機(jī)械手的PLC的控制畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）（說 明 書）題 目：機(jī)械手的PLC的控制設(shè)計(jì) 姓 名： 編 號： 2012 年 月 日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書姓名 專業(yè) 機(jī)電一體化 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）開始日期 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）完成日期 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）題目： A編制設(shè)計(jì) 機(jī)械手的PLC的控制設(shè)計(jì) B設(shè)計(jì)專題（畢業(yè)論文） 指 導(dǎo) 教 師 系（部）主 任 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會記錄 系 專業(yè)，學(xué)生 于 年 月 日進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。設(shè)計(jì)題目： 專題（論文）題目： 指導(dǎo)老師： 答辯委員會根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員

2、會討論評定，給予學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績?yōu)?。答辯委員會 人，出席 人答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員： ， ， ， ， ， ， 第 頁共 頁學(xué)生姓名： 專業(yè) 機(jī)電一體化 年級 09 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 機(jī)械手的PLC的控制設(shè)計(jì) 評 閱 人： 指導(dǎo)教師： （簽字） 年 月 日成 績： 系（科）主任： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及答辯評語： 河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)械手的PLC的控制設(shè)計(jì)摘要機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有交流電機(jī)、變頻器、傳感器、等電子

3、器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出三路脈沖，分別驅(qū)動橫軸、豎軸變頻器，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動開關(guān)將位置信號傳給PLC主機(jī)；位置信號由接近開關(guān)反饋給PLC主機(jī)，通過交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制機(jī)械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手，PLC ，變頻器，交流電機(jī)目錄摘要1第一章機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)31.1 傳動機(jī)構(gòu)31.2 機(jī)械手夾持

4、器和機(jī)座的結(jié)構(gòu)4第二章 可編程控制PLC72.1 PLC簡介72.2 PLC的工作原理82.3 PLC機(jī)型的選擇方法10第三章 三相異步電動機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)133.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)133.2 三相交流電機(jī)工作原理173.3 機(jī)械手電機(jī)的選用18第四章 變頻器194.1 變頻器的構(gòu)成194.2 變頻器的分類和控制方式23第五章 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)275.1 機(jī)械手的工藝過程275.2 PLC控制系統(tǒng)29參考文獻(xiàn)35致謝36第一章機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)1.1 傳動機(jī)構(gòu)1螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)由螺桿、螺母和機(jī)架組成，其主要功能是將轉(zhuǎn)動變換為直線運(yùn)動，并同時傳遞運(yùn)動和動力，按螺旋副中的摩擦性質(zhì)，螺旋

5、機(jī)構(gòu)可以分為滑動螺旋機(jī)構(gòu)和滾動螺旋機(jī)構(gòu)兩種類型。按用途可以分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋三種類型。螺旋機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，傳動平穩(wěn)，無噪聲易于自鎖等優(yōu)點(diǎn)。2. 滑動螺旋機(jī)構(gòu)螺旋副內(nèi)為滑動摩擦的的螺旋機(jī)構(gòu)，稱為滑動螺旋機(jī)構(gòu)。滑動螺旋機(jī)構(gòu)所用的螺紋為傳動性能好，效率高的矩形、梯形和鋸齒形螺紋?；瑒勇菪龣C(jī)構(gòu)由螺母和螺桿組成。根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動方式，滑動螺旋機(jī)構(gòu)又分為以下兩種。（1）由螺母和螺桿組成的滑動螺旋機(jī)構(gòu)，螺母與機(jī)架固聯(lián)，螺桿轉(zhuǎn)動并移動（如圖1-1b所示），這種螺旋機(jī)構(gòu)以傳遞動力為主，故又稱傳力螺旋機(jī)構(gòu)。一般要求用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向力，多用在工作時間短，速度較低的場合。（2）

