[关键词]：数控技术LDB-4刀架故障诊断维修
随着教育教学改革的深入开展，数控技术在中等职业学校实训教学中的普遍应用，给数控专业实习提供了丰富的教学资源。但在长时间的使用过程中，各种因素导致的设备故障经常困扰我们，如何减少因设备故障维修而花费的大量实习时间，就成了我们一直所关注的问题。
在设备故障中，刀架故障是最常见，也是最难解决的。这里我结合多年实训的工作经验，总结了关于数控车床LDB-4刀架常见故障的快速诊断和维修方法。
故障诊断的方法很多，在这里我们可以借鉴中医“望、闻、问、切”的诊断方法，对机床进行故障诊断。“望”是我们在对机床进行诊断时应先对其仔细观察，如看CRT报警提示信息、报警指示灯、熔丝断否、电容器膨胀变形、开裂、保护器脱扣、触点火花等。“闻”是闻电气元件是否有焦糊味或其它异常味道。“问”是询问机床操作人员，是否严格按照机床安全操作规程进行操作，必要时可以让操作人员再现故障现象。“切”是切合实际情况，借助万用表等专用工具进行检测。相信掌握了这些诊断方法可以帮助我们迅速确定机床的故障所在，为后续的维修节省时间，达到提高教学效率的目的。
有了对刀架故障做出的快速诊断，找出故障发生的问题所在后，才能分析引起该故障的原因。为了更好的确定维修方案，我们将这些故障分为两类：即软故障和硬故障。下面我重点介绍一下关于这两方面故障的诊断及维修方法。
一、机械故障的诊断及维修方法
1、刀架预紧力过大、当用六方扳手插入蜗杆端部旋转时不易转动，而用力时，可以转动，但下次夹紧后刀架仍不能启动。如果出现这种情况，可以确定是预紧力过大导致刀架不能启动，可以通过调小刀架电机夹紧电流来排除故障。
2、刀架内部机械卡死。当从蜗杆端部转动蜗杆时，顺时针方向（从蜗杆向电机方向看）转不动，其原因可能是机械卡死。首先，检查夹紧装置反靠定位销是否在反靠棘轮槽内，如果在，则需将反靠棘轮与螺杆连接销孔回转一定角度重新打孔连接；其次，检查主轴螺母是否锁死，如果螺母锁死，需要重新调整；再有，由于不良造成旋转件研死，此时应拆开观察实际情况，加以处理。
3、刀架越位过冲。刀架越位过冲故障主要是后靠装置不起作用。首先，检查后靠定位销是否灵活，弹簧是否疲劳，此时应修复定位销使其灵活或更换弹簧；其次，检查后靠棘轮与蜗杆连接是否断开，若断开，需更换连接销；再次，若仍出现过冲现象，则可能是由于刀具太长或过重，应更换弹性模量稍大的定位销弹簧。
4、刀架运转不到位或转错刀位。主要是由于发讯盘触点与弹性片触点错位所至。应重新调整发讯盘与弹性片触头位置并固定牢靠。若仍不能排除故障，则可能是发讯盘夹紧螺母松动，造成位置移动，紧固螺母即可解决。
5、刀架不能正常夹紧。出现该故障时，首先，检查夹紧开关位置是否固定不当，并调整至正常位置；其次，用万用表检查其相应线路继电器是否能正常工作，触点接触是否可靠；再次，若仍不能排除，则应考虑刀架内部机械配合是否松动。
6、刀架运转正常，但电机发热严重。首先，可能是由于连续多次运转刀架造成，要经常告诫学生避免连续换刀，如需连续换刀则应停顿3-5秒后进行；其次，刀架电机出现扫堂现象，应及时维修或更换；再次，由于机械故障引起的电机负荷过重，应仔细排查刀架内部传动部分，观察是否有卡死现象，根据排查结果进行适当的调整。
二、电器故障的诊断及维修方法
1、刀架不转位，但咔咔作响。可确定为电机相序接反。一般的LDB-4刀架为380V交流电机提供动力，大家知道这种电机的三根线中任意两根交换会导致电机旋转方向相反，有可能是厂家出厂时候的疏忽造成的，解决办法很简单，只需将任意两根线对调即可，当然这样的问题很少出现。
2、手动换刀正常、机控不换刀。应重点检查微机与刀架控制器引线、微机I/O接口及刀架到位回答信号，在有些仿真系统中也有可能是仿真软件出现问题导致，重装软件即可修复。
3、刀架连续运转、到位不停。由于刀架能够连续运转，所以，机械方面出现故障的可能性较小，主要从电气方面考虑，检查刀架到位信号是否发出，若没有到位信号，则是发讯盘故障。
4、个别刀位换刀过冲，其它刀位正常。此时可以检查是否霍尔元件出现故障，可以采用互换法来测试，将磁钢旋转一定角度，如果旋转后原来过冲的刀位正常，则基本可以确定是霍尔元件损坏，需要更换。如果旋转后过冲刀位仍然没有变化，则可能是由于该号刀位线断路所至。
5、刀架换刀有时出现过冲或不转现象。可以确定没有什么严重的问题，多数是由于线路接触不良引起的，应先观察换刀操作时控制电机正反转的接触式继电器是否正常吸合，根据电器原理图检查这部分电路，如果正常，可将接触器拆下清洁（接触器长期频繁吸合断开磁铁间可能会淤积灰尘，导致接触不良）或更换。
熟悉并掌握以上刀架故障诊断的方法、故障的分类及故障的维修，遵循就果循因的原则，就可以依次对刀架故障加以排除。但同时，我们还应注意到数控车床刀架故障的产生有很大一部分是人为造成的。因此实习教师应在实训前强调刀架的正确使用方法，明确告知学生各种容易导致故障的注意事项，引起足够重视，并在实训过程中加以督促，实训结束后要严格按照刀架保养守则进行维护保养，做到防患于未然。
以上对LDB-4刀架故障原因的分析诊断及维修方法是我结合个人工作实践所总结和整理的，有不足之处希望多提宝贵意见。
参考文献：
[1]宋胄。经济型数控车床自动回转刀架的故障分析及排除[J].机械工程师，2006，（12）.
