号通过RC低通滤波器送至10脚（ComparatorInput），与内部电压比较器的基准电压进行比较；11脚（Reference）外接参考电压，改变Reference可实现微步距控制，例如用1片单片机和2片DAC08088bitD/A转换电路即可实现256细分控制。在整步、半步、1/4步工作方式下，REFERENCE接固定的+5V，本文仅讨论这种情况。
2.2PBL3717A的步距控制方法
本文所设计的是两修配混合式步进电机的控制系统，具体驱动电路如图2所示。其中，PHASE、INPUT1、INPUT0（图中简写为PH、I1、I0）为输入端，OUTPUTA、OUTPUTB（图中以MA、MB表示）为输出端。因为本文不考虑细分的情况，所以可以把图中的DAC（11引脚）直接接+5V电源。
PHASE的作用是控制步进电动机定子绕组中电流的方向。当PHASE=0时，电流从MB流向MA；当PHASE=1时，电流从MA流向MB。PBL3717A对步距的控制是通过选择I1、I0的不同组合，从而控制绕组电流，达到步距控制的目的。电流的具体数值由VR、RS决定。计算公式如下：Im=(Vr*0.083)/Rs[A],100%级别；
Im=(Vr*0.050)/Rs[A],60%级别；
Im=(VR*0.016)/Rs[A],20%级别。
PBL3717A能实现三种运行方式。在以下讨论中，以A、B表示二相绕组正向电流工作，以A、B表示二相绕组反向电流工作。
（1）基本步距（整步）工作方式
可用二相激励四拍方式，即ABABABAB实现，也可用单相激励四拍方式，即ABAB实现。
（2）半步距工作方式
半步距方式采用二相，单相交替激励的二相八拍方式，即ABBABAABBABA，这种工作方式是两相激励和单相激励交替出现，每一找不到的转距不相等。在二相激励时的转距是单相的1.4倍，这是因为二相激励时的转距是单相激励时转距的矢量合成。如果两相激励时，采用I1I0=01方式，使电流降到60%，由于磁路原先有饱和效应，此时每相转距可能增大到70%左右，两相合成的转距接近于1。这样电机就可以近似实现恒转距运行。图3示出了在第一象限的转矩矢量图。
（3）1/4步距工作方式
为了实现1/4步距工作方式，要在整步与半步间插入一个1/4步的状态（如图3）。例如上方的1/4步状态，A相绕组取100%电流，B相绕组取20%电流。在第一象限由半步A状态到半步B状态要经过4步，即AA0.2BAB0.2ABB。知道第一象限的矢量图不难推出其它三个象限的矢量图，一个循环需6步完成，即AB0.2ABB0.2ABABA0.2BAA0.2BAB0.2ABB0.2ABABA0.2BAA0.2B，其中0.2A、0.2B分别表示A相、B相绕组取20%电流。
3硬件部分
因为DSP采用3.3V供电，而PBL3717A的工作电压是+5V，所以要考虑3.3V和5V的电平转换问题。如图4所示，为5VCMOS，5VTTL和3.3VTTL电平的转换标准。其中，VOH表示输出高电平的最低电平，VIH表示输入高电平的最低电平，VIL表示输入低电平的最高电压，VOL输出低电平的最高电压。从图中可以看出5VCMOS和3.3VTTL的电平转换标准不同，因此，3.3V器件（LVC）引脚不能直接与5VCMOS器件引脚相连接。在这种情况下，可以采用双电压（一边是3.3V供电，另一边是5V供电）供电的驱动器，如TI公司的SN74ALVC164245，SN74LV4245等。而5VTTL和3.3VTTL的电平转换标准相同，所以它们可以直接相连。因为PBL3717A是TTL兼容电路，所以可以直接将DSP的I/O口和PBL3717的相应引脚相连。在这里，我们选DSP的端口B中的IOPB0，IOPB1，IOPB2，IOPB3，IOPB4，IOPB4分别与PBL3717A的I1B，I0B，I1A，I0A，PhaseA,PhaseB相连接（见图5）。
4软件部分
本文以步进电机工作在1/4步为例设计DSP控制软件。DSP控制软件采用C语言编写。从第一拍到第十六拍的控制字分别为：0x0000、0x0004、0x000c、0x0014、0x0010、0x0011、0x0013、0x0031、0x0030、0x0034、0x003C、0x0024、0x0020、0x0021、0x0023、0x0001。将以上数值存放到数组Run_Table[]中，可通过循环程序调用数组中的相应值赋给端口B的数据和方向控制寄存器PBDATDIR，从而通过DSP的端口B来驱动控制PBL3717A的相应引脚来实现步进电机旋转运行。通过修改run_delay(intcount)延时子程序的count的值可改变电机的运转速度。下面给出了两相步进电机1/4步方式下正转的控制程序清单。
/*Filename:Step.c*/
/*IOPB0=I1B,IOPB1=I0B,IOPB2=I1A,IOPB3=10A,IOPB4=PhaseA,IOPB5=PhaseB*/
#include"f2407_c.h"