6、由螺母、螺桿和機(jī)架組成的滑動螺旋機(jī)構(gòu)，如圖1-1a所示，螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動，這種螺旋機(jī)構(gòu)以傳遞運(yùn)動為主，故又稱為傳導(dǎo)螺旋機(jī)構(gòu)。 （a）螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動 (b)螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動圖1-1 傳導(dǎo)螺旋機(jī)構(gòu)與滑動螺旋機(jī)構(gòu)的區(qū)別3滾動螺旋機(jī)構(gòu)螺旋副內(nèi)為滾動摩擦的螺旋機(jī)構(gòu)，稱為滾動螺旋機(jī)構(gòu)或滾珠絲杠。其機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是在螺桿和螺母之間設(shè)有封閉循環(huán)滾道，并在其間放如剛球，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，剛球沿螺旋滾道滾動并帶動螺母作直線運(yùn)動。按循環(huán)方式的不同，分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種形式。 滾珠始終在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)。滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)叫外循環(huán)（如圖1-2所示）。 圖1-2 外循環(huán) 外

7、循環(huán)螺母只需設(shè)置一個反向器，當(dāng)滾珠進(jìn)入反向器時，就被阻止而轉(zhuǎn)彎，從返回通道回到滾道的另一端，形成一個循環(huán)回路。機(jī)械手的橫向運(yùn)動采用的便是滾動螺旋傳動。滾動螺旋機(jī)構(gòu)摩擦阻力小，動作靈敏度高，傳動效率高，可達(dá)90%以上。用調(diào)整的方法可消除間隙，傳動精度高。 1.2 機(jī)械手夾持器和機(jī)座的結(jié)構(gòu)1機(jī)械手夾持器機(jī)械手的機(jī)械夾持器多為雙指手抓式，按其手抓的運(yùn)動方式可分為平移型和回轉(zhuǎn)型?；剞D(zhuǎn)型手抓有可分為單支點(diǎn)和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可以分為外夾式和內(nèi)撐式。按驅(qū)動方式可以電動、液壓和氣動三種?；剞D(zhuǎn)型夾持器結(jié)構(gòu)較簡單，但當(dāng)所夾持的工件直徑有變動時，將引起工件軸心的偏移。對平移型夾持器，工件直徑的變化不影響其軸

8、心的位置。但其機(jī)械機(jī)構(gòu)繁雜，體積大，制造精度要求高。所以當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)械手夾持器的時候，在滿足工件的定位精度要求的條件下，盡可能的采用結(jié)構(gòu)比較簡單回轉(zhuǎn)型夾持器。 本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手采用的是楔槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器。如右圖所示，裝在桿上端的滾子3和楔塊之間為滾動接觸。當(dāng)電機(jī)帶動連桿前進(jìn)時，通過楔塊4的斜面和杠桿1，使兩個手抓產(chǎn)生加緊動作和加緊力。當(dāng)楔塊后移時，靠彈簧的拉力使手指松開。這種末端執(zhí)行器由于楔塊和滾子之間為滾動接觸，摩擦力小，活動靈活，且機(jī)構(gòu)簡單。2機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的支撐部件，機(jī)座承受機(jī)械手的全部重量和工作載荷，所以機(jī)座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。另外機(jī)座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)械

9、手工作時的穩(wěn)定行。如圖1-3所示，機(jī)械手采用普通軸承作為支撐元件的機(jī)座支撐結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有制造簡單、成本低、安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。圖中電動機(jī)3經(jīng)減速器4、主動小齒輪5、中間齒輪6、大齒輪7驅(qū)動絲桿2旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動升降臺上下運(yùn)動。整個機(jī)座安裝在基座8上。機(jī)械手的組成第二章 可編程控制PLC 2.1 PLC簡介自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高

10、，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。作為離散控制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首

11、先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運(yùn)行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯

12、方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時可以認(rèn)為它就是一個嵌入式控制器，但PLC相對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器2.2 PLC的工作原理可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功

13、能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī) 或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時完成的。在內(nèi)部處理聯(lián)合階段。可編程序控制器檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，

14、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢≧UN）狀態(tài)時，還要完成另外3個階段的操作。在可編程序控制器的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對應(yīng)的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外接的輸入觸點(diǎn)電路

15、斷開，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蛴扇舾蓷l指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的0/1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入到對應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入

16、映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU 將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時，對應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。某一編程元件對應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時，稱該編程元件為ON，映像寄存器為“0”狀態(tài)時，稱該編程元件為OFF。掃描周期可編程序控制