[2]周宛，胡应占。数控铣床系统参数故障分析与排除[J].装备制造技术，2007，（08）.
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
关键词：火电机组；自动化控制；燃料控制系统
0引言
火电机组协调控制系统中，主控系统的协调指挥作用要由机、炉各子控制系统来具体执行，才能最终完成整个系统的控制任务。燃烧控制系统是火电机组锅炉控制系统中最重要的子系统，其控制过程的合理性直接影响到整个火电机组的工作效率。单元机组在工作过程中需要有持续的能量输入来维持正常工作，能量是由煤炭在炉膛内燃烧提供的，所以燃烧控制系统的智能合理化在火电机组运行中尤为重要，目前供煤系统大多采用直吹式糊粉系统。燃烧控制系统有几个重要的子控系统组成，其中燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统是燃烧控制系统最为主要的子控系统。
1燃料控制系统分析
燃料控制系统是子控系统中针对燃料量进入炉膛控制的系统，其主要任务是根据单元机组的工作状况及负荷要求合理调整燃料量的输入。由于炉膛内燃烧工作环境的特殊性，目前还没有较好的仪器设备对其内部的燃煤量进行直接测量。由于燃煤品质的变化，燃烧后所产生的能量效应也在变化，所以很难实时检测。根据炉膛燃煤工作状况特征，对于燃料量的测量目前多使用热量信号来表征燃料量的大小，即通过间接测量炉膛内热量大小的变化来确定锅炉内燃料量的大小。为了达到控制系统智能化及炉膛内燃料量合理化，燃烧控制系统多采用多输出控制系统，该系统通过对热量的检测，获得炉膛内热量的有关数据，数据作为控制系统输入数据，然后系统进行数据智能化处理，输出信号，以有效控制送煤机械设备的工作状态，使得送煤量和炉膛内燃料的需要量达到平衡状态。控制系统中的锅炉煤量信号受锅炉负荷和总风量的影响，为了保障锅炉工作的安全稳定性，还需要确定合理的风量和炉膛内燃煤量的比值。在炉膛内，燃料必须要保证过氧燃烧，所以在发电机组负荷变化过程时，相对应的需要有合理充裕的风量。小选器在炉膛负荷变化时，对风量的调节起到至关重要的作用，即当炉膛负荷变大时，前总风量没有改变前，小选器输出的指令是原炉膛燃料量，只有在总风量加大的情况下，炉膛燃料量相应变大，一直增大到炉膛燃料量和炉膛负荷相互对应，即炉膛内燃料量和风量达到新的平衡。在以上控制过程中，主要控制信号包括热量信号和燃料量测量信号，通过对控制信号的数学模型分析，可以有效优化燃料控制系统。
1.1热量信号
热量信号主要受到主蒸汽流量和汽包压力的影响，其数学模型表达式如下[1-2]：式(1)中，HR为热量，kJ；D为主蒸汽流量，m3/s；pb为汽包压力，MPa；Ck为锅炉蓄热系数。式(1)中，主蒸汽流量为锅炉炉膛内部稳定状态下的发热量。通过对汽包压力进行数学处理后可以表示锅炉蓄热的变化。炉膛燃料燃烧率变化时，通过公式可知汽流量的改变是有惯性的，虽然其惯性不可避免，即可通过汽包压力的微分信号来表现，公式中汽包压力的微分和主蒸汽流量的和与燃烧率改变是相同的。
1.2燃料量的测量和信号综合
由上述可知，直接测量炉膛内燃料用量比较难，所以目前对于燃料量的测量一般是间接测量，如直吹式燃烧控制系统中炉膛燃料量的测量是通过送煤机械设备的输送量来间接测量燃料量的。目前常用的送煤机械是电子重力式皮带，这种送煤机械可以通过自身设置的有关仪器来测定机械转速，然后确定其送煤的重量。但是送煤量和锅炉输入热量之间不容易协调一致，难以精确确定送煤量和锅炉输入热量，需要采用相应的控制系统。目前常采用动态和热值补偿回路来控制送煤量和锅炉输入热量之间的关系[2]。整定参数的选择在控制信号计算过程中非常重要，只有合适的参数才能有较好的补偿结果。n台送煤机械由上述补偿信号后进行动态给煤量信号的总加，即确定了总的燃煤量信号。燃料量的热值补偿环节用积分调节器的无差调节特性来保持燃料量信号与锅炉蒸发量之间的对应关系，经热值修正后的燃煤量信号和油流量信号相加作为锅炉总燃料量。
2风量控制系统分析
大型火电机组风量控制系统是进行风量控制的智能系统，其系统是保障锅炉内燃料有效燃烧、最大化释放燃料能量的基本条件。大型火电机组的送风过程一般包括两次送风，两次送风中分别使用两台风机送风。第一次送风风机设置在煤炭粉碎系统中，通过一次送风可以携带煤粉进入炉膛，第一次送风系统的控制主要是要考虑制粉和煤粉喷燃的因素，煤炭粉碎系统中的送风量要和粉磨机械设备的工作状况相互协调。目前大型火电机组现代化风量控制系统通常使用串级控制系统，系统中主调的作用是调节氧量，副调的作用是确定通风量和燃料量的比例。风量控制系统中先是保证有持续不变的通风量，这个工作由副调来完成，然后调节氧量达到精确的调节校正，此工作由主调完成。锅炉在工作过程中，必须要保证有一定的过量空气，增减负荷时才能保证生产过程安全稳定，所以在控制过程中，坚持总风量大于或等于总燃料量[3]，设计了风煤交叉限制回路见图1。由风煤交叉限制原理图可知，机组在增加负荷过程中，煤炭控制和风量控制同一时间接受到锅炉的负荷指令。系统中大值选择器可以改变风量大小，其大小的改变是由锅炉负荷指令的变化而进行控制的；锅炉增加负荷的过程中，控制系统必须先调节风量变大，才能再调节燃料量变大。锅炉减少负荷的过程中，控制系统先调节燃料量变小，再调节风量变小，控制系统中风量始终控制在30%及以上。
2.1风量测量
在风量测量过程中，需要各自测量第一次风量和二次风量，然后把两次风量相加，得到最后的总风量。
2.2氧量校正