staticintRun_Table[]={0x0000,0x0004,
0x000C,0x0014,0x0010,0x0011,0x0013,0x0031,0x0030,0x0034,0x003C,0x0024,0x0020,
0x0021,0x0023,0x0001};
voidmain()
{inti;
InitCPU();
while(1)
{
for(i=0;i<=15;i++)
{
*PBDATDIR=Run_Table[i]|0xff00;
run_delay(10);
}
}
}
关键词：DSPFPGA3／3相双绕组感应发电机
1系统简介
3／3相双绕组感应发电机带有两个绕组：励磁补偿绕组和功率绕组，如图1所示。励磁补偿绕组上接一个电力电子变换装置，用来提供感应发电机需要的无功功率，使功率绕组上输出一个稳定的直流电压。
图1中各参数的含义如下：
isa,isb,isc——补偿绕组中的励磁电流；
usa,usb,usc——补偿绕组相电压；
ipa,ipb,ipc——功率绕组电流；
upa,upb,upc——功率绕组相电压；
udc——二极管整流桥直流侧输出电压；
uc——变流器直流侧电容电压。
电力电子变换装置由功率器件及其驱动电路和控制电路两部分组成。功率器件选用三菱公司的智能功率模块（IPM）PM75CSA120（75A／1200V），驱动电路使用光耦HCPL4502。控制电路由DSP＋FPGA构成。
图2控制电路的接口电路
2EPM7128与TMS320C32同外设之间的接口电路
图2所示为控制电路的接口电路。控制电路使用的DSP是TMS320C32，它是TI公司生产的第三代高性能的CMOS32位数字信号处理器，其凭借强大的指令系统、高速数据处理能力及创新的结构，已经成为理想的工业控制用DSP器件。其主要特点是：单周期指令执行时间为50ns，具有每秒可执行2200万条指令、进行4000万次浮点运算的能力；提供了一个增强的外部存储器配置接口，具备更加灵活的存储器管理与数据处理方式。控制电路使用的FPGA器件为ALTERA公司的EPM7128，它属于高密度、高性能的CMOSEPLD器件，与ALTERA公司的MAXPLUSII开发系统软件配合，可以100％地模仿高密度的集成有各种逻辑函数和多种可编程逻辑的TTL器件。采用类似器件作为DSP的专用集成电路ASIC更为经济灵活，可以进一步降低控制系统的成本。
电压检测使用三相变压器，电流检测使用HL电流传感器。电平转换电路用来将检测到的信号转换为0～5V的电平。A／D转换器选用ADS7862。保护电路使用电压比较器311得到过压／过流故障信号。
DSP完成以下四项工作：数据的采集和处理、控制算法的完成、PWM脉冲值的计算和保护中断的处理。
FPGA完成以下三项工作：管理DSP和各种外部设备的接口；脉冲的输出和死区的产生；保护信号的处理。
图3FPGA与A/D转换器和DSP之间的接口
3使用FPGA实现DSP和ADS7862之间的高速接口
ADS7862是TI公司专为电机和电力系统控制而设计的A／D转换器。它的主要特点是：4个全差分输入接口，可分成两组，两个通道可同时转换；12bits并行输出；每通道的转换速率为500kHz。控制方法为：由A0线的值决定哪两个通道转换；由Convst线上的脉宽大于250ns的低电平脉冲启动转换；由CS和RD线的低电平控制数据的读出，连续两次读信号可以得到两个通道的数据。
系统中使用了两片ADS7862，它们的控制线使用同样的接口，数据线则分别和DSP的高／低16位数据线中的低12位相连接。这样DSP可以同时控制两片A／D转换器：4通道同时转换；每次读操作可以得到两路数据。
如图3所示，将A／D转换器的控制信号映射为DSP的三个外部端口：A0、ADCS（和ADRD使用一个端口）和CONVST。在FPGA中使用逻辑译码器对端口译码。利用AHDL语言编写的译码程序如下：
TABLE
A[23．．12],IS,RW＝＞A0,ADCS,CONVST,PWM1,PWM2,PWM3,PWM,PRO,CLEAR;
H″810″,0,0＝＞0,1,1,1,1,1,1,1,1;
H″811″,0,1＝＞1,0,1,1,1,1,1,1,1;
H″812″,0,0＝＞1,1,0,1,1,1,1,1,1;
H″813″,0,1＝＞1,1,1,0,1,1,1,1,1;
H″814″,0,0＝＞1,1,1,1,0,1,1,1,1;
H″815″,0,0＝＞1,1,1,1,1,0,1,1,1;
H″816″,0,0＝＞1,1,1,1,1,1,0,1,1;
H″817″,0,1＝＞1,1,1,1,1,1,1,0,1;
H″817″,0,0＝＞1,1,1,1,1,1,1,1,0;
ENDTABLE
其中，0表示低电平，1表示高电平。RW＝1表示读，RW＝0表示写。
DSP对这三个端口进行操作就可以控制A／D转换器：写CONVST端口可以启动A／D转换器；读ADCS端口可以从A／D转换器中读到数据；写数据到A0端口可以设置不同的通道。
