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電機(jī)控制技術(shù)論文集

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電機(jī)應(yīng)用于消費(fèi)電子、住宅、工業(yè)、通用、交通和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。下面小編給大家分享一些電機(jī)控制技術(shù)論文集,大家快來跟小編一起欣賞吧。

電機(jī)控制技術(shù)論文篇一

基于PMAC的電機(jī)控制技術(shù)研究

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,工業(yè)水平的不斷提升,在世界范圍內(nèi)的先進(jìn)控制技術(shù)得到了很大的提升。在以往的電機(jī)控制中,由于控制器的控制能力有限,使得被控對象在運(yùn)行時有很大的誤差產(chǎn)生,而以PMAC為核心控制器的電機(jī)運(yùn)行設(shè)備具有更高的控制能力。本文在對PMAC運(yùn)動控制器及直線電機(jī)原理進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究PMAC控制器在直線電機(jī)PID調(diào)節(jié)中的應(yīng)用,并以具體的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】PMAC,PID,直線電機(jī)

1.引言

當(dāng)今社會,自動控制技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)作為高科技時代的領(lǐng)導(dǎo)者,更加嚴(yán)格要求各種自動控制系統(tǒng)的定位精準(zhǔn)度,由此,在傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基礎(chǔ)上配備一套變換機(jī)構(gòu)而構(gòu)成的直線運(yùn)動驅(qū)動裝置,已難以滿足當(dāng)代控制系統(tǒng)愈發(fā)精準(zhǔn)的要求,因此直線電機(jī)的研究、發(fā)展與應(yīng)用工作成為世界各國當(dāng)今的發(fā)展方向,促使直線電機(jī)具有越來越開擴(kuò)的應(yīng)用領(lǐng)域。

2.PMAC控制器簡介

上世紀(jì)九十年代,美國Delta Tau公司研發(fā)了一種開放式多軸運(yùn)動控制器,命名為PMAC(Programmable Multi-axis Contro-ller)。PMAC是具有高性能的伺服控制器,其核心為DSP,它可借助高級語言靈活的控制最多八軸同時運(yùn)行,還能提供內(nèi)務(wù)處理、運(yùn)動控制、離散開展、同主機(jī)交互等功能。

PMAC是一臺完整的可以任務(wù)識別的計(jì)算機(jī),能自動進(jìn)行任務(wù)等級識別,將高優(yōu)先級的任務(wù)比低優(yōu)先級的任務(wù)先進(jìn)行操作。其執(zhí)行速度、分辨率等指標(biāo)均高于普通的控制器。伺服控制分為PID加Notch和速度、加速度前饋控制??膳cMACRO現(xiàn)場總線的高速環(huán)網(wǎng)相連接,直接靈活的對生產(chǎn)線實(shí)施控制。

相對于其他運(yùn)動控制器,PMAC的開放性最為突出。其內(nèi)部寄存器可允許用戶按照自身需要來使用。PMAC的A/D和I/O和內(nèi)部寄存器都是統(tǒng)一編址,A/D和I/O的用法與PMAC其它內(nèi)存用法相同,具有很強(qiáng)的便利性。內(nèi)部寄存器和A/D、I/O的地址可以使用PMAC的默認(rèn)值,用戶也可以根據(jù)需要自己定義。

3.直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)與基本工作原理

3.1 直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)

直線電機(jī)是一種傳動裝置,其工作模式是將電能轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動機(jī)械能,轉(zhuǎn)換過程中不需要中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1初級2次級行波磁場

3.2 直線電機(jī)基本工作原理

將三相對稱正弦電流通入直線電機(jī)的三相繞組之后,會有氣隙磁場產(chǎn)生。若忽略因鐵心兩端斷開而產(chǎn)生的縱向邊端效應(yīng),氣隙磁場的分布與旋轉(zhuǎn)電機(jī)無太大差別,因此可認(rèn)為磁場是沿展開的直線方向呈正弦形分布。三相電流會隨著時間發(fā)生改變,氣隙磁場將按A、B、C相序沿直線移動。此原理接近于旋轉(zhuǎn)電機(jī),但略有區(qū)別,氣隙磁場是平移的,旋轉(zhuǎn)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)的,所以氣隙磁場又稱作行波磁場。