烟气含氧量控制非常重要，因为只要控制了烟气含氧量就能够控制过量空气系数，就能够使得炉膛内的燃料充分释放能量。控制系统中必须要保证氧量定值，其控制校正使用无差控制理论。负荷和氧量定值两数据之间存在一定的线性关系。2.3风量控制系统的保护功能风量测量一般采用两只或三只差压变送器，差值报警器监视变进器的工作。炉膛压力高于一定值，风量控制系统闭锁增；炉膛压力低于一定值，风量控制系统闭锁减。在特殊情况下，可以手动控制氧量。
3结语
燃烧控制系统是大型火电机组比较重要的子控系统，其控制过程比较复杂。通过燃料控制系统和风量控制系统的分析，对燃烧控制系统的控制思路进行研究。通过燃料控制系统数学模型的分析，研究确定燃料控制系统中控制信号，为燃烧控制系统设计提供基础。通过对风量控制系统控制原理的分析、炉膛风量变化和机组负荷变化之间的关系，为控制系统的设计提供相关理论基础。
作者：张小猫单位：大唐太原第二热电厂
参考文献：
［1］杨静，沈安德。热工自动装置检修［M］.北京：中国电力出版社，2007.
关键词：职高电机与变压器教学能力培养
《电机与变压器》是电气自动化等专业学生必须学的一门十分重要的专业基础课，因为绝大多数的自动化设备都会用到电动机，电能的70%以上全用在电动机上，电动机控制技术的高低直接决定了自动化设备的性能的好坏。因此，掌握电机的控制技术，对我们电气自动化等专业的学生来说，是十分重要的。
《电机与变压器》是电机的控制技术专业基础课程，它的目的是让学生掌握各种电动机的工作原理和控制方法，如果这些原理掌握不好的话，对学生今后的深入学习是很不利的。比如，学生如果不知道三相异步电动机的调速原理，他就看不懂类似的原理图，对电动机的调速就束手无策，学好了《电机与变压器》，再学习《电力拖动》等后续课程就比较轻松了，而且学生能从比较高的层面掌握电动机的控制技术，提升了他们的能力。
《电机与变压器》这门科理论性很强，很抽象，同时需要的基础知识多，比如，要理解电动机的工作原理，必须对电磁感应的方面的知识有很好的掌握。有些甚至还要求具备高等数学的知识，而我们中职学生往往这些基础知识掌握得不好。这使他们学习起来感到很困难。慢慢的丧失了学习的兴趣，老师在台上费劲的讲，学生台下昏昏欲睡。教学效果很不理想。在实训阶段，由于没有与理论知识同步，过了一段时间后，学生可能已经忘了，因此，实习老师往往还得讲解原理，这样效率很低。那么，怎样才能改变这种状况？本人有以下的几点想法。
一、确立目标，树立信心
职校教师在教学过程中要把动机的培养贯穿始终。要让学生明白专业知识对一个人的重要性，要让学生明白《电机与变压器》这门课在整个专业中的重要地位，有条件可以组织学生到企业中参观，让学生明白电机控制技术在生产实际中的作用是多么巨大。同时，老师要想方设法让学生明白其实这些技术并不是很难学，只要按照老师提供的方法，认真学习，每个学生都能学会，让学生树立信心，这样才可以开始进行教学。
二、进行课程改革
将《电机与变压器》、《电力拖动》以及相关内容的实训合成一个课程来进行，比如，在《电机与变压器》中讲了三相异步电动机为什么要进行降压启动及星——三角降压启动的原理和方法，那么马上可以将《电力拖动》中星——三角降压启动控制线路让学生进行安装和调试，在《电机与变压器》中讲了三相异步电动机转子回路串电阻进行调速的原理后，马上可以将《电力拖动》中的20/5t桥式起重机电气控制线路进行分析，在《电机与变压器》中讲了串、并励直流电动机的有关知识后，马上可以将《电力拖动》中的串、并励直流电动机的基本控制电路进行讲解和分析。这样可以减少理论和实践相脱节的现象，教学环节相对集中，学过的理论马上在实践活动中得到验证，有利于所学知识的巩固、提高。学习效率很高，效果也很好。为了达到以上的目的，老师必须结合自己学校的实际情况、对《电机与变压器》、《电力拖动》等有关教材进行重新编辑，编制出适合自己学校的校本教材。
三、加强实验实训室的建设
《电机与变压器》是一门实践性很强的课程，如果光在课堂上讲理论，很难学好，尤其是对我们职高学生更是如此，所以有好的实验实训设备很重要，如果有条件可以请专门生产教学仪器的企业设计制作一些适合实验实训设备。为了提高教学效果，我们学校专门建立了的电机与变压器实训室，并购置了20台电机及电气技术实验装置，在这个装置上可以进行各种实训实验，如直流电机实验、异步电机实验、步进电动机等特种电动机实验，还可以进行各种电气控制实验，如三相异步电动机的正反转控制、三相鼠笼异步电动机降压起动的控制、三相异步电动机能耗制动的控制，还可以进行电力电子技术实验项目，如正弦波同步移相触发电路实验等，通过这些实验和实训，学生对电动机的原理和控制方法有了很深的理解。有了这些实训设备后，我们老师上课积极性也高了，因为本来很复杂，很抽象的问题，现在通过实验很容易得到解决，学生很容易理解。教学效果大为感观。
四、适时引进先进的教学方式
为了激发学生的学习兴趣，老师可以有必要的将自己搜集或制作的flash动画以及制作的多媒体课件运用到实践教学中来，帮助学生理解。根据课程的内容可以采用项目教学法，任务驱动法等合适的教学方法，尽量采用理实一体化的教学方法来提高教学效果和教学质量。注重学生实践操作能力的培养，突出以学生为主体。在教学过程中强调充分发挥教师的主导作用，让师生双方边教、边学、边做，实现素质和技能双重培养，丰富课堂教学和实践教学环节，提高教学质量。在整个教学环节中，理论和实践交替进行，直观和抽象交错出现，没有固定的先实后理或先理后实，而理中有实，实中有理。突出学生动手能力和专业技能的培养，充分调动和激发学生学习兴趣。
五、将电动机控制的实际问题引入教学之中
