电机控制器范文

导语：如何才能写好一篇电机控制器，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】模糊控制 PID 单片机 直流电机

【中图分类号】TP273.4;TM33 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）17-0230-02

引言

在直流电机的控制过程中往往具有不确定性和非线性，难以建立精确的数学模型，采用常规PID控制算法难以达到理想的控制效果。系统设计结合模糊控制算法，按模糊控制理论建立模糊控制规则并求出模糊控制表，根据提取到的直流电机采样信息查询模糊控制表来对电机进行速度与转向的控制。

1、直流电机控制系统

系统选用STC12C5A60S2作为主控芯片，用以完成对系统执行机构的控制、信息处理和直流电机的控制。在窗帘机的应用上面，直流减速电机可精确控制，又能弥补步进电机无电状态下不能转动的缺陷。采用L298N驱动直流电机，利用PWM调制与使能变换的方式可进行电机调速与变向。控制窗帘开合的过程中同时检测光电开关的状态，以确定当前窗帘/窗户的状态。通过对电机角速度的采样分析，利用单片机进行信息处理并优化控制。

2、PID控制

按偏差信号的比例、积分和微分进行控制的控制器称为PID控制器，其控制规律成为PID控制算法。如图1所示，给定值与输出值的偏差e（t）的比例、积分和微分线性组合，形成控制量u（t）的输出。

式中：u（t）-控制器的输出 Kp -控制器的比例系数。

Ti-控制器的积分时间常数。 Td-控制器的微分时间常数。

e（t）-控制器输入，给定值和被控对象输出值的差，称偏差信号。

PID控制器中的比例环节、积分环节、微分环节的参数都必须选取适当，否则也会使系统不稳定。（1）比例环节能迅速反映偏差从而减小偏差，控制作用强弱取决于Kp。Kp越大，则过渡过程越短，稳态误差也越小;但Kp越大，超调量也越大，越容易产生振荡，导致动态性能变坏，甚至会使闭环系统不稳定。（2）积分环节：只要存在偏差，积分的控制作用就会不断积累，输出控制量以消除偏差。但积分作用太强会使系统超调加大，控制的动态性能变差，甚至会使闭环系统不稳定。（3）微分环节：微分控制有助于减小超调量，克服振荡，提高系统的稳定性，但会使系统抑制干扰的能力降低。微分部分的作用强弱由微分时间Td决定。Td越大，抑制e（t）变化的作用越强;Td越小，反抗e（t）变化的作用越弱。

PID控制系统的连续时间信号经过采样和整量化后，变成的数字量无论是积分还是微分都只能用数值计算去逼近。因此PID控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。当采样周期相当短时，用求和代替积分、差商代替微商，使 PID 算法离散化，将描述连续时间 PID算法的微分方程，变为描述离散时间 PID 算法的差分方程，即为数字PID 位置型控制算式。

其中Kp、Ki、Kd分别为比例、积分、微分系数。

PID控制在稳定性、响应速度、超调量和稳定精度方面都体现很好，其适应性强，适应各种控制对象。但参数的整定是PID控制的一个关键问题，动态特性不太理想;PID控制不具有自适应控制能力，对于时变、非线性系统控制效果不佳。当系统参数变化时，控制性能会产生较大的变化，控制特性可能变坏，严重时可能导致系统的不稳定。

3、模糊控制

模糊控制是以模拟集合论、模拟语言变量和模拟推理为基础的一种智能控制方法。它模拟人的思维推理过程，构造一种非线性控制，以满足复杂的、不确定的过程控制需要。

模糊控制器的控制规律由程序实现。首先根据采样值得到模糊控制器的输入量并进行量化处理;量化后的变量进行模糊化处理，得到模糊量;根据输入模糊控制量及模糊控制规则，按模糊推理合成规则计算控制量（输出的模糊量）;对模糊输出量进行模糊化处理，得到控制量的精确量，并进行输出量化处理，得到实际控制量。

3.1模糊控制器的设计

模糊控制器的设计包括四个层面：模糊控制器输入输出量的确定、输入输出变量模糊集合和隶属函数的确定、模糊控制规则表、反模糊化处理求取输出控制量。

在模糊控制器中，模糊控制规则表是系统控制自整定最重要的环节。变量包括系统偏差e和偏差变化率ec、输出控制量u。根据系统输出的偏差及偏差变化率趋势来消除偏差，得到模糊控制规则。

通过模糊控制规则表的查询，反模糊化处理可求取精确的输出控制量。

3.2自适应模糊控制算法

模糊控制与PID控制结合构成模糊PID控制。PID控制的关键是参数的确定，自适应模糊控制算法是用模糊控制来确定PID参数的，也就是根据系统偏差e和偏差变化率ec，用模糊控制规则在线对PID参数进行修改。先找出PID各个参数与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，再根据模糊控制原理来对各个参数进行在线修改，以满足在不同e和ec时对控制参数的不同要求，使控制对象具有良好的动、静态性能，且计算量小，易于在单片机上实现。

根据参数Kp、Ki和Kd对系统输出特性的影响，可归纳出在不同的e和ec时，被控参数Kp、Ki和Kd的自整定要求，从而可得模糊控制规则的语言描述为：

不同的偏差e和偏差变化率ec，对PID控制器参数Kp，Ki，Kd的整定要求不同。

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（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安710300）

摘要：过去控制直流电机多由单片机完成，其不但接口繁琐，而且速度慢，不易在高温、高压等恶劣环境下工作。针对电压闭环和电流闭环直流调速系统的不足，采用数字信息化的方法，设计一种基于DSP控制器的通用电机调速系统，并将其应用于电动车驱动系统电机控制中。仿真结果表明，该系统工作稳定可靠，运行速度提高了60%以上，达到了设计要求。

关键词 ：DSP；直流调速；电动车；PWM

中图分类号：TN710-34；TP272 文献标识码：A 文章编号：1004-373X（2015）12-0154-02

收稿日期：2014-11-26

基金项目：国家自然科学基金（61272038）

以前控制直流电机多由单片机完成。该方式缺点是接口繁琐、速度慢，且不易在高温、高压等恶劣环境下工作[1]。采用一种新型直流电机控制器——DSP控制器解决了单片机控制的缺点，其具备很多优点，该控制器不仅具有面向电机的控制能力，同时它便于修改控制参数以及具有自诊断等功能[2]。