不難看出氣隙磁場的移動速度與旋轉(zhuǎn)磁場在定子內(nèi)圓表面上運(yùn)動的線速度相同,為Vs,叫做同步速度(m/s),而且Vs=2f。

筆者對行波磁場對次級的作用也進(jìn)行了分析。假設(shè)次級為柵形次級,次級導(dǎo)條受到行波磁場的切割,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢同時產(chǎn)生電流。次級導(dǎo)條中的電流與行波磁場相互作用從而產(chǎn)生電磁推力。受到推力之后,若初級是穩(wěn)定的,次級就順著行波磁場運(yùn)動的方向呈直線型運(yùn)動。若次級以v的速度運(yùn)動,移動的差率(簡稱移差率)用s表示,于是有:

4.PMAC+PC下的直線電機(jī)PID控制

直線電機(jī)的負(fù)載連接到直線電機(jī)的定子,伺服系統(tǒng)的性能與負(fù)載的變化和外部影響有很大的關(guān)聯(lián)。所以要利用閉環(huán)的形式對直線電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確度高的伺服控制。

PMAC展示的是PID+前饋控制的控制算法,算法流程如圖2所示。

DACout(n)表示伺服周期n中16位輸出命令(-32768到+32767),其值由Ix69定義,它將轉(zhuǎn)換為-10V到+10V的電壓輸出。Ix08表示電機(jī)X中一個內(nèi)部位置放大系數(shù)(通常設(shè)為96)。而Ix09表示電機(jī)X中速度環(huán)的一個內(nèi)部放大系數(shù)。FE(n)表示伺服周期n內(nèi)得到的跟隨誤差,是該周期內(nèi)指令位置與實(shí)際位置的差值[CP(n)-AP(n)]。AV(n)表示伺服周期n內(nèi)的實(shí)際速度,是每個伺服周期最后兩個實(shí)際位置的差值[AP(n)-AP(n-1)]。CV(n)表示伺服周期n內(nèi)的指令速度,是每個伺服周期最后兩個指令位置的差值[CP(n)-CP(n-1)]。CA(n)表示伺服周期n內(nèi)的指令加速度,是每個伺服周期最后兩個指令的速度差值[CV(n)-CV(n-1)]。IE(n)表示伺服周期n的跟隨誤差的積分,其值為:

5.直線電機(jī)的PID控制實(shí)驗(yàn)

5.1 PID濾波器工作原理

過去伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要按照反饋控制原理進(jìn)行,不能完全實(shí)現(xiàn)無跟隨誤差控制,也很難滿足速度上和精度上的較高要求。PMAC屬于全數(shù)字伺服系統(tǒng),通過采用計(jì)算機(jī)的硬件以及軟件技術(shù),以新的控制方法對系統(tǒng)的性能進(jìn)行完善,并能實(shí)現(xiàn)速度和精度的高要求。通過軟件來決定系統(tǒng)的位置、速度以及電流的校正環(huán)節(jié)PID控制。利用前饋控制技術(shù),形成以“反饋-前饋”為模式的復(fù)合控制系統(tǒng),大大縮小了位置跟蹤滯后造成的誤差,位置控制精度明顯提高。理論上,這種系統(tǒng)可以對速度誤差、加速度誤差、靜態(tài)位置誤差以及外界干擾引起的誤差消除完全,真正實(shí)現(xiàn)“無誤差調(diào)節(jié)”。

為了保證穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性均為良好狀態(tài),同時滿足系統(tǒng)對位置控制的要求,就要校正和完善系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)??刂骗h(huán)節(jié)占據(jù)整個系統(tǒng)的較為重要的地位,因此確定系統(tǒng)的基本特性(包括機(jī)械傳動、電動機(jī)選型等)之后,就要對系統(tǒng)的控制環(huán)進(jìn)行校正。通常是在伺服環(huán)濾波器的調(diào)節(jié)下,按照被控物理系統(tǒng)的動力學(xué)性能來設(shè)置伺服環(huán)參數(shù),保證能夠?qū)崿F(xiàn)剛性高、穩(wěn)定性強(qiáng)以及跟隨誤差小的系統(tǒng)伺服特性能。