电机控制含盖电气自动化的许多方面，因此，在教学过程中，尽量多引入与之相关，在企业中比较常用的知识，如PLC、单片机、触摸屏、各种工业组态软件，以及各种工业中常用的传感器、电磁阀、气缸等，在教这些课的时候，尽量接近或模拟实际的应用例子，比如由PLC、触摸屏等组成的料灌控制系统，由PLC、触摸屏、变频器、压力传感器等构成的恒压供水系统，由PLC、触摸屏、步进电动机、伺服电动机等组成的定位控制系统，单片机控制系统，通过这些项目的学习，学生的专业能力可以的到很大的提升，而且学习起来也不感到枯燥，很有成就感。为了做到这些，老师也要不断的进行学习，学习当今的科学技术水平，有机会多下企业，了解企业最需要哪些技术，最需要怎样的技术人才，只有这样才能开设紧跟社会形势，培养出社会、企业最需要的人才。
总结
PMM8713功能介绍
PMM8713是专用的步进电机的步进脉冲产生芯片，它适用于三相和四相步进电机。如图1所示PMM8713的引脚，Cu为加脉冲输入端，它使步进电机正转，Cp为减脉冲输入端，它使步进电机反转，Ck
为脉冲输入端，当脉冲加入此引脚时，Cu和Cp应接地，正反转由U/D的电平控制，EA和EB用来选择励磁方式的，可以选择的方式有一相励磁、二相励磁和一二相励磁，ΦC用来选择三、四相步进电机，Vss为芯片工作地，R为芯片复位端，Φ4～Φ1为四相步进
脉冲输出端，Φ3～Φ1为三相步进脉冲输出端，Em为励磁监视端，Co为输入脉冲监视端，VDD为芯片的工作电源(+4～+18V).其具体的原理框图如4-3-4所示：
4.4显示电路与键盘的选择
显示电路的用8279芯片来驱动，8279芯片分别接两排显示器，每排为4位显示，分别用来显示步进电机的实际转速与给定转速。
8279与CPU的连接框图如4-11所示：
8279芯片的具体介绍如下；
1)DB0～DB7：双向数据总线。在CPU于827数据与命令的传送。
2)CLK：8279的系统时钟，100KHZ为最佳选择。
3)RESET：复位输入线，高电平有效。当RESET输入端出现高电平时，8279被初始复位。
4)/CS：片选信号。低电平使能，使能时可将命令写入8279或读取8279的数据。
5)A0：用于区分信息的特性。当A0=1时，CPU向8279写入命令或读取8279的状态；当A0为0时，读写一数据。
6)/RD：读取控制线。/RD=0,8279会送数据至外部总线。
7)/WR：写入控制线。/WR=0,8279会从外部总线捕捉数据。
8)IRQ：中断请求输出线，高电平有效。当FIFORAM缓冲器中存有键盘上闭合键的键码时，IRQ线升高，向CPU请求中断，当CPU将缓冲器中的输入键数的数据全部读取时，中断请求线下降为低电平。
9)L0～SL3：扫描输出线，用于对键盘显示器扫描。可以是编码模式（16对1）或译码模式（4对1）。
10)～RL7：反馈输入线，由内部拉高电阻拉成高电平，也可由键盘上按键拉成低电平。
11)FT、CNTL/STB：控制键输入线，由内部拉高电阻拉成高电平，也可由外部控制按键拉成低电平。
12)TB0～3、OUTA0～3：显示段数据输出线，可分别作为两个半字节输出，也可作为8位段数据输出口，此时OUTB0为最低位，OUTA3位最高位。
13)消隐输出线，低电平有效。当显示器切换时或使用消隐命令时，将显示消隐。具体芯片理框图如4-4-1所示：
键盘的连接一般有两种方式，一种是独立式键盘；一种是行列式键盘。独立式键盘就是各个键相互独立，每个键盘接一根输入线，通过检测输入线的电平状态来确定那个键按下。这种键盘的输入线较多，结构复杂，一般适用于按键较少操作速度较高的场合。而行列式键盘是由行和列线交义组成，一般用于按键较多的场合。本次设计一共用9个键因此采用行列式键盘。具体的原理图如4-4-2所示：
图4-4-2键盘连接图
显示电路的选择
显示电路选用两排LED显示，每排分别为四位。能满足设计的要求，转速范围为0至1000。LED显示电路有两种接法，一种为共阴极，一种为共阳极。原理图如4-14所示：
、
4.5反馈电路的选择
应选用光电编码器作为反馈元件，光电编码器与步进电机是同轴的输出经过放大送到计算机。并通过显示器显示出步进电机的实际转速。关于光电编码器的说明如下；
4.5.1光电编码器原理
光电编码器，是一种通过光电转换将位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
图4-5-1光电编码器的原理图
根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。
本次设计用绝对式编码器其原理如下：
绝对编码器是直接输出数字量的传感器，它的圆形码盘上沿径向有若干同心磁道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（格雷码）方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点如下：
1)可以直接读出角度坐标的绝对值；
2)没有累积误差；
3)电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。
4.6电源电路设计
本次设计用了+5V、+12V电源，采用的是78系列的集成固定三端稳压管。78系列集成稳压器输出稳定，漂移小，精度也比较高。其内部也有完善的保护电路。它有风部过流保护，保证输出电流部会超出最大允许值；它有内部热保护电路，如果输出管的结温达到允许的最大值，它会知道减小输出电流；它内部还有工作区限制电路。使稳压器的工作台不进入不安全区。因此，它的可靠性高。另外，它只有三条引脚，移位输入，移位输出，移位公共端，使用起来很简单。
1.变压