17、器在RUN工作狀態(tài)時，執(zhí)行一次圖2.5.1a所示的掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為1100ms。指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖2.1c所示。第(N-1)個掃描周期輸出刷新第(N+1)個掃描周期輸入采樣第N個掃描周期輸入采樣輸出刷新用戶程序執(zhí)行圖2-1 PLC的掃描運(yùn)行方式1.輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它們存入I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個

18、階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會改變。所以輸入如果是脈沖信號，它的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。2.用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)?；蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。3.輸出刷新階段在輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動響應(yīng)的外設(shè)。這時才是PLC真正的輸出。

19、4.輸入/輸出滯后時間輸入/輸出滯后時間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時間，是指可編程序控制器的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間三部分組成。輸入模塊的CPU濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動作是產(chǎn)生的抖動引起的不良影響，濾波電路的時間常數(shù)決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為10ms左右。輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時的滯后時間約為1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時的最大滯后時間為10ms；晶體

20、管型輸出電路的滯后時間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達(dá)到兩個多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時間一般只有幾十ms，對于一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的。要求輸入輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。2.3 PLC機(jī)型的選擇方法1.PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，

21、因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。2.輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。考慮是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/

22、O機(jī)架等。3.電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時同時引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。4.存儲器的選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點(diǎn)至少選8K存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功

23、能時，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。 5.冗余功能的選擇（1）控制單元的冗余重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應(yīng)1B1冗余。在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。（2）I/O接口單元的冗余控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置。重要檢測點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置。3）根據(jù)需要對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。6.經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需

24、增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，估因此，點(diǎn)數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。第三章 三相異步電動機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)3.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件，如圖3-1所示。 圖3-1 封閉式三相籠型異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖1軸承；2前端蓋；3轉(zhuǎn)軸；4接線盒；5吊環(huán)；6定子鐵心；7轉(zhuǎn)子；8定子繞組；9

25、機(jī)座；10后端蓋；11風(fēng)罩；12風(fēng)扇1定子部分 定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。三相電動機(jī)的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。（1）外殼三相電動機(jī)外殼包括機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。 機(jī)座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護(hù)和固定三相電動機(jī)的定子繞組。中、小型三相電動機(jī)的機(jī)座還有兩個端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。通常，機(jī)座的外表要求散熱性能好，所以一般都鑄有散熱片。端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，使轉(zhuǎn)子能夠在定子中均勻地旋轉(zhuǎn)。軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子不能軸向移動，另外起存放潤滑油和保護(hù)

26、軸承的作用。接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護(hù)和固定繞組的引出線端子。吊環(huán)：一般是用鑄鋼制造，安裝在機(jī)座的上端，用來起吊、搬抬三相電動機(jī)。 （2）定子鐵心異步電動機(jī)定子鐵心是電動機(jī)磁路的一部分，由0.35mm0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖3-2所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。 （a）定子鐵心 （b）定子沖片圖3-2 定子鐵心及沖片示意圖（3）定子繞組定子繞組是三相電動機(jī)的電路部分，三相電動機(jī)有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個彼此獨(dú)立的繞組

27、組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120電角度。線圈由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制。中、小型三相電動機(jī)多采用圓漆包線，大、中型三相電動機(jī)的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標(biāo)為U1, V1, W1 ，末端分別標(biāo)為U2, V2, W2 。這六個出線端在接線盒里的排列如圖3-3所示，可以接成星形或三角形。 （a）星形連接 （b）三角形連接圖3-3 定子繞組的聯(lián)結(jié)2轉(zhuǎn)子部分（1）轉(zhuǎn)子鐵心 是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動機(jī)磁

28、路的一部分，一方面用來安放轉(zhuǎn)子繞組。（2）轉(zhuǎn)子繞組 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)與籠形異步電動機(jī)。 繞線形繞組 與定子繞組一樣也是一個三相繞組，一般接成星形，三相引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個與轉(zhuǎn)軸絕緣的集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻或電動勢以改善電動機(jī)的運(yùn)行性能，見圖3-4。 1集電環(huán)；2電刷；3變阻器 圖3-4 繞線形轉(zhuǎn)子與外加變阻器的連接 籠形繞組 在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導(dǎo)條連接起來，稱為銅排轉(zhuǎn)子，如圖3-5（a）所示。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)風(fēng)扇葉片用鋁液