使用上述方法可以实现DSP和A／D转换器之间的无缝快速连接。
4使用FPGA实现PWM脉冲的产生和死区的注入
FPGA除了管理DSP和外设的接口外，还完成PWM脉冲的产生和死区的注入。将PWM芯片和死区发生器集成在FPGA中，就可以使DSP专注于复杂算法的实现，而将PWM处理交给FPGA系统，使系统运行于准并行处理状态。
5使用FPGA实现系统保护
为了保护发电机和IGBT功率器件，励磁控制系统提供了多种保护功能：变流器直流侧过压保护；变流器交流电流过流保护；变流器过温保护；发电机输出过压保护；IPM错误保护。
图5稳态时励磁绕组电压电流及系统直流电压波形
1.1典型合闸回路及缺陷
中小型变电站的联络线路两侧都装设油断路器。对于35KV、10KV油断路器的控制，典型设计是在电站側装设同期装置，在变电站側只设普通合闸回路，普通合闸回路的原理如图1所示：操作控制开
关SA，其②-④触点接通，经过防跳继电器的常闭触点KM2和断路器的常闭触点DL，接通合闸接触器线圈HO，使断路器合闸。这种设计简洁，常为工程设计人员所采用。在具体操作中，按先合变电站側断路器、再合对側断路器的操作顺序进行。但在小水电系统网络中，因受地形、容量等技术条件的限制，建设不甚规范，特别是有些联络线路上还接有负载，当出现某种故障造成变电站側油断路器跳闸，此时的对側断路器可能还在合闸位置，如要对联络线路进行合闸，因不知对侧是否有电，必须等到调度命令或接到汇报后才能进行操作，加至有些地段通讯不畅，经常耽误时间，影响工农业生产用电；由于典型回路本身不能检测线路是否有电压，又无防范不规范操作的技术措施，如果误操作SA发出合闸命令，就会造成非同期合闸事故，给人们生命财产带来重大损失。
1.2改正后的合闸回路
为了防止事故的发生，对原典型合闸回路进行了如下改进（见图1中虚线所示）：即在线路电压互感器二次側增设一只电压继电器KV，用以检测线路电压，并将其常闭触点KV1串入本站油开关合闸回路中。当线路有电压时，就是误操作SA发出了合闸命令，因KV1触点断开了合闸操作回路，无法启动合闸接触器，达到了防止非同期合闸的目的。同时，考虑到联络线路的可靠性，在KV1触点两端设计并联一连接片LP，以便该电压继电器检修或需该线路供给变电站负荷时好操作。正常情况下，连接片LP处在断开位置。
还将电压继电器的常开触点KV2与合闸位置继电器HWJ的常闭触点（或跳闸位置继电器TWJ的常开触点）串联，以接通“线路有电压”光字牌的信号回路，当断路器在断开位置，线路有电压，该光字牌亮，提醒运行人员不得进行合闸操作。在信号回路中，串联跳（合）闸位置继电器触点的作用是为了在该线路运行时断开光字牌，以免光字牌长期带电。电压继电器KV可选DJ—121型，继电器校验方法与其他电压继电器相同。
2水电站压力装置的控制回路改进
2.1典型油压装置自动回路及缺陷
调速器、高低压气机等是水电站中常见的压力设备，在油（气）装置的自动回路中，一般采用电接点压力表(如YX—150型)来反映油（气）罐中压力的变化，进而控制油（气）泵电机。压力表上可设置上、下两个值限，上限用红针指示，下限用黄针指示，实际压力值用黑针指示。油压装置自动投入的动作过程如图2所示：
当压力罐油压降到压力下限时，压力表黑针与黄针接触，即触点YLJ1
闭合，使中间继电器1KA动作并自保持，因转换开关SA在自动位置，其②-④触点接通，启动接触器KM，使电机接通电源，带动油泵向压力罐打油，压力逐渐上升，当到工作压力值上限时，压力表黑针与红针接触，即上限触点YLJ2接通，使中间继电器2KA动作，断开1KA的自保持回路，油泵电机自动停止工作。对于这种典型设计，压力表的上、下限触点一直串在控制回路中，并带有相应负载，特别是在启动和停止过程中，压力变化呈波动状态，使触头抖动不已，无法可靠接触，常常生火花，由于压力罐补压（气）是通过自动回路完成的经常性的工作，压力变化频繁，使压力表的触头接触也相应频繁，从开始的产生火花，到逐渐烧坏触头（或触头粘连），继而造成压力罐压力消失，严重影响了机组的安全运行。
2.2改进后的控制回路
为了克服上述设计中存在的问题,对典型电路进行了如下改动(见图2中虚线所示):即在压力下限回路中串联一个接触器KM的常闭辅助触点KM1,当压力罐压力下降到压力下限时,压力表下限触头YLJ1闭合,通过常闭辅助触头KM1起动1KA并自保持,使接触器动作,启动油泵打油;尽管在油泵电机启动之初,压力出现波动,YLJ1触头发生抖动,但由于在此回路中已串入了接触器常闭触头KM1,接触器动作后立即断开了此回路,此时的下限触头无需承担任何负载,避免了触头的烧坏;又在压力上限回路中串联了接触器的常开辅助触头KM2,当油压力达到上限值时,随着2KA的启动,使接触器失电返回,其常开辅助触点KM2立即断开压力上限回路。不管在这个过程中压力如何变化，压力表的上、下限触点YLJ1、YLJ2总在回路不带负载的情况下抖动，避免了负载过程中电火花对触头的损坏，提高了安全运行的可靠性，同时也减少了因油压装置失压而造成的运行成本。