电源变压器将220V的交流电压变为所需的交流电压值。因为在整流、滤波和稳压电路中有一定的压降，所以要使输出电压比所需电压高2V~3V。
2.整流
整流电路将交流电压变为脉冲的直流电压，常用的整流电路有单相半波，全波，桥式和倍压整流电路。这里采用单相桥式不可控整流电路。
3.滤波
滤波电路用于滤去整流输出电压中的波纹，一般由电抗元件组成。如要负载两端并联电容或与负载串联电感L。以及C和L组合而成的各种复式滤波电路。因为电容滤波电路简单，负载直流电压较高，波纹较小，所以我们采用的是电容式滤波。
4.稳压
稳压的作用电当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。本设计采用三端集成稳压器，常用的是7800系列和7900系列。前者是三端固定正输出集成稳压器，后者是三端固定负输出极集成稳压器，整流后的输出波形与纯直流相差甚远，须经滤波才能作直流电源用。最常用的元件是电容。整流输出的电压升高时，输出的电流一面供给负载应用，一面给滤波电容充电。当整流输出电压开始下降时，电容向负载放电以维持输出电压，总的输出电压波形就平滑得多。
下面以电源+12V为例介绍一下电路的工作原理：
图4.6+12电源电路图
220V，50HZ的交流电压变压后，输出+15V左右的交流电压其频率仍为50HZ，交流信号经桥式整流电路进行全波整流，然后，经电解电容滤波。最后，经CW7805（三端固定稳压器）输出的便是一个平稳的+12V的直流电压信号。电容C4和C5的作用是滤高频波和抑制自激振荡。
4.7抗干扰设计
由于系统中不可避免会从外界引入干扰，影响系统的控制精度，使系统的稳定性变差，故采用了硬件和软件抗干扰措施。
1.干扰对微机的作用可分为四部分：
①输入系统：它使模拟信号失真，输入数据信号出错。
②输出系统：使各输出信号混乱，不能反映微机系统的真实输出量。从而导致一系列严重的后果，同时，还把现场的高电压设备与主机隔离，防止出现高频干扰现象。
③微机控制的内核，使三总线上的数据信号混乱，CPU得到错误的数据信息，使运算操作数失真。
④电源系统：我们设计所采用的芯片都由直流稳压电源供电。这些直流稳压电源都是由220伏转化而来，有可能产生波动现象。使电源的压降上升或下降，对主机运行产生干扰。
2.本次设计采用的硬件抗干扰措施有：
①在电路排列方面，模拟电路和数字电路之间集中在一起，器件之间尽量缩短距离减小寄生电容。
②在线路设计中，将所有器件的模拟地线和数字地线都区分开，两者的地线不要混乱，分别与电源地线相连。
③电源系统的干扰大部分是高次谐波，然后接稳压器件，以保持电源稳定。
④采用分散独立功能模块供电，在每块系统功能模块上用集成三端固定稳压器如7805、7812、7815、7915等稳压源，而且也减少了公共阻抗的相互耦合，大大提高了供电的可靠性。
3.程序监视系统中的抗干扰（电源部分）
WATCHDOG本身能独立工作，基本上不依赖于CPU，当电源受干扰而掉电时，WATCHDOG自动产生中断。使CPU备用电源起作用，对CPU正在执行的数据进行保护。
4.8看门狗电路
工业环境中的干扰大多是以窄脉冲的形式出现，而最终造成系统故障的多数现象为“死机”。究其原因是CPU在执行某条指令时受干扰的冲击，使它的操作码或地址码发生改变，致使该条指令出错。这时，CPU执行随机拼写的指令，甚至将操作数作为操作码执行，导致程序“跑飞”或进入“死循环”。为使这种“跑飞”或进入“死循环”的程序自动恢复，重新正常工作，就是看门狗。若程序发生“死机”，则看门狗电路产生复位信号，引导单片机程序重新进入正常运行。
此外，工业现场由于诸多大型用电设备的投入或撤出电网运行，往往造成系统的电源电压不稳定，当电源电压降低或掉电时，会造成重要的数据丢失，系统不能正常运行。若设法在电源电压降至一定的限值之前，单片机快速的保存重要数据，将会最大限度地减少损失。在掉电方式下单片机内所有运行状态均被停止，只有片内RAM和SFR中的数据被保存起来。在单片机系统可借助于一定的外部附加电路监测电源电压，并在电源发生故障时及时通知单片机（本次设计是通过引发INT0中断来实现的）快速保存重要数据，使电源恢复正常，取消掉电方式，通过复位单片机，使系统重新正常。
4.8.1MAX813L功能简介
MAX813L是美国MAXIM公司推出的微处理机系统监控集成芯片，该芯片的价格低，减少了器件个数，所构成的电路性能更可靠，MAX813L提供如下四种功能：
1.上电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出，复位脉冲宽度典型值为200MS。
2.独立的看门狗输出。如果看门狗在1.6S内未被触发，其输出将变为低电平。
3.1.25V门限值检测器，用于电源故障报警、电池低电压检测或+5V以外的电源的监控间[6]。
4.低电平有效的手动复位输入。
4.8.2看门狗电路各引脚功能
1.手动复位输入端（MR）：当该端输入低电压保持140ms以上，MAX813L就输出复位信号。输入端的最小输入脉冲宽要求可以有效的消除开关的抖动。
2.工作电源端（VCC）：接+5V电源。
3.电源接地端（GND）：接0V参考电平。
4.电源故障输入端（PFI）：当该端输入电压低于1.25V时，5号引脚输出端的信号有高电平变为低电平。
5.电源故障输出端（PFO）：电源正常时，保持高电平，电源电压变低或掉电时，输出由高电平变为低电平。
6.看门狗信号输入端（WDI）：程序正常运行时，必须在小于1.6s的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器。若超过1.6s该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出，8号引脚由高电平变为低电平。