29、一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子，如圖3-5（b）所示。100kW以下的異步電動機(jī)一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。 （a）銅排轉(zhuǎn)子 （b）鑄鋁轉(zhuǎn)子 圖3-5 籠形轉(zhuǎn)子繞組3其他部分 其他部分包括端蓋、風(fēng)扇等。端蓋除了起防護(hù)作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。風(fēng)扇則用來通風(fēng)冷卻電動機(jī)。三相異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm1.5mm。氣隙太大，電動機(jī)運(yùn)行時的功率因數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運(yùn)行不可靠，高次諧波磁場增強(qiáng)，從而使附加損耗增加以及使啟動性能變差。3.2 三相交流電機(jī)工作原理 1三相交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子之所以會旋轉(zhuǎn)、實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，是因?yàn)檗D(zhuǎn)子氣隙內(nèi)有一個旋轉(zhuǎn)磁場

30、。下面來討論旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生。如圖3.6所示，U1U2, V1V2, W1W2為三相定子繞組，在空間彼此相隔120，接成Y形。三相繞組的首端U1, V1, W1接在三相對稱電源上，有三相對稱電流通過三相繞組。設(shè)電源的相序?yàn)閁, V, W, 的初相角為零，如圖3-6波形圖所示。圖3-6 三相交流電流波形圖 （3-1） （3-2） （3-3） 為了分析方便，假設(shè)電流為正值時，在繞組中從始端流向末端，電流為負(fù)值時，在繞組中從末端流向首端。根據(jù)”右手螺旋定則”，三相電流所產(chǎn)生的磁場疊加的結(jié)果，便形成一個合成磁場，如圖3-7（a）所示，可見此時的合成磁場是一對磁極（即二極），右邊是N極，左邊是S極。 當(dāng)旋

31、轉(zhuǎn)磁場具有p對極時（即磁極數(shù)為2p），交流電每變化一個周期，其旋轉(zhuǎn)磁場就在空間轉(zhuǎn)動1/p轉(zhuǎn)。因此，三相電動機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘的轉(zhuǎn)速n1、定子電流頻率f及磁極對數(shù)p之間的關(guān)系是 （3-4） 3.3 機(jī)械手電機(jī)的選用Y2系列三相異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)新穎、造型美觀、噪音低、振動小、絕緣等級高等特點(diǎn)，產(chǎn)品現(xiàn)已達(dá)到九十年代國際先進(jìn)水平，是Y系列電機(jī)的更新產(chǎn)品。外殼防護(hù)等級IP54，它具有良好的起動性能和運(yùn)行性能，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，維修方便等特點(diǎn)，電機(jī)采用E級或B級絕緣，外殼防護(hù)等級為IP44，冷卻方式為ICO141，額定頻率為50Hz，額定電壓為380V。豎軸驅(qū)動電機(jī)承載整個機(jī)械手的所有負(fù)載，需要功率

32、較大，而機(jī)械手主要用于生產(chǎn)線夾持較輕便物體，綜合考慮，豎軸選用Y2-63M2-2，功率250W，可滿足生產(chǎn)需要。橫軸主要驅(qū)動橫臂的左右運(yùn)動，承載重量較小，選用Y2-63M1-2，功率180W，即可滿足生產(chǎn)需要。電動機(jī)3主要用來控制機(jī)械手抓的加緊和放松，所承載負(fù)載最小，因此可選用Y2-63M1-4，功率120W。第四章 變頻器變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級調(diào)速的需要而誕生的。20世紀(jì)60年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了SCR(晶閘管)、GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場效應(yīng)管)、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)、SITH(靜電感應(yīng)晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)

33、、MCT(MOS控制晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)的發(fā)展過程，器件的更新促進(jìn)了電力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20世紀(jì)70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWMVVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀(jì)80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的VVVF變頻器已投入市場并獲得了廣泛應(yīng)用。 4.1 變頻器的構(gòu)成異步電動機(jī)用變頻器調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)時的結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示。通常由變頻器主電路（IGBT、BJT、或GTO做逆變元件）