通常情况下，数控机床的系统一般由三种系统构成，分别为反馈检测系统、NC控制系统和伺服驱动系统。数控机床的电气控制系统对于数控机床的加工方面会产生不同程度和不同方面的影响。从数控机床的加工精度方面来看，其中位置伺服控制系统能够对于机床加工的精度方面产生很大程度上的影响。所以，位置精度属于比较重要的指标之一。要想保持位置精度的准确性，不仅需要在系统使用的时候选择正确的开环放大的倍数，还需要对于位置检测中的元件能够有一定的精度上的要求。另外，由于数控机床属于精度高且效率也很高的一种自动化的设备，它能够为数控机床的生产提供更高的生产效率，但是如果这个系统出现问题和重大故障，那么其所带来的损失也是不可估量的。因此，数控机床电气控制系统的可靠性和安全性也是值得关注的一方面。
2数控机床电气控制系统出现的问题
数控机床在电器控制系统方面的故障一般都是强电故障和弱电故障两种，具体如下所述。
2.1弱电故障弱电指的是数控机床电气控制系统中的电子的元器件以及集成电路为主要的控制的部分。弱电故障中又可以分为硬件发生的故障和软件发生的故障。硬件故障主要是指各种集成电路内部的芯片或者是接插件等出现的事故。软件故障指的是在硬件都属于正常的情况下，内部发生的各种动作性的问题或者是数据出现丢失等问题，一般比较常见的例子有加工程序出现错误或者是计算机的运行出现错误以及系统的程序或者是参数出现错误等。
2.2强电故障强电部分指的是控制系统之中出现的主回路或者是大功率的回路中的继电器或者是电源变压器等一系列的电气的元件以及其中组成的控制电路。强电故障虽然在维修或者是诊断问题的部分较为简单，但是因为其处于一种高压以及大电流的工作状态之下，所以一般强电发生故障的次数要多于弱点故障，因此需要相关的维护和维修人员能够予以重视。
3解决方法
3.1调节法在解决数控机床电气控制系统的众多办法中，调节的方法是其中最为简单的一种。调节法主要是通过对于电位计进行调整，以此来达到修复系统出现的故障的目的。最佳的调整办法是对于伺服驱动系统和被拖动的机械系统来进行系统的调整，并实现最佳的匹配的一种较为综合性的调节的办法。这种调节的办法也较为简单，可以使用一台但是多线的记录仪来或者是双踪示波器来对于观察指令和速度反馈的一种相互响应的关系。一般都是通过对于速度调节器的比例系数以及积分的时间进行调整，促使伺服系统能够达到比较高的动态响应的一种特征，但是又不会出现振荡的一种最恰当的状态。另外，在现场如果没有示波器的情况下，相关的工作人员可以根据自己以往的工作经验，调节来使得电机起振并向反方向慢慢进行调节，一直调节到消除振荡状态为止。
3.2复位法如果数控机床的电气控制系统由于突发性故障而引起系统报警的情况，那么可以是他呀复位法患者是开关系统电源来进行依次地操作来消除故障。但是如果系统内部的工作存储的区域掉电并且插拔电路板以及电池欠压，而造成系统出现混乱的现象，那么就需要对于系统进行初始化操作来进行清除，但是在清除之前需要提前做好数据和信息的拷贝，以免丢失数据。但是如果初始化操作之后故障依旧没有排除，那么就需要进行硬件方面的检查和诊断。
3.3更正法所谓的更正法指的是对于系统中的参数进行修改，程序更正的办法。系统的参数主要是用来确定系统的功能的一种依据，如果系统的参数在设定的时候出现错误那么就很可能造成系统出现故障或者是系统中的某一项的功能失去作用。有的时候可能会因为用户的程序出现错误而导致系统出现故障而停止运作。在这种情况下，系统修复可以使他系统的搜索功能进行检查，来对于用户的程序中出现的错误进行搜索，在搜索完成之后依次改正，这样才能在发现错误之后进行改正，系统才能恢复运行。数控机床电气控制系统的发展在未来的发展道路中将不断走向开放式的发展形式，由于其可靠性和低成本等一系列的优点，将会促使更多的数控系统生产的商家逐步走向甲方是的发展形势。其中，数控机床电气控制系统在速度方面也将走向高速化的发展道路，精度方面也会得到一定的发展。另外，数控机床的电气控制系统还会向智能化方面进行转变。人工智能机在我国的研究和发展已经走向了一定的程度，其在计算机领域的发展也在不断深入，数控系统的智能化程度也将赶上时代的潮流，走向智能化的发展道路。
4结语
[关键词]数控系统伺服电机直接驱动
中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1671－7597(2008)0820116－01
近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。
一、数控机床伺服系统
（一）开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。
（二）全闭环伺服系统。闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。因此只是用在高精度和大型数控机床上。
（三）半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。