7.复位信号输出端（RST）：上电时，自动产生200ms的复位脉冲：手动复位端输入低电平时，该端也产生复位脉冲。
8.看门狗信号输出端（WDO）：正常工作使输出保持高电平，当WDI端在1.6S接收不到信号时，该端输出信号由高电平变为低电平。
如图5-6给出了MAX813L在单片机系统中的应用电路图。此电路可以实现上电，瞬时掉电以及程序运行实现“死机”时的自动复位和随时的手动复位；并且可以实时的监视电源故障，以便及时地保存数据[6]。
本电路巧妙的利用了MAX813L的手动复位输入端。只要程序一旦跑飞引起程序“死机”，WDO端电平由高到低，当/WDO变低超过140ms，将引起MAX813L产生一个200ms的复位脉冲（本次设计中将MAX813L的RET端同时8031、8155的复位端RESET相连，使之同时复位）。同时使看门狗定时器清0和使引脚变成高电平。也可以随时使用手动复位按钮使MAX813L产生复位脉冲，由于为了产生复位脉冲端要求低电平至少保持140ms以上，故可以有效的消除开关抖动。
该电路可以实时的监控电源故障（如掉电、电压降低）。图5-6中R1的一端接未经稳定的直流电源。电源正常时，确保R2上的电压高于1.6V。当电源发生故障，PFI输入端的电平低于1.25V时，电源故障输出端电平由高变低，引起单片机中断，CPU中断相应服务程序，保护数据，断开外部用电电路等。
第5章算法的设计：
算法对于步进电机调速系统设计是一个相当重在的环节，因为只有确定了算法之后才能对步进电机的速度进行准确的控制，并时也能达到精确的调速目的。同时算法也是编写软件的前提与基础。控制算法有多种，常用的两种算法是PID和模糊控制算法。
PID控制与模糊控制是两种常用的控制方法，但它们还存在一些不足，如一般PID控制容易产生超调、模糊控制的稳态精度不高，在这两种控制方法基础上进行改进，可产生多种更好的控制方法。本文采用的复合PID控制算法和带动态补偿的模糊控制算法克服了以上缺陷，取得了较好的实验效果。
5.1PID控制算法
PID调节的实质就是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系，进行运算，将其运算结果用以输出控制，将基本PID算式离散化可得到位置型PID控制算法，对位置型PID进行变换可得到增量型PID控制算法。对控制精度要求较高的系统一般采用位置型算法，而在以步进电机或多圈电位器做执行器件的系统中，则采用增量型算法。
PID是一种工业控制过程中应用较为广泛的一种控制算法，它具有原理简单，易于实现，稳定性好，适用范围广，控制参数易于整定等优点。PID控制不需了解被控对象的数学模型，只要根据经验调整控制器参数，便可获得满意的结果。其不足之处是对被控参数的变化比较敏感。但是通过软件编程方法实现PID控制，可以灵活地调整参数。,尽管近年来出现了很多先进的控制算法，但PID控制仍然以其独有的特点在工业控制过程中具有相当大的比重，且控制效果相当令人满意。
连续PID控制器也称比例－积分－微分控制器，即过程控制是按误差的比例（P-ProportionAl）、积分（I-IntegrAl）和微分（D-DerivAtive）对系统进行控制，其系统原理框图如图5-1所示：
它的控制规律的数学模型如下：
\*MERGEFORMAT\*MERGEFORMAT(5-1)
或写成传递函数形式：
\*MERGEFORMAT(5-2)
式中，e(t)：调节器输入函数，即给定量与输出量的偏u(t)：调节器输出函数。
Kp：比例系数；
T：积分时间常数；
T：微分时间常数。
将式（2-1）展开，调节器输出函数可分成比例部分、积分部分和微分部分，它们分别是：
⑴比例部分比例部分的数学表达式是\*MERGEFORMAT,p在比例部分中，Kp是比例系数，Kp越大，可以使系统的过渡过程越快，迅速消除静误差；但Kp过大，易使系统超调，产生振荡，导致不稳定。因此，此比例系数应选择合适，才能达到使系统的过渡过程时间短而稳定的效果。
图为比例调节器
（5-3）
比例调节器
其中：U控制器的输出
\*MERGEFORMAT比例系数
E调节器输入偏差
[关键词]机电一体化；电机控制；电机保护
随着科技的不断发展和进步，我国机电一体化技术呈现出了良好的发展态势。机电一体化技术最早出现在上个世纪，但是我国的机电一体化技术相比于发达国家起步较晚，缺乏相应的技术支持，但是经过技术人员的不断努力，到目前，我国很多行业已经充分完善了机电一体化，并运用到了实际生产中，取得了不错成效。但是不可忽视的是，尽管我国机电一体化技术取得了可喜的成绩，但是在机电一体化的推广过程中，如何对电机进行有效的控制和保护，仍然是我们需要关注的问题。
1机电一体化的发展背景
机电一体化的发展，大致可以分为三个阶段。第一是发展初期，机电一体化起源于大约1970年前后，由于计算机技术的兴起和发展，人们开始有意识地将计算机技术加入到传统的机械技术中来，这样的探索在第二次世界大战之后对于经济的恢复有着非常积极的促进作用。在机电一体化的第一阶段，各项技术都不算成熟和完善。机电一体化的第二阶段可以称之为高速发展阶段。得益于当时各项科学技术的飞速发展，比如通讯技术，电脑技术和集成电路工艺，机电一体化技术获得了良好的发展基础。第三阶段是机电一体化技术的黄金发展阶段，此时机电一体化已经获得了广泛的认可并被大力推广，相应的学科体系也开始走进大众视野，机电一体化迎来了全新的发展时期。
2机电一体化的相关技术