34、給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源。此電源輸出的電壓或電源及頻率，由控制回路指令進(jìn)行控制。而控制指令則根據(jù)外部的運(yùn)轉(zhuǎn)指令進(jìn)行運(yùn)算獲得。對于需要精密速度或快速響應(yīng)的場合，運(yùn)算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動系統(tǒng)檢測出來的信號和保護(hù)電路信號，即防止因變頻器主電路的過電壓，過電流引起的損壞外就，還應(yīng)保護(hù)異步電動機(jī)及傳動系統(tǒng)等。圖4-1 變頻器的構(gòu)成 圖4-2 典型的電壓型逆變器一例主電路給異步電動機(jī)提供調(diào)速調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。圖4-2示出了典型的電壓逆變器的例子，其住電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在整流和逆變時產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為

35、交流功率的“逆變器”。另外，異步電動機(jī)需要制動時，有時需附加“制動回路”。1.整流器最近大量使用的是二極管的變流器，如圖4-2所示，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。2.平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波電路。3.逆變器同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，根據(jù)PWM控制信號使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，就可以

36、得到三相頻率相同的交流輸出。4.制動電路異步電動機(jī)在再生制動區(qū)域使用時（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量儲存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說來，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動機(jī)）慣量積蓄的能量比電容能儲存的能量大，需要快速制動時，可用逆變器向電源反饋或設(shè)置制動回路（開關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓升高。5.控制電路給異步電動機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。如圖4-1所示，控制電路由以下電路組成，頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓/電流檢測電路”，電動機(jī)的“速度檢測電路”，將運(yùn)算電路的控制回路信號進(jìn)行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機(jī)的“保護(hù)電路”。

37、在圖4-1點(diǎn)劃線內(nèi)，僅以控制A部分構(gòu)成控制電路時，無速度檢測電路，為開環(huán)控制。在控制電路B部分增加了速度檢測電路，即增加了速度指令，可以對異步電動機(jī)的速度進(jìn)行控制更精確的閉環(huán)控制?？刂齐娐分饕ǎ海?）運(yùn)算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2）電壓/電流檢測電路與主回路電位隔離，檢測電壓、電流等。(3)驅(qū)動電路為驅(qū)動主電路器件的電路。它使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。(4)速度檢測電路以裝在異步電動機(jī)軸上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號為速度信號，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。6.保護(hù)電路檢測主電路的電壓、電

38、流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。保護(hù)回路主要包括：（1）逆變器保護(hù)瞬時過電流保護(hù)。由于逆變器負(fù)載側(cè)短路等，流過逆變器器件的電流達(dá)到異常值（超過容許值）時，瞬時停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷電流。變流器的輸出電流達(dá)到異常值，也同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。過載保護(hù)。逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)通達(dá)規(guī)定的時間以上，為了防止逆變器期間、線路等損壞要停止運(yùn)轉(zhuǎn)。恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)需要反時限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護(hù)（使用電子電路）。過負(fù)載是由于負(fù)載的GD（慣性）過大或因負(fù)載過大使電機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。再生過電壓保護(hù)。采用逆變器使電動機(jī)快速時，由于再生功率直

39、流電路電壓將升高，有時超過容許值?？梢圆扇⊥Ｖ鼓孀兤鬟\(yùn)轉(zhuǎn)或快速減速的辦法，防止過電壓。瞬時停電保護(hù)。對于數(shù)毫秒以內(nèi)的瞬時停電，控制電路工作正常。但瞬時停電時間在10s以上時，通常會使控制電路誤動作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止工作。接地過電流保護(hù)。逆變器負(fù)載側(cè)接地設(shè)計(jì)，為了保護(hù)逆變器，有時要有接地過電流保護(hù)功能。但為了確保人身安全，需要裝設(shè)漏電斷路器。冷卻風(fēng)機(jī)異常。有冷卻風(fēng)機(jī)的裝置，當(dāng)風(fēng)機(jī)異常時裝置內(nèi)的溫度將上升。因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或器件散熱片傳感器，檢出異常后停止逆變器。（2）異步電動機(jī)的保護(hù)過載保護(hù)。過載檢出裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)的過熱時，在異步電動機(jī)內(nèi)埋入溫度