1 直流电机控制器硬件平台设计

该调速系统主要由DSP芯片、脉宽调制电路、功率驱动电路、电机以及电流/电压传感器组成。TMS320LF2407 是TI 公司专门针对电机、逆变器、机器人、数控机床等控制而设计[3]，工作温度范围为-40～125 ℃，针脚数为144，频率为30 MHz，电源电压最大为3.6 V，最小为3 V。存储器容量RAM为5 KB，接口类型为CAN、sci、SPI，封装类型为剥式[4]。图1 为基于DSP控制器结构框图。

将传感器检测到的反映电机状态的电压、电流、转速信号传向DSP控制器A/D转换器[4]，经过模/数转换后的信号和它们相应的设定值经过DSP中的控制算法处理后，就产生一个PWM波的控制输出量[5]。PWM经济、节约空间且抗噪性能强，是一种值得使用的有效技术。这个PWM波输出量经过脉宽调制后加载到驱动电路中并调节电枢电流，直至直流电机调速系统达到稳态。

2 软件控制

2.1 TMS320LF2407 DSP控制软件

TMS320LF2407 DSP控制软件流程图如图2所示。

对TMS320LF2407 DSP 的软件控制首先对寄存器进行初始化。过段时间后对输入、输出（I/O）口及模数（A/D）采样寄存器进行初始化，其次读取设定电流及细分数和E2PROM 中电机转子初始位置。E2PROM 是“电可擦除可编程只读存储器”，最后DSP的参数变量进行初始化，过段时间后取得ia、ib电流偏移量。同时中断启动，允许PWM输出控制量，并反复检测细分开关状态及记录转子位置。

2.2 转子位置和速度检测

位置检测不但用于换相控制，而且还能产生速度控制量。位置信号是通过3个霍尔传感器得到的，霍尔传感器根据霍尔效应工作的[6]。

3 测试结果与分析

使用TMS320LF2407 仿真器进行调试，实验电机采用永磁直流电机[7]，其参数如下：额定功率P = 20 kW ，额定电压UN = 120 V ，额定电流IN = 180 A ，额定转速nN = 3 000 r/m ，电枢电阻Ra = 0.018 4 Ω 。电感L = 0.128 mH ，折算到电动机轴上拖动系统飞轮惯量GD2 = J = 17.4 N - m2 。电磁时间常数Kt = 6.96 ms ，电势常数Ke = 0.042 1 V/(r/m) ，转矩常数：Km = 0.4 N - m/A ，机电时间常数tm = 20 ms 。图3 为PWM 输出曲线，由图4可知，在电流闭环作用下，电流迅速上升至指定值并稳定下来，直到电压上升到最大允许值。此后，电压稳定下来而转速继续上升，因此电流急速下降，直到与负载电流相等为止，这时基本达到稳态状态[9]。

4 结语

本文在电压闭环系统改进的基础上，构建了基于DSP控制的全数字直流PWM调速系统。将工业控制中普遍使用的算法用在DSP上可以很好的实现，可用于直流电机控制的PWM波形输出。实验证明该系统控制准确且运行速度提高60%以上，电机转速平稳，在工业生产中可推广使用。

作者简介：殷兴光（1973—），男，陕西乾县人，副教授，硕士。研究方向为工业电气自动化。

参考文献

[1] 陈璟华，李日隆，谢晓峰.基于专用控制芯片的直流电机控制系统[J].电机电器技术，2008（3）：25-28.

[2] 章玮，姚维，潘再平，等.数字信号处理器（DSP）在电机控制中的应用[J].中小型电机，2009，28（4）：33-35.

[3] 王晓明，王玲.电动机的DSP控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[4] 晏昌猛，潘俊民.基于DSP控制的无刷直流电机在电动执行器中的应用[J].工业仪表与自动化装置，2003（5）：26-28.

[5] 韩安太，刘峙飞，黄海.DSP控制器原理及其在运动控制系统中的应用[M].北京：清华大学出版社，2009.

[6] 李潮泳，林国斌，尚敬.基于TMS320LF240的串行通信设计[J].微计算机信息，2003，19（4）：8-10.

[7] 常斗南，李全利.可编程序控制器[M].北京：机械工业出版社，2002.

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关键词：步进电机 数字控制器 调速

：17000多字

有中英文摘要、参考文献、图

200元

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关键词：水冷系统；流阻；能量损失

一、引言

安全环保已经成为当今时代的主题，高效、节能、环保的乘用车已经成为国内外研究的热点。随着电力电子技术和交流传动技术的发展，交流电机及其控制器必然会成为今后的发展趋势。乘用车电机具有转速高、响应快的特点，并且作为乘用车的关键组成部件，在出厂时必须在乘用车电机试验台上进行可靠性试验验证，模拟其运行环境。水冷系统作为乘用车电机试验台的重要组成部分之一，对电机运行环境模拟的真实性起至关重要的作用。

二、水冷系统的介绍

本次设计的乘用车电机及其控制器水冷系统，水冷温度要求比较高。为-30℃～80℃，从而在夏天，一次水进水温度为31℃以下，并且1次水流量将会达到10m3/h左右。然而客户厂方由于现有的冷却塔水流量不足，及一次水在夏天水温较高，因此采用水水循环将不能满足要求。针对本次水冷设计，需采用风冷式冷水机，可以很好的解决要求。

三、乘用车电机及其控制器发热损耗计算

乘用车及其控制器有效的功率输出比其工作所需的输入功率小得多。多余的功率将转化为热散耗掉，其中小部分通过热传导、热对流的方式散失到空气中去。但是我们在水冷系统热设计时，仍取总耗散功率P耗散作为计算的依据，并给出20%的安全系数。由此可知计算功率：P计算=P耗散+0.2P耗散（1）

四、水冷系统的设计

1.水冷系统制冷量的计算。乘用车电机及其控制器的水冷系统制冷量P制冷我们一般取（1）式中P计算的1.2倍。

由此可知制冷量：P制冷=P计算+0.2P计算（2）

2.压缩机。压缩机将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械。是制冷系统的心脏，它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩冷凝（放热）膨胀蒸发 （ 吸热 ） 的制冷循环。