2.1机械技术。机械技术是机电一体化技术的基础。机电一体化是在传统的机械技术的基础之上加入电子信息技术形成的。机电一体化的最大亮点在于机电一体化既具有新型电子操控的高效率，又具有传统机械技术的生产特点。在机电一体化的应用中，传统机械技术与电子信息技术相辅相成。2.2电子信息技术。机电一体化，顾名思义，就是“机”和“电”两部分的融合。“机”，就是机电一体化中的机械部分，主要是由生产机器组成；“电”则是指电子信息技术，是指计算机和网络，机电一体化与传统机械技术最大的区别就在于，机电一体化实现了由电脑代替人对生产器械实施控制，不仅让工人解放了双手，也使生产过程更加智能高效。2.3传感检测技术。电脑的传感技术，就好比是人类的感觉知觉，是电脑的感受器官。电脑通过传感技术，可以对生产情况实时感知，并及时对生产进行调整。电脑传感检测范围越广，检测越精准，其智能化程度就越高，机电一体化的完成度也就越高。传感检测技术是否足够精准，是衡量机电一体化技术的一项重要指标。
3机电一体化中电机的构成及工作原理
3.1电机的构成。在机电一体化的结构中，不同类型的电机有不同的种类。本文以最常见的家用电器电机为例：家用电器的电机一般分为串激电机和永磁电机，这其中的驱动部分，是电机的核心，也是输入输出的转换渠道。3.2电机的工作原理。电机在工作过程中包括电压，电流，传感信号等参数，当这些参数合格时，电机才能正常工作。而在机电一体化系统中，最关键的一步：电能转化为机械能，由电机来承担。为保证整个机电一体化系统的正常运转，必须加强对电机的保护和控制。
4机电一体化技术中电机控制与保护存在的问题
4.1控制与保护装置不能满足应用需求。我国现行的控制与保护装置大多数是利用电磁理论和电热理论，加上熔断器和短路装置所建立的控制与保护系统。这种系统是现阶段可以达到的最科学最完善的控制保护系统。尽管如此，该系统还是存在着诸多问题，需要进一步加强。其中最主要的问题是零件灵敏度问题，正常情况下，当电机出现问题使，系统及时检测到电机故障，会发出警报。但有时，由于探测器或是警报器反应不够灵敏，从电机故障到发出警报到电机终止工作，往往存在一定的时间延迟，而生产事故也大多发生在这段时间内。由此可见，电机零件的灵敏度不足，导致电机控制与保护装置不能很好的满足要求。4.2井下机电设备仍有待完善。由于井下事故发生频率较高，井下机械设备的电子化亟待推广。之所以井下几点设备推广难度大，是因为目前在井下作业方面，机电一体化还存在一些问题，这些问题影响了电机控制与保护的效果。井下作业最常见的是鼠笼式异步电机，但是鼠笼式异步电机目前的安全性和稳定性还有待提高。可见，机电从业者需要充分重视相关问题，争取早日保证井下机电设备能够安全高效的投入使用。
5机电一体化应用中电机控制与保护路径
5.1强化电压与电流控制。机电一体化应用的核心部分就是电机，靠电力来进行驱动。电流和电压则是所有靠电力驱动的设备的重要参数。电流和电压还构成了电机的额定功率，若这几个参数在电机工作时显示正常，则说明电机无故障；若这几个参数在电机工作的过程中，显示数值超过了正常范围，说明电机出现了故障，此时应当停止工作，及时排查故障，避免事故发生。监测电流和电压的方式也很简单，常规仪表盘即可实现监测目的。当电压异常时，可能是内部电阻出现了问题；当电流异常时，可能是机器内部出现了短路等故障。及时发现故障，排除故障，是实现机电一体化控制与保护的重要途径。5.2严格把控阀门和速度。电机是一个系统，需要各个部件联合运作。这其中一个不可忽视的重要因素就是速度。只有控制好输入的电流以及电机的速度，才能在电机控制上取得不错的效果。当下主要的速度控制方式是双环控制，双环中的内环是速度环、外环是传统的位置环。通过对内部速度的有效控制，可以达到对整个电机速度的有效调节。5.3电机的日常维护和包养。随着科技的不断进步和发展，电机制造的越来越精密，功能越来越强大。但是，不论多么高级的电机，都离不开日常的维护和保养，要想电机能够拥有长久的使用寿命，日常的科学维护至关重要。电机的日常维护主要分为三方面。第一是使用前的准备，使用前，要观察电机是否已经通电，装置性能是否存在损坏。第二是电机工作过程中的监护，当电机开始工作后，要实时监测电机工作情况，如有异常，应立即断电并开始排查故障。第三是平时的养护，电机平时不适用的情况下，应定期做好保养，延长使用寿命。5.4营造干净清洁的作业环境。干净的作业环境，不论是对电机的控制还是保护，都有很大的作用。长时间的作业，尤其是一些井下作业，会导致电机中积满灰尘，导致电机通风不畅，不利于电机散热。久而久之，一方面容易发生故障，另一方面即使没有发生故障，也会严重影响到电机的使用寿命。而电机一旦积满灰尘，再对电机进行清理，难度又较大且成本较高，因此，营造一个干净的作业环境，尽量保持电机免受灰尘的侵袭，是有效保护电机的方法。具体的方式有：定期清扫作业环境，延长发动机积灰的时间，或增强作业空间的通风等等。
6结语
通过以上的分析我们可以得出，随着科技的不断进步，机电一体化在我们的生活中占据了越来越大的比重，成为与我们的日常生活息息相关的一部分。人们开始逐渐意识到对机电一体化的控制和保护的重要性。尽管当下，对于机电一体化的控制与保护还存在一些问题，这些问题阻碍了机电一体化的发展，也阻碍了经济的发展。但是这些问题都可以得到合理的解决。笔者相信，有了广大从业者的共同努力，我国机电一体化的控制和保护会得到更好的发展，这一技术也将为我国的经济贡献更多的力量。
【参考文献】
[1]王艳亮。对机电一体化技术中电机控制的研究[C]//决策论坛——区域发展与公共政策研究学术研讨会。
[2]滕明建。思考机电一体化中的电机控制与保护[J].电子制作，2018(05):206.