二、伺服电机控制性能优越
（一）低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现象，运转非常平稳，交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。
（二）控制精度高。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。例如松下全数字式交流伺服电机，对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
（三）过载能力强。步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机，造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍，可用于克服启动瞬间的惯性力矩。
（四）速度响应快。步进电机从静止加速到额定转速需要200～400毫秒。交流伺服系统的速度响应较快，例如松下MSMA400W交流伺服电机，从静止加速到其额定转速仅需几毫秒。
（五）矩频特性佳。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时转矩会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩。
三、伺服电机控制展望
（一）伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来，数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中，交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展，数控系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后，大大地提高了伺服系统的性能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网，它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置，网络连接，进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展，使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强，大大推动了高精高速加工技术的发展。
另外，先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器，其传感器具有小于1μs的响应时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展，与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电动机旋转更加平滑，改进了电动机的磁路设计，并配合高速数字伺服软件，可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。
（二）交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机＋精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高，实现高速化的成本相对较低，所以目前应用广泛。使用滚，珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动，机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应会造成运动滞后和非线性误差，所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来，高速高精的大型加工机床中，应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳，运行更平稳、位置精度更高等优点。且直线电机直接驱动，不需中间机械传动，减小了机械磨损与传动误差，减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大达10g，刚度提高7倍，最高响应频率达100Hz，还有较大的发展余地。当前，在高速高精加工机床领域中，两种驱动方式还会并存相当长一段时间，但从发展趋势来看，直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明，直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。
参考文献：
[1]《交流伺服电机控制技术的研究》，中国测试技术，郑列勤，2006.5.