5.2 PID濾波器的調(diào)節(jié)

為達(dá)到適合PC及其兼容機(jī)的PMAC執(zhí)行程序的目的,PEWIN32提供了一個調(diào)節(jié)PID+速度/加速度前饋+NOTCH濾波器參數(shù)的較為簡便方法。   在用階躍響應(yīng)對PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)后,保持參數(shù)穩(wěn)定,利用正弦波響應(yīng)來調(diào)整前饋,并取得“速度”和“跟隨誤差”兩項(xiàng)數(shù)據(jù)。

步驟如下:

在初始化階段,要連接正確光刻機(jī)控制系統(tǒng),安裝PEWIN32執(zhí)行軟件,確保主機(jī)與PMAC正常通信,并對PMAC進(jìn)行初始化設(shè)置和簡單人工操作。

(1)將所有電機(jī)閉環(huán)。通過#1j/、#2j/和#4j/在線命令執(zhí)行。

(2)輸入正弦波的運(yùn)動大小和時間,按下“Do a Parabolic”鍵,執(zhí)行正弦波響應(yīng)。

(3)待主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)后,將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集整理,利用曲線與命令曲線的形式展現(xiàn)采集的數(shù)據(jù),進(jìn)行比較。仔細(xì)分析響應(yīng)曲線中的速度系數(shù)、平均速度誤差、加速度系數(shù)、平均加速度誤差、最大誤差以及各種變量值。

(4)加大Ix32,重復(fù)響應(yīng)過程,到跟隨誤差曲線形狀類似方波為止。選擇“What To Plot”的“加速度”和“跟隨誤差”兩項(xiàng)。增加Ix35,觀察響應(yīng)曲線和數(shù)據(jù)值的變化,如果不夠明顯,縮短運(yùn)動時間或者加大運(yùn)動長度。繼續(xù)增加Ix35,所有系數(shù)均為正數(shù)方可。此時的跟隨誤差主要由噪聲或機(jī)械摩擦導(dǎo)致的,誤差較小。

(5)Ix34=1,增加Ix32,調(diào)節(jié)Ix35,得到合適的響應(yīng)曲線為止。

如圖3、4所示,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,調(diào)節(jié)PID參數(shù),可以使光刻機(jī)系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能較為理想。

6.結(jié)束語

筆者圍繞直線電機(jī),將其作為光刻機(jī)控制系統(tǒng)的快速伺服進(jìn)給單元進(jìn)行了研究,可滿足光刻機(jī)零傳動的需求。利用PID+前饋控制法實(shí)現(xiàn)直線電機(jī)的控制,整體上提高了直線電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能,為直線電機(jī)以及PMAC控制器的使用提供參考,也為其在速度快、精度高的控制系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]韓金恒,潘松峰,高菲,王磊.基于PMAC伺服系統(tǒng)的PID-前饋算法及其參數(shù)調(diào)節(jié)[J].信息技術(shù)與信息化,2008(05).

[2]田會峰,劉文杰.基于PMAC的直線電機(jī)PID研究[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,2007(11).

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[6]邢作霞,鄭瓊林,姚興佳,王發(fā)達(dá).基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID變槳距風(fēng)電機(jī)組控制[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006(06).