3.换热所需流量q。乘用车电机及其控制器由P制冷计算q，一般水冷系统出水流速我们选择v=2～3m/s，计算出水流量q就可以选择符合要求的管道DN值。

4.水泵的选择。水泵是输送液体或使液体增压的设备，将电能转为机械能。选择水泵时，必须考虑流量、扬程、功率等因素。

流量：水泵的流量又称为输水量，它是指水泵在单位时间内输送水的数量。由换热所需热量q就可知道水泵的流量Q。

扬程：保温齿轮泵的扬程是指水泵能够扬水的高度。离心泵的扬程以叶轮中心线为基准，分由两部分组成。从水泵叶轮中心线至水源水面的垂直高度，即水泵能把水吸上来的高度，叫做吸水扬程，简称吸程；从水泵叶轮中心线至出水池水面的垂直高度，即水泵能把水压上去的高度，叫做压水扬程，简称压程。即水泵扬程= 吸水扬程 + 压水扬程应当指出，铭牌上标示的扬程是指水泵本身所能产生的扬程，它不含管道水流受摩擦阻力而引起的损失扬程。在选用水泵时，注意不可忽略。否则，将会抽不上水来。

功率：在单位时间内，机器所做功的大小叫做功率。通常电动机的功率单位用千瓦表示；柴油机或汽油机的功率单位用马力表示。动力机传给水泵轴的功率，称为轴功率，可以理解为水泵的输入功率，通常讲水泵功率就是指轴功率。

5.冷却方式的选择。冷却方式的选择要根据现场要求而定，一般夏天经由冷却塔冷却的一次水水温最低为31℃，如果设备的二次水进水温度比这低，通常我们还需选择冷水机组对一次水进行降温，从而得到符合要求的二次水。

冷水机组是一种制造低温水（又称冷水、冷冻水或冷媒水）的制冷装置，冷水机组分为风冷式冷水机组、水冷式冷水机组。经常在设计水冷的过程中、都是涉及到水冷扩容改造，由于一次水的水流量不足、或者一次水温度过高，一般我们选用风冷式冷水机组。

冷水机组的选择注意事项：

（1）对大型集中空调系统的冷源，宜选用结构紧凑、占地面积小及压缩机、电动机、冷凝器、蒸发器和自控元件等都组装在同一框架上的冷水机组。对小型全空气调节系统，宜采用直接蒸发式压缩冷凝机组。

（2）对有合适热源特别是有余热或废热等场所或电力缺乏的场所，宜采用吸收式冷水机组。

（3）制冷机组一般以选用2～4台为宜，机组之间要考虑其互为备用和切换使用的可能性。同一机房内可采用不同类型、不同容量的机组搭配的组合式方案，以节约能耗。并联运行的机组中至少应选择一台自动化程度较高、调节性能较好、能保证部分负荷下能高效运行的机组。选择活塞式冷水机组时，宜优先选用多机头自动联控的冷水机组。

（4）选择电力驱动的冷水机组时，当单机空调制冷量φ>1163kW时，宜选用离心式；φ=582～1163kW时，宜选用离心式或螺杆式；φ

（5）电力驱动的制冷机的制冷系数COP比吸收式制冷机的热力系数高，前者为后者的二倍以上。能耗由低到高的顺序为：离心式、螺杆式、活塞式、吸收式（国外机组螺杆式排在离心式之前）。但各类机组各有其特点，应用其所长。

（6）选择制冷机时应考虑其对环境的污染：一是噪声与振动，要满足周围环境的要求；二是制冷剂CFCs对大气臭氧层的危害程度和产生温室效应的大小，特别要注意CFCs的禁用时间表。在防止CFCs污染方向吸收式制冷机有着明显的优势。

（7）无专用机房位置或空调改造加装工程可考虑选用模块式冷水机组。

（8）尽可能选用国产机组。我国制冷设备产业近十年得到了飞速发展，绝大多数的产品性能都已接近国际先进水平，特别是中小型冷水机组，完全可以和进口产品媲美，且价格上有着无可比拟的优势。因此在同等条件下，应优先选用国产冷水机组。

五、结语

本文针对乘用车电机及其控制器水冷系统，在设计时提出了计算方式和选型设计时应注意的问题。水冷系统的设计是在尽量满足换热要求的情况下，设备尽量简单化、小型化。在设计的过程中应当考虑储液装置、过滤装置、远程控制及显示。

参考文献：

[1] 徐国卿，张舟云.电机和电机驱动控制器的一体化冷却结构[P].中国专利，2007.

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[关键词]数字信号处理器； 无刷直流电机； 三环控制系统

中图分类号： TM3 1 文献标识码： A 文章编号：

传统的BLDCM控制系统系统大多采用单环控制，具有一定的应用局限性。基于DSP和CPLD的无刷直流电机三环控制系统使用了先进的数字信号处理器（DSP），并具有良好的电磁兼容性，在测试中使用控制软件对整个系统进行定周期控制，并循环等待中断发生等，测试结果说明无刷直流电机三环控制系统具有良好的性能，能够同时满足系统的快速性、稳定性与准确性的要求。

1.系统组成和工作原理

1.1系统的组成

基于DSP和CPLD的无刷直流电机根据电流驱动方式不同，分为正弦波无刷直流电机和梯形波无刷直流电机，无刷直流电机具有反馈简单、设计方便的优点，不需要采用绝对位置编码器或旋转变压器，能够充分发挥电机的功能潜力。无刷直流电机的磁极具有多相绕组，利用逆变器进行轴位置检测。无刷直流电机包括电动机、开关、和位置传感器三个部分。