40、檢出器，或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來檢出過熱。動作頻繁時，可以考慮減輕電動機(jī)負(fù)載、增加電動機(jī)及逆變器容量等。超頻（超速）保護(hù)。逆變器的輸出頻率或者異步電動機(jī)的速度超過規(guī)定值時，逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）其他保護(hù)防止失速過電流。急加速時，如果異步電動機(jī)跟蹤遲緩，則過電流保護(hù)電路動作，運(yùn)轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進(jìn)行（失速），所以，在負(fù)載電流 減小之前要進(jìn)行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對于 恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中的過電流，也進(jìn)行同樣的控制。防止失速再生電壓。減速時產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過電壓保護(hù)電路動作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過壓。4.2 變頻器的分類和控制

41、方式變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 變頻器中常用的控制方式: 1.非智能控制方式在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。(1)V/f控制V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時，又要保證電動機(jī)的磁通不變

42、的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。(2)轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動機(jī)具有對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負(fù)載變動有良好的響應(yīng)特性。 (3)

43、矢量控制矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動機(jī)定子電流的大小和相位，以達(dá)到對電動機(jī)在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式與轉(zhuǎn)差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制還要經(jīng)過坐標(biāo)變換對電動機(jī)定子電流的相位進(jìn)行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉(zhuǎn)矩電流過渡過程中

44、的波動。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式，需要在電動機(jī)上安裝速度傳感器，因此，應(yīng)用范圍受到限制。無速度傳感器矢量控制是通過坐標(biāo)變換處理分別對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，然后通過控制電動機(jī)定子繞組上的電壓、電流辨識轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。這種控制方式調(diào)速范圍寬，啟動轉(zhuǎn)矩大，工作可靠，操作方便，但計(jì)算比較復(fù)雜，一般需要專門的處理器來進(jìn)行計(jì)算，因此，實(shí)時性不是太理想，控制精度受到計(jì)算精度的影響。 (4)直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動

45、機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測定子電阻來達(dá)到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計(jì)算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計(jì)算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩，對于多拖動具有負(fù)荷平衡功能。 (5)最優(yōu)控制最優(yōu)控制在實(shí)際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對某一個控制要求進(jìn)行個別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實(shí)現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形。 (6)其他非智能控制方式在實(shí)際應(yīng)用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實(shí)現(xiàn)，例如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制

46、、頻率控制等。 2.智能控制方式智能控制方式主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應(yīng)用中有一些成功的范例。 (1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式應(yīng)用在變頻器的控制中，一般是進(jìn)行比較復(fù)雜的系統(tǒng)控制，這時對于系統(tǒng)的模型了解甚少，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)既要完成系統(tǒng)辨識的功能，又要進(jìn)行控制。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式可以同時控制多個變頻器，因此在多個變頻器級聯(lián)時進(jìn)行控制比較適合。但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)太多或者算法過于復(fù)雜都會在具體應(yīng)用中帶來不少實(shí)際困難。 (2)模糊控制模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻率，使電動機(jī)的升速時間得到控制，以避免升速過快對電機(jī)使用壽命的影響以

47、及升速過慢影響工作效率。模糊控制的關(guān)鍵在于論域、隸屬度以及模糊級別的劃分，這種控制方式尤其適用于多輸入單輸出的控制系統(tǒng)。 (3)專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)是利用所謂“專家”的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制的一種控制方式，因此，專家系統(tǒng)中一般要建立一個專家?guī)欤娣乓欢ǖ膶＜倚畔?，另外還要有推理機(jī)制，以便于根據(jù)已知信息尋求理想的控制結(jié)果。專家?guī)炫c推理機(jī)制的設(shè)計(jì)是尤為重要的，關(guān)系著專家系統(tǒng)控制的優(yōu)劣。應(yīng)用專家系統(tǒng)既可以控制變頻器的電壓，又可以控制其電流。 (4)學(xué)習(xí)控制學(xué)習(xí)控制主要是用于重復(fù)性的輸入，而規(guī)則的PWM信號(例如中心調(diào)制PWM)恰好滿足這個條件，因此學(xué)習(xí)控制也可用于變頻器的控制中。學(xué)習(xí)控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息，但是需要12個學(xué)習(xí)周期，因此快速性相對較差，而且，學(xué)習(xí)控制的算法中有時需要實(shí)現(xiàn)超前環(huán)節(jié)，這用模擬器件是無法實(shí)現(xiàn)的，同時