[关键词]数控系统伺服电机直接驱动
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.
【关键词】电力拖动控制；探索；改革
1电力拖动与技能训练课程的特点及改革
本课程教学内容设计方面主要为理论知识和技能训练一体化模式，同时在技能训练一体化过程中实行项目教学模式。根据本专业所对应职业岗位的需要，将每个控制电路作为一个“项目”，打破传统的电力拖动课程以知识为序列组织课程的方式，不仅有利于激发学生的学习兴趣，也有利于学生专业技术能力的形成。教学方式是以原理解析――实训操作――任务实训――学生总结的教学模式实施教学。传统教学模式是电力拖动课以理论教学为主，实训操作为铺，面对现状普遍基础较差，领悟能力不强，学习积极性不高的中职生来说，恰恰专业理论学习是一个难点，可见这种传统的理论教学已不能适应现在的中职生教学，教师应探索新的以实际操作技能为主、理论教学为辅的教学方式，而不是片面要求全面地系统地在理论上掌握一门门课程。针对这一新形势我们建立了完整的实践体系。
1.1注重学生动手能力的培养和训练
通过实验、实习等实践性环节，使学生了解并掌握从事实际生产或技术工作的必要手段和方法，缩小知识转化为现实生产力的距离。
（1）加强学生实验能力的培养。实训教学是培养学生应用能力的重要环节。我们在实训课中有意识地将教学内容和实训内容相结合，指导学生做好实验预习。实训课时首先由教师利用课件讲解实验内容及相关注意事项，然后学生自己动手操作，在实训过程中教师及时指导实验中遇到的疑难问题。以分组方式2人一个小组，改变原来教师做学生验证的模式。为突出个性化教学特色，实践环节做到指导教师与学生面对面具体指导，帮助学生理解题目和把握设计方向。学生在教师的指导下，根据给定的电拖电路实验设计内容在实训教师的指导下自己连接线路。只要总体目标达到，教师可不作特别具体的要求，让学生多角度、多方位地思考，培养学生进行科学研究的能力，使他们探索性地解决所提出的实验问题。
（2）注重教学总结。在教学环节最后也是最为重要的地方是总结。将以往的教师总结，变为学生总结。在实验教学过程中会出现各种情况，导致实验不成功，如何在不成功的实验中发现问题找到问题，并总结是培养学生自主学习的要点。同时也可以让学生发现自己是课堂的主导，与以前的“听众”变成了“演员”。
1.2引进多种教学方式，提高教学质量
电力拖动与训练是一门理论与实际紧密联系的课程。因此以岗位需求为导向，建立“行动导向、任务驱动”的教学模式，同时在教学方式上开展讲述法、案例法、项目教学法和岗位引导等教学方法，取其长处进行教学，让学生能够真正懂得才最重要。对于初学学生，没有实践经验，对实物很难有概念。要充分利用多媒体、实物模型、电视录像和网络资源等丰富教学内容。同时结合教学内容通过实验和实习不断增强对电机的感性认识，进而加强对理论知识的理解。
（1）加强课程多媒体课件建设。提高课堂教学效果。近3年，该课程灵活采用了多媒体教学手段和模拟仿真教学。编制了大量的多媒体素材，包括动画及三维演示课件。例如运用仿真软件可以模拟简单电动机的正转点动控制线路，甚至较复杂的多速电机降压启动等电路。在模拟软件中学生可以在电脑上模拟连线，试运行。这样可以减少的实际训练操作中出现的各种电气故障。
（2）设立创新校内外实验基地。根据电力拖动教学需要及机电专业发展要求，学校除购置了基本电脑、信号发生器、稳压电源等常用仪器设备以外。还配置了EDA开发系统、电机模型、变频器实验室等。这使学生的创新科技活动和教师的教学活动有了充分的实验平台。这样学生边做实验边巩固知识点，锻炼了思考问题的能力及想象力。由被动的接收知识到主动的吸收知识。同时学生的分析和解决问题能力也得到大大的提高。为了与市场接轨，还要将学生送入校外工厂参观的同时进行实习。增加学生的动手能力。
1.3编写适合学校的校本教材
《电力拖动与技能训练》课程内容不够完善由于本课程结合的是工厂弱电控制强电较少，同时本课程中缺少工厂配电的技术要求。所以，我在教学的过程中，将国家配电要求及强电配线方法融入到教学中。同时我校根据本地区经济特点，及我校学生特点正在编写适合我校的校本教材。
最近几年来，随着华山职业技术学校的发展。国家在中职学校不断加大投入，我校在机电类课程教学有了更好的实验条件和实践基地。课程组在此平台上加强了电力拖动基础课程的教学实践与改革，取得了一系列教学成果。我们希望进一步借助国家示范校的有利条件，在校精品课程基础上经过3～5年的建设，把《电力拖动控制与技能训练》这门课程建设成省级精品课程。
参考文献：
[1]中国电力教育，2009，（1）：87-88.[4]高心，黄勤珍。电气工程及其自动化专业课程体系探讨[J].西南民族大学学报（自然科学版），2003，29（6）
[2]朱志媛。高校培养创新人才的策略[j].中国电力教育，2009（11）
[3]李培根。主动实践――创新能力培养的关键[n].华中科技大学周报总213（1）
【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.