1.2系统的工作原理

基于DSP和CPLD的无刷直流电机的系统的定子是由永久磁钢组成的。永久磁钢的能够在电动机的内部产生永久磁场，并能够在电枢绕组通电的情况下，发挥作用。电刷具有换向的作用，能够保证两个磁场方向保持一直垂直，从而促进发动机的运转。当电机在空载、过载和负载工况下时，电流不稳定，电流表指针摇摆不定。出现这种状况的原因主要是因为电路中某一部分电阻值受热发生阻值变化而导致电流不稳。对于这类故障，维修人员要对线路各个接触点进行排查，从而判断电刷和集电环装置是否出现短路现象从而导致接触不良，对于出现问题的部件要及时进行更换。在电机的运行中出现奇异的响声，这类情况通常是由于电机的转子和其他机械部件发生摩擦所发生的声响。能够导致这类声响的部位是转子和定子的绝缘摩擦和轴承磨损，或者是缺少油导致摩擦，风道发生堵塞，风扇与风罩发生摩擦等。具体的检测方法是将电机的转子与外部机械连接，如果电机与外部的机械传动部分脱开后重新启动电机，振动消除，说明是外部的机械问题，如果不是，就是电机本身的问题。电机本身如果发生转轴不同心等现象都会导致震颤与晃动。

2.系统的硬件设计

2.1DSP芯片

DSP芯片控制无刷直流电机通过霍尔元件作为反馈机制，因此，硬件设计中，系统的DSP芯片要通过不断采集霍尔元件搜集到的信息以及霍尔元件反馈的脉冲信号。霍尔元件反馈出来的位置信号能够表明电机的工作状况，反馈信号能够反映出电机的转速。DSP不断对电机的转速进行采集，修改电机的控制转速，从而实现电机的闭环控制。霍尔元件能够提供给我们有效的速度和位置，DSP能够提供给我们正确的电流信息，通过这两个器件相互配合，实现电机系统的安全、稳定的工作。

2.2CPLD

CPLD是一种大规模的可编程逻辑器件，集成规模可达到1000门以上。每个门又称为等效门，包括4个晶体管，CPLD的集成电路每片达到上千门，因此具有很强大的功能。CPLD的逻辑阵列与GAL没有实质区别，依旧是通过输入缓冲电路达到输入端口的目的。输出单元的组成很大，不是依靠单一的阵列进行输入而是不断扩大硅片的面积，扩大了输出单元的数量。随着CPLD的输入端口数量的增多，硅片芯片的面积也不断扩大，因此导致了芯片的成本逐渐提高，而且，随着使用面积变大，芯片的功能也受到了影响。信号在较大的阵列中传输，延迟了运输的时间，影响了运输的速度。因此在设计CPLD芯片时，常常将整个逻辑区域分成几个小区，每个区进行独自的阵列组合，通过主线对各个区域进行逻辑连接。CPLD的主线和计算机的主线的意义不同，CPLD的主线需要通过编程的方法将每一个区域的效益联系到主线上，实现各个区域被主线控制。

2.3功率驱动电路

基于DSP和CPLD的无刷直流电机为了掌握减小转矩的波动，需要对无刷直流电机进行换向，因此，首先我们要了解电机的结构。电机分成两部分，定子和转子。其中，电机的定子是指电机中固定不动的部分。转子是指电机中绕轴旋转的部分。电机按照部件的作用分为机械部件、电部件和磁部件。其中，机械部件主要作用是支持与紧固，同时对于电机的整体起到冷却和防护的作用。电机的电部分通常指的是导电、能够产生磁感应部件。至于电机的磁部分是指具有导磁功能的铁芯与硅钢片。其中，铁芯可以分为定子铁芯和转子铁芯两类。电机的工作原理较为复杂。定子绕组通常按照一定的规律均匀缠绕在定子的铁芯上，在缠绕的过程中一定要注意绕组导线要缠绕整齐、密实，且线线之间不得重叠。接通电源后，在定子的周围就会产生旋转磁场。磁场在电机内的定子和转子之间的空隙呈圆周正弦分布，并且绕着电机不断旋转。在磁场产生后，转子绕组因为电磁感应就会相应的产生感应电流和感应电动势，两者重叠发生相互作用产生电磁转矩，电磁转矩使转子转动，从而实现了将电能转化成机械能的工作过程。在传输信号时，每一个霍尔传感器都会产生8个输出信号，将信号的捕捉口的电平状态进行测量，就可以知道当前转子的位置，用位置信号来计算电机当前的转速。

2.4其他硬件电路设计

其他硬件电路设计的转速控制方式分为两种，一种是通过电位计分压的方法进行硬件电路设计转速控制。其中，模块的电压影响最高值是3V，所以在设计硬件电路时的模块电压也要低于3V。另外一种是通过采用内置模块进行上位机通讯，在硬件电路的主线上采用差分传输的方法，使干扰能力减弱。

3.系统软件设计

系统软件的设计包括转速计算程序和双闭环控制程序两个组成部分。其中，转速计算程序就是实现速度的计算和换向。电机的转子没转过60度角，就会进行一次中断的触发。当中断开始后，在根据转子的位置进行换向处理，恢复电机的捕捉功能。双闭环控制程序是包括在中断子程序的，通过定时器进行周期启动，确定工作过程中转换结束进入电机中断。在开始中断后要进行速度调节，防止速度过大导致失控。调节到一个合理速度值后对电机的实际转速和规定转速进行对比，如果不对电机的转速进行调节，电机的电流也不会改变。

4.实验结果

基于DSP和CPLD的无刷直流电机控制器的转子是一对极定子电枢绕组，通过科学的星形接法，提高了电机的效率。为了充分提高电机的效率，在选取频率时要考虑到管子的功率，功率越高，电机的噪声也就越小。但是随着使用时间分增强，管子的功率会减小，噪声也会逐渐变大。综合实验结果，我们可以看出基于DSP和CPLD的无刷直流电机控制器在222V左右的电压值时可以保证电机的平稳工作，电机的启动时间以及最大启动电流均满足系统设计的要求。

5.结语

基于DSP和CPLD的无刷直流电机三环控制系统使用了先进的数字信号处理器（DSP），具有良好的电磁兼容性，在测试中使用控制软件对整个系统进行定周期控制，并循环等待中断发生，利用CPLD实现无刷直流电机的逻辑换相，以速度环和电流环控制为辅，并对数字电路以及功率电路进行了光耦隔离，确保了系统良好的电磁兼容性，在实践中得到广泛应用。

参考文献：

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关键词:电动汽车;电机控制器;种类;原理;结构;特点

中图分类号:TP332文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)24-6904-03

The Performance and Choices of Electric Vehicle Motors-controller

TANG Hui-long

(Baoji Vocational Technology College, Baoji 721013, China)

Abstract: The paper deseribes the classifications,structures,priciple,and performance of Eletric Vhicle Motors-controller,and the choices of Electric Vehicle Motors-controller.

Key words: electric vehicle; driving_motor_controller; classifications; principle; structure; control; feature

随着全球能源危机的不断加深,石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的不断加剧,各国政府及企业普遍认识到节能和减排是未来汽车发展的主攻方向,发展电动汽车将是解决这两个技术难题的最佳途径。大力开发电动汽车将成为必然趋势,而城市车辆和轿车是优先向电动化发展的汽车种类。自1996年来,已有3种类型的电动汽车问世,即纯电动汽车(PEV) 、混合动力汽车(HEV)以及燃料电池电动汽车(FCEV)和派生出的一种外接充电式混合动力汽车(Plug―in)。

电动汽车虽然种类不一,但所用的牵引电机基本上大同小异,所采用的控制、调速方式基本上相同。电动汽车在不同时期采用了不同的牵引电机和控制、调速方式 。最早采用的是直流牵引电机和直流斩流器的控制、调速方式。随着电子技术和自动控制技术的发展,交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机显示出比直流电动机更为优越的性能,这些电动机正在逐步取代直流电动机,与之相适应的新的控制、调速方式也随之产生。

1 对控制、调速系统的要求

电机汽车驱动系统的控制方案取决于电动汽车所要求的动力性能,因此采用何种调速控制技术是十分重要的。就目前的驱动电机种类来说,主要有以下几种方式,第一种用直流电机驱动;第二种用永磁同步电机驱动;第三种用三相交流异步电机驱动。当然随着技术的不断发展还会不断产生新的驱动电机和与之相适应的控制方式。不管采用什么控制、调速方式,总的要求是:控制系统安全、可靠,调速性能良好;有良好的起动、制动性能;能满足电动汽车的加速性能;效率高、能耗小;性价比高,维护性好。

2 以直流电机为驱动电机的直流斩波器控制、调速系统

较早开发的电动汽车基本上都是以直流电机作为驱动电机的,即是现在开发设计的一些电动汽车由于直流电机及相应的控制系统都比较成熟仍然采用直流电机驱动的。

2.1 直流斩波器的结构及工作原理

在如图1(a)所示的直流斩波器电路中,随着开关T的通断,在开关管T导通期间电感中有电流流过,且二极管D反向偏置,导致电感两端呈现正电压,在该电作用下电感中的电流线性增长。其等效电路如图1(b)所示。当触发脉冲在另一时刻使开关管T断开时,由于电感中已存储了能量,二极管D此时承受正向电压而导通,电感中存储的磁场能会通过续流二极管D流经负载,其等效电路如图1(c)所示。

通过以上分析可知,当输入电压为Ud时,直流斩波器的输出电压为Uo,

Uo=DUd

D是0～1之间变化的系数,因此在D的变化范围内,输出电压平均值Uo总是小于输入直流电压Ud,只要改变D的值,就可以改变输出电压平均值的大小,从而改变加在直流牵引电机电枢绕组两端的电压达到调速的目的。

2.2 直流PWM控制技术

在如图2所示的全桥变换电路中,如果电路的输入为直流电压Ud,在不同的控制方式下,可输出幅度和极性均可变的直流电压Uo。

在双极型电压PWM控制方式中,开关管T1、T2和T3、T4分为两组,各组具有相同的驱动脉冲ug,在理想条件下,桥臂上开关管T1|、T2和T3、T4互补导通。

直流控制电压ur与三角波电压uc比较产生两组开关的PWM控制信号。当ur>uc时,T1和T4导通,T2和T3关断,当ur

UO=(2D1-1)Ud

D1=ton/TS是第一组开关的占空比(第二组开关的占空比为D2=1-D1)。Ton为开关管导通时间,TS为周期。由波形图看出,当ton=TS/2时,变换器的输出电压为零;当tonTS/2时,UO为正。也就是说这种变换电路的输出电压可在-Ud到+Ud之间变化。

在理想条件下,UO的大小和极性只受占空比D1的控制,而与输出电流iO无关。在直流电机驱动中,可方便地实现可逆调速。

由于直流电机与三相异步电机相比存在结构上有电刷、换向器等易磨损件,维修保养困难、寿命较短、使用环境要求高、结构复杂、效率低、质量大以及体积大、耗材多等缺点。因此目前电动汽车的驱动系统很少用直流电机,因此直流斩波器、直流PWM控制技术在电动汽车上也不在使用。

3 以三相鼠笼式感应电机为驱动电机的交流变频器控制、调速系统

三相鼠笼式感应电机的基本调速方式有调压调速、变极调速和变频调速。目前主要用VVVF式(变频变压控制)和FOC(磁场定向控制)也称矩量控制。VVVF控制应用广泛,动静态性能优良的矢量控制可与直流调速相媲美,而控制简单动态性能好的直接转矩控制在机车牵引等领域显示了广阔的应用前景。在牵引控制中,为了获得宽的调速范围,感应电机控制一般分为三个阶段:1)保持转差S不变,调节定子电流,获得恒转矩区;2)保持定子额定电压U不变,调节定子电流,获得恒功率区;3)保持定子额定电压不变,调节转差低转矩高转速区。

3.1 三相桥式逆变电路的SPWM控制

电压型三相桥式逆电路如四所示,其控制方式为双极性方式。U、V、W三相的PWM控制公用一个三角波载波信号uc,三相调制信号urU、urV、urW分别为三相正弦信号,其幅值和频率均相等,相位依次相差1200。U、V、W三相PWM控制规律相同。以U相为例,工作原理如下:当urU>uc时,使T1导通,T4关断,则U相相对于直流电源假想中性点N的输出电压为uUN'=Ud/2;当urU

通过对输出脉冲宽度的控制就可以改变输出电压的大小,从而达到调速的目的。

3.2 变频器的结构及工作原理

结构如图6所示,由二极管整流电路、能耗制动电路、逆变电路和控制电路组成,逆变电路采用IGBT器件,为三相桥式SPWM逆变电路。

工作原理:以双极性SPWM控制方式为例,电路如图7所示,工作波形如图8所示。 在ur的正负半周内,在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。当ur > uc时,使晶体管T1 、T4导通,使T2 、T3关断,此时,u0= Ud;当ur < uc时,使晶体管T2 、T3导通,使T1 、T4关断,此时,u0=-Ud。

在ur的一个周期内,PWM输出只有±Ud两种电平。逆变电路同一相上下两臂的驱动信号是互补的。在实际应用时,为了防止上下两个桥臂同时导通而造成短路,在给一个臂施加关断信号后,再延迟t时间,然后给另一个臂施加导通信号。延迟时间的长短取决于功率开关器件的关断时间。需要指出的是,这个延迟时间将会给输出的PWM波形带来不利影响,使其偏离正弦波。

4 以永磁同步电机作为驱动电机的控制、调速系统

永磁同步机根据定子电流波形的不同可分为矩形波同步永磁电机和正弦波永磁同步电机,而矩形波永磁同步电机又称为永磁无刷直流电机。变频调速是永磁同步电机的基本调速方式,其基本原理与感应电机的变频调速原理相同。在理想情况下,永磁无刷直流电机的气隙磁通是矩形波,定子电动势也是矩形波,三相合成产生恒定的电磁转矩,没有转矩纹波。而实际工作时由于磁饱和等因素的影响会产品生脉动的梯形波电磁转矩。永磁无刷电机、转子位置传感器和逆变器构成自控式永磁无刷直流电机,通过转子位置传感器提供的信号控制变压变频装置的逆变器换流,从而达到改变定子绕组的供电频率。

5 控制器的选择

控制器的选择主要依据电动汽车所用驱动电机的情况而定,当驱动电机为直流电机时可采用直流斩波器或PWM调速方式;当驱动电机为交流电机时可采用三相交流PWM或变频调速方式。以直流电机驱动为例,电机控制器的选择如下:首先选择电压等级,当电池电压确定后即可确定电机控制器的电压等级。关键是确定电机控制器的容量,也就是说电流大小的确定,电机控制器电流大小的确定,主要依据电机的容量来确定。如果电池的电压等级为312V,电机的电压等级为230V,电机为YQ57型的变频牵引异步电动机,则电机控制器电流的选择可依公式计算可得:电机的额定电流IN=192A,低速起动时的起动转矩为2TN,,对应的起动电流约为2IN,再考虑安全余量,电机控制器的电流大小选择为600A。

6 结束语

由以上介绍可知,电机控制器是电动汽车的主要部件之一。直流电动机很早就被用作电动汽车的驱动电机,因此,直流驱动系统技术成熟,在早期产生的电动汽车上有很大一部分是采用直流牵引电动机和与之相对应的直流驱动技术主。新型电动汽车正在越来越多的采用性能更为优越的交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机,并向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展,随着新型驱动电机的应用,新的驱动技术也正在越来越广泛地应用在电动汽车上,加上新型电池的出现,将会大大推动电动汽车的发展。

参考文献:

[1] 徐虎.电机与拖动基础[M].北京:机械工业出版社,2002.

[2] 许晓峰.电机及拖动[M].北京:机械工业出版社,2004.

[3] 浣喜明 姚为正.电力电子技术[M].北京:高等教育出版社,2004.

[4] 曾方.电力电子技术[M] 西安:西安电子科技大学出版社,2004.

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【关键词】 煤矿 电机 MC33035 通信 测速

一、前言

开展煤矿电气设备安全性能的研究，提高煤矿用无刷直流电机控制系统的安全性，对于保证煤矿安全生产、避免造成安全生产事故的隐患具有重要的理论和现实意义。本文首先对煤矿用无刷直流电动机的结构进行介绍，然后以无刷直流电机专用控制芯片MC33035为核心对煤矿用无刷直流电机的控制器进行了整体结构，最后利用对控制器的电子测速单元、脉宽调制单元等进行详细设计。

二、无刷直流电机

煤矿用无刷直流电机利用绕组通电产生的电磁场和永磁体的磁场之间的相互作用，绕组电流根据转子的位置进行合理换向，保证输出持续转矩驱动电机旋转。煤矿用无刷直流电机选用径向充磁的瓦形永磁材料作为永磁体，对永磁体的空间布局进行合理设计，然后装配到电机转子上。在电机定子上缠绕规则的三相电枢绕组，由于永磁体的磁导率几乎接近空气，所以电枢反应电感小，电机的输出特性机械强度高。

三、控制器设计

控制器工作过程：控制按钮将动作指令发给专用控制芯片（MC33035），MC33035采集霍尔传感器输出电机转子位置信息，发出控制信号给隔离驱动电路，使其发出稳定的驱动信号驱动IGBT模块的导通，使电机动作。霍尔传感器实时将检测到的电机的转子位置信息传递给专用控制芯片，MC33035根据转子位置信息在正确的时刻进行换向，保证电机按持续运转。同时电子测速芯片（MC33039）将采集到的霍尔元件信号转换成与转速成正比的电压信号反馈给单片机，形成速度的闭环控制。脉宽调制电路对控制信号进行调节，实现对煤矿用无刷直流电机速度控制，CAN通讯电路利用单片机和CAN控制器将控制器信息传递给上位机，实现控制器与计算机之间的通信，控制系统结构框图如图1所示。

MC33035是MOTOROLA公司第二代高性能无刷直流电机专用芯片，采用双极性模拟工艺制造，在任何恶劣的环境条件下仍然具有很高的稳定性。芯片内包含有误差信号放大器、PWM脉冲调制放大器和3个集电极开路顶端驱动输出，还有用于正确整流时序的转子位置译码器。MC33035带有欠锁定功能及欠压保护、过流保护、故障信号输出、制动输入等功能，它是一种具有开环正转和反转、以及运行使能的电机控制小型专用系统。

脉宽调节单元实现系统的速度调节，选用TL494芯片来实现系统速度控制。TL494具有抗干扰能力强、结构简单、可靠性高以及价格便宜等特点。TL494由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成，通过调节相位校正和增益控制引脚的电压，改变输出信号的占空比，进而改变电机的转速。

MC33039是一款高性能闭环速度控制芯片，专用于各种无刷直流电机控制系统中，常与MC33035芯片构成无刷电机控制器。MC33039直接将三相无刷直流电机转子位置传感器的三个方波输入信号，经F/V变换成正比于电机转速的电压信号。当电机加速时，输出脉冲序列的平均电压将会上升，此信号在外接低通滤波器处理后，即可得到与转速成正比的测速电压。

四、结束语

本文对煤矿用无刷直流电机控制器进行设计，主要包括控制器整体结构、电子测速单元和脉宽调制单元等，控制器具有性能稳定、安全性好等优点，满足设计要求。煤矿用无刷直流电机属于井下安全生产重要的设备，对其控制技术进行研究对于保证矿井安全和推进现代化矿井的建设具有重要的意义。

参考文献

[1] 国家安全监管总局 国家煤矿安监局.关于进一步加强煤矿安全监管监察工作的通知.〔2012〕130号

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关键词：数字化平台；发电机控制器；可靠性；优化设计；故障预测技术 文献标识码：A

中图分类号：TN97 文章编号：1009-2374（2016）12-0022-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.12.010

在飞机电源的众多组成部分当中，发电机控制器显得尤为重要，是飞机电源系统的控制中心。发电机控制器能够对电流、电压、频率进行监测，以此来达到保护和控制电源系统的目的，并且能够精准监控电源系统的工作状态。本文将针对飞机电源系统的客观需求，基于数字化研发平台，提出发电机控制器可靠性优化设计的实施方案，并为工程的进一步提供基本的结构框架。

1 发电机控制器功能

发电机控制器主要有调压、控制和保护三大主要功能。随着时展，发电机控制器的功能也逐渐增多并完善，如故障检测与隔离、数据通讯等功能。下面笔者将对各项功能进行逐一介绍：

1.1 电压调节功能

调节系统输出电压是发电机控制器的一个重要功能，主要由电压调节器来完成工作。电压调节器由检测、比较、放大和执行环节组成，有时还要补偿和校正环节。其主要功能有：第一，调节交流发电机的励磁电流，达到稳定电压的目的；第二，避免负载短路时发生事故；第三，限制发电机输出电流；第四，限制最高电压，使其保持在电压峰值以下，避免设备损坏；第五，当三相电压检测线路故障时，限制励磁电流，以免损坏设备。

1.2 控制功能

控制功能也是保证发电机控制器正常运行的重要功能，控制功能主要是控制相应的接触器、继电器，使其稳定运行，保证发电机和负载的通断以及转换得以完成。控制功能主要有发电机励磁控制、接触器控制、转换控制三个环节：第一，发电机励磁控制，励磁控制是保证发电机正常工作的必要条件，此外发电机控制器还要完成灭磁的工作；第二，接触器控制功能，主要是实现GCB（发电机输出接收器）、BTB（汇流条连接接触器）、GCR（励磁控制继电器）的通/断控制；第三，转换控制，转换控制又包括电源接入控制和双通道转换控制。电源接入控制要遵循三个基本原则，即地面电源优先原则、机上电源优先原则、随机优先原则，即谁先投入，谁先工作。双通道转换控制，如果飞机不并联交流电系统正常工作，每台交流发电机将会分别供电，如果系统出现故障，发电机和汇流条件将会进行转换。

1.3 保护功能

对电源系统、发电机和用电系统实现有效的保护和自我检测，也是发电机控制器的一个重要功能。保护功能会针对不同的故障和异常情况来选择不同阈值以及延迟时间，并根据故障等级与控制盒共同实现隔离故障。通过保护功能还能将故障信息保存在NVM（非丢失性存储器）中，便于找出故障进行维修。

1.4 故障隔离功能

电源系统出现故障十分常见，异常的输出将会逐层传播，直至达到最高级，以致改变整个系统的输出状态。所以发电机控制器不仅需要检测故障，而且要在故障发生后，能及时发现，并将故障进行隔离，才能保证电源系统安全运行。

1.5 通讯功能

在日常地面维护和飞行当中，发电机控制器将会通过通讯接口与非航空电子监控处理机来完成通讯工作，从而达成信息交换―接收NAMP（非航空电子监控处理机，Non-Aerial Monitoring Processor）的命令，完成相应要求。通过这一系列动作，通讯功能将会把电源系统的状态以及故障信息传达给NAMP。

2 基于故障预测技术的可靠性仿真分析流程

2.1 某型号发电机控制器电子单元的设计改进案例

某型号发电机组成及其结构。该发电机控制器主要由一个专用安装架和一个外场可更换单元构成，各功能电子模块主要包括调压模块（PWM）、电源模块（PS）、模拟量输入采集模块（AIN）、离散量输入采集/输出控制模块（DIO）、处理器模块（DSP）、滤板模块（RFB）和母板（MB）。如图1所示：

母板与机箱之间采用螺钉进行连接，与电子模块则用插槽连接器连接，并将各个模块用锁紧螺栓固定；在机箱的结构上采用封闭模式，以自然通风进行冷却。在机箱与安装架之间，前段使用锁紧组件，后端使用定位椎销，用以提高产品安装的可靠性。

2.2 产品可靠性仿真分析及可靠性设计优化

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一、概述

随着微电子技术的飞速的发展，带动了水电站水轮发电机组自动控制的高速发展。集成电路、印制电路板、可编程控逻辑器件等技术逐渐应用于智能仪器和自动化控制中。由于集成电路（IC）的系统芯片种类繁多，体积大，设计周期长，加工精度要求高，费用高；印制电路板（PCB）上元件之间连线的交叉、重叠，不仅工艺复杂，又导致连线的分布电容增大，加大了对前级电路的负载，增加了系统的干扰，同时焊接上的元件容易虚焊， PCB的多焊接点和双面布线的连接孔又导致系统的可靠性下降；而可编程控制器（PLC）则是以微处理器为核心，综合了计算机技术、通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、集成度高、易于编程、易于更换、使用方便等优点，近年来在水电站的自动控制、工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用。

水电站水轮发电机组用PLC控制有很多优点，它主要通过软件控制，从而省去了硬件开发工作，电路很少，许多的硬件会通过软件编程来实现，大大提高了系统的可靠性与抗干扰能力；由于它简单易行的可编程序功能，无须改变系统的外部硬件接线，便能改变系统的控制要求，例如：可以省去许多的中间继电器、计数器、时间继电器等，使系统的“柔性”有了很大的提高。

二、主要设计功能及应用

水电站的种类，分为混流式机组、轴流转桨式机组、贯流式机组、抽水蓄能式机组、冲击式机组及泵站等，然而不论哪种机组，其贯穿中心的为控制系统，而控制系统现在又广泛应用PLC进行集成控制。而PLCL可以实现远方控制，这样就对提高水电站的自动化程度奠定了基础。因为水电站大多数都位于比较偏远的山区，这样采用PLC可编程控制器进行设计对水电站实现无人值班、少人值班起到了至关重要的作用。

PLC的种类繁多，从不同的品牌分有：施耐德的、有西门子的、有美国AB的、有日本欧姆龙的等等；而在每种不同品牌的PLC的产品中，又根据输入和输出的端口数量，而分为小型、中型和大型的PLC控制器。对于控制单一功能的控制箱，而输入和输出接口的数量不多，我们就可以选择小型的PLC可编程控制器进行编程控制，而对于整个电站的系统控制这样输入喝输出的接口数量比较大的可控设备，我们就需要用更高等级、大型的PLC逻辑控制器进行编程控制了。而PLC可编程控制器的功能强大，应用便快捷，便于操作。

在水电站的水轮发电机组中，我们用到的PLC控制器分别用到机组自动化的控制、球阀自动化的控制、调速器控制系统的控制、以及外循环油泵的控制、漏油箱的控制、顶盖排水的控制、油压装置电气柜的控制等单个控制箱及柜子的控制等。大量应用到国内外的许多水电站的控制系统中，分别有重庆富金坝水电站贯流机组的整体机组的自动控制中、广西长洲水电站贯流机组的整体机组的自动控制中、缅甸水津水电站顶盖排水和漏油箱控制中、马里费鲁水电站贯流式机组整体的自动化控制中等；实践证明：应用PLC可编程控制器进行水电站的自动化控制系统是安全的、可靠的、是方便的、灵活的、也是非常必要的。

机械功能：对于大型高端的处理器为例，有机架用来安装PLC工作站所有的模块，包括电源、处理器、离散量I/O、模拟量I/O、专用模块等，模块的插拔方便简易可行；

电气功能：对于大型高端的处理器为例，他们具有总线连接功能，可以组成一个到多个PLC站，机架之间通过总线扩展电缆互相连接在一起，远程总线连接属于电气系统，它们不会造成远程读取或控制I/O有任何损失。

水电站对于贯流机组而言，用PLC控制器进行整体控制是非常实用和方便的。针对电站空间布局紧凑，安装调试方便等特点，用PLC控制器进行整体控制，它能节省了许多控制柜体，许多的控制箱体，对调试和检修带来了极大的便利，它是通过软设计编程来实现水电站机组自动化的自动控制。对于早在2005年就已经发电的贯流机组重庆富金坝水电站，其机组自动化的控制就是通过施奈德的Modicon Premium系列的PLC控制器进行编程实现的；而贯流机组广西的长洲水电站就是通过施奈德的Modicon Quantum系列的PLC控制器进行整体编程实现的；而贯流机组马里的费鲁水电站的就是通过西门子的S7-200系列的PLC控制器进行整体编程实现的；而对于其他类型的机组，由于相对有空间布局，机组的安装和调试也相对的方便，就可以进行分立的控制箱体和控制柜体的PLC控制器进行编程实现；例如：缅甸的水津水电站，其机组自动化的控制就是采用美国AB的PLC控制器进行编程实现。

在发电过程中如果电站因为故障突然停电，没有备用的电源继续供电，很可能造成事故。在应急情况下，PLC控制器自身有备用电源供电。

1.电路分析

根据所需的输入/输出点数选择PLC机型

根据水电站自动化机组的控制要求，根据输入和输出点的数量，来选择所需PLC可编程序控制器的输入模块和输出模块。系统的控制量基本上是开关量，当然也有模拟量，如温度和转速是模拟量，为了降低成本，可以通过检测电路把模拟量转换成开关量。这样可以选用不带模拟量输入的PLC可编程序控制器。

再者根据电站的电源情况，选择PLC可编程序控制器的电源、输入、输出电压等。

2.分配PLC输入输出

根据自动化机组的控制要求和电气原理图，PLC输入、输出信号可以通过表格进行标注，将输入和输出进行逐一列表，这样就方便程序的运行和修改。

三、结论

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关键词：电气系统 数控机床 PLC

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）11-0028-02

由于近年来，PLC（可编程控制器）技术取得了快速发展，其在自动控制之中的运用也变得更为广泛。PLC是一种专门为工业运用而设计出来的计算机，目前已经被运用到数控机床这一工业领域之中。可编程控制器在控制的性能和硬件成本等诸多方面所展现出的种种优势均为其他种类的工业控制产品所无法进行比拟的。所以，可编程控制器技术在工业自动化在数控机床中的运用正在变得愈来愈多。

1、数控车床电气控制电路分析

1.1　工作原理及功能

数控车床根据被加工零件工作图与工艺过程卡，用规定的数控代码和程序格式编写加工程序，将正确的加工程序输入数控系统，数控系统将给定的加工程序和输入的信号，进行运算和控制处理，然后将处理的结果送往控制系统，驱动机床的各运动部件有序地按机械加工要求运行，自动地制造出合格的零件。数控车床是用来加工轴类或盘类的回转体零件，自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，广泛应用于机械制造业。改造后的车床应该满足上述功能。

1.2　电气控制电路的分析

1.2.1　主轴电机电气控制

主轴电动机M3是一台交流变频电动机，由变频器驱动，正转、反转及速度控制也是由数控系统进行控制。

1.2.2　主轴控制

来自零件程序的输入信号有：M03、M04、M05。

来自机床操作面板有主轴正转、反转、点动、停止。

输出信号：主轴正转Q0.0；主轴反转Q0.1；主轴停止Q0.