電機(jī)控制技術(shù)論文篇二

電機(jī)控制的技術(shù)市場動向

摘要:通過對部分市場調(diào)查公司和半導(dǎo)體供應(yīng)商的訪問,探討了當(dāng)前電機(jī)控制的技術(shù)市場動向。

DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.9.001

電機(jī)控制市場

概覽

電機(jī)應(yīng)用于消費(fèi)電子、住宅、工業(yè)、通用、交通和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。據(jù)德州儀器(TI)半導(dǎo)體技術(shù)(上海)公司半導(dǎo)體事業(yè)部市場推廣經(jīng)理__林介紹,新興的應(yīng)用機(jī)會有工業(yè)泵和壓縮機(jī)、HVAC(加熱通風(fēng)空調(diào))、汽車、低電壓風(fēng)扇、醫(yī)療泵等。

電機(jī)類型方面,90%的市場是步進(jìn)電機(jī)、有刷電機(jī)和無刷電機(jī)。

步進(jìn)電機(jī):占整個市場的15%,有開環(huán)位置和速度控制,簡單的控制I/F,適合于做執(zhí)行機(jī)構(gòu);

有刷DC:占45%市場份額,特點(diǎn)是容易旋轉(zhuǎn),低成本。但是刷子會磨損,效率不高、工作發(fā)熱。

無刷DC:30%市場份額,壽命長/可靠且有效率,控制精度也較高。缺點(diǎn)是成本和復(fù)雜性較高。

表1 電機(jī)市場/TAM/年?duì)I業(yè)額

中國電機(jī)市場

IHS IMS Research公司負(fù)責(zé)電機(jī)和電機(jī)控制的高級分析師周萬木稱,在工業(yè)電機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域,最激動人心的事情莫過于高效電機(jī)的切換為電機(jī)驅(qū)動所帶來的市場機(jī)會。

2012年5月11日國家發(fā)布了《中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及能效等級》即GB18613-2012,將取代GB18613-2006成為新的中國高效電機(jī)標(biāo)準(zhǔn),強(qiáng)制實(shí)施日期為2012年9月1日。GB18613-2012適用于1000V以下的電壓,50Hz三相交流電源供電,額定功率在0.75kW~375kW范圍內(nèi),極數(shù)為2級、4級和6級,連續(xù)工作制的一般用途電動機(jī)或防爆電動機(jī)。

2006年發(fā)布GB18613-2006以來,由于種種原因,我國高效電機(jī)推廣一直停滯不前。不過近年來各種政策執(zhí)行力度逐漸增強(qiáng),能效標(biāo)簽管理制度越來越健全,客戶對高效節(jié)能電機(jī)認(rèn)知度開始提升,財(cái)政補(bǔ)貼將普通電機(jī)和高效電機(jī)價(jià)格差填平,2011年下半年來原材料價(jià)格上漲壓力減小。IHS認(rèn)為以上所有因素的效果疊加,會在很大程度上啟動高效電機(jī)市場需求,引發(fā)電機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整,進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級。

根據(jù)IHS IMS Research公司《中國中小型電機(jī)市場研究報(bào)告》,2012年中國中小型電機(jī)市場容量為200億元人民幣,年出貨量約1200萬臺。IHS預(yù)期高效電機(jī)銷量將從2012年第4季度開始增加,大規(guī)模的切換將會開始發(fā)生在2013年,參考美國當(dāng)年2~3年完成高效電機(jī)切換的歷史,預(yù)計(jì)高效節(jié)能電機(jī)在中國將呈現(xiàn)穩(wěn)步增長,第一個銷售高峰將從2013年第2季度開始。而普通電機(jī)的市場將從2013進(jìn)入負(fù)增長,逐漸萎縮。

高效電機(jī)的切換為電機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域帶來了新的市場機(jī)會。眾所周知,單獨(dú)更換高效電機(jī),平均效率只能提高5%左右,而使用變頻器加上高效電機(jī),整個電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果就能達(dá)到50%以上!如果工業(yè)客戶開始使用高效電機(jī),沒有理由不再安裝變頻器使整個電機(jī)控制系統(tǒng)變得更加節(jié)能,這樣變頻器的需求將會大大增加。另外,永磁電機(jī)和伺服驅(qū)動在很多行業(yè)都發(fā)揮了很好的節(jié)能降耗作用。

整個電機(jī)控制系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程控制將是大勢所趨。電機(jī)系統(tǒng)自動故障報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程診斷調(diào)試等需求將會要求使用越來越多的功能更多,處理能力更強(qiáng)的MCU和DSP。未來的工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)不僅僅是一個執(zhí)行機(jī)構(gòu),同時也會是整個工廠系統(tǒng)的一個有機(jī)組成部分和能源使用監(jiān)控點(diǎn)。遠(yuǎn)程電機(jī)溫度檢測、異常震動檢測和電流電壓監(jiān)測等需求將會為模擬芯片創(chuàng)造更多的市場機(jī)會。

圖1 電機(jī)分布圖

電機(jī)控制的技術(shù)趨勢

更加綠色

Microchip公司MCU16產(chǎn)品部產(chǎn)品營銷經(jīng)理Charlie Ice稱,Microchip預(yù)期“綠色”電機(jī)控制技術(shù)將始終是電機(jī)控制市場的重要因素。為實(shí)現(xiàn)“綠色”電機(jī)控制所需的更高效率,電機(jī)控制設(shè)計(jì)人員將繼續(xù)尋找更高級的控制算法、新型電機(jī)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)智能技術(shù)。預(yù)計(jì)BLDC(直流無刷電機(jī)控制)電機(jī)將因其增強(qiáng)的可靠性和更高的效率而在許多系統(tǒng)中逐漸取代有刷直流電機(jī)。BLDC電機(jī)控制算法將越來越先進(jìn),從而實(shí)現(xiàn)高效系統(tǒng)。預(yù)計(jì)正弦電機(jī)驅(qū)動技術(shù)將取代梯形控制,而磁場定向控制(FOC)之類的算法將得到更普遍應(yīng)用。同時,使用交流感應(yīng)電機(jī)的系統(tǒng)也將采用更高效的控制算法,如磁場定向控制,從而實(shí)現(xiàn)更高的效率。除了更高效的控制算法,還將加強(qiáng)新型電機(jī)的開發(fā)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員將著眼于新型電機(jī),如開關(guān)磁阻電機(jī)和內(nèi)置式無刷永磁電機(jī),與當(dāng)今很受歡迎的電機(jī)類型相比,它們更有可能實(shí)現(xiàn)更高效率。

綠色=高效設(shè)計(jì)+高效控制

英飛凌科技工業(yè)與多元電子市場部高級經(jīng)理黃志鴻稱,該公司對于綠色電機(jī)技術(shù)的定義指的是高能效電機(jī)設(shè)計(jì)和高效電機(jī)控制技術(shù)。二者的結(jié)合可將電機(jī)的能效提高一倍。最常使用的單相交流感應(yīng)電機(jī)的能效為30%至50%。采用綠色電機(jī)技術(shù)后,系統(tǒng)的能效可提高至80%以上。諸如無刷直流電機(jī)(BLDC)和永磁電機(jī)(PMSM)等綠色電機(jī),要求采用單片機(jī)(MCU)和磁傳感器實(shí)現(xiàn)精確控制和實(shí)時響應(yīng)。低損耗電力電子器件可提升系統(tǒng)的整體效率。隨著系統(tǒng)成本上升,電子組件的質(zhì)量和可靠性成為一個重要的考慮因素,質(zhì)量和可靠性不高的電子組件有損于系統(tǒng)的環(huán)保性。

新的電機(jī)控制算法要求經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師。全新推出的單片機(jī)工具鏈包含自動代碼生成器,從而可減輕工程師的軟件開發(fā)任務(wù)。

未來電機(jī)方向

TI__林經(jīng)理稱,除了硬件以外,重要的是如何用很優(yōu)異的算法去控制。TI在全球除了做IC設(shè)計(jì)外,還有一個專門的實(shí)驗(yàn)室Kilby Lab做算法,也就是冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、電動自行車、電動工具這些硬件的算法。

對于未來電機(jī)技術(shù)的發(fā)展,TI模擬器件驅(qū)動方案主要關(guān)注于以下幾點(diǎn):嵌入式控制,控制算法,數(shù)字控制環(huán)路,更高的集成度,改進(jìn)的動作屬性(引擎/性能)。MCU方面的創(chuàng)新主要會涉及:自動化電機(jī)控制,差異化工具,成本、效率、連接與安全性的選擇,讓客戶集中精力實(shí)現(xiàn)增值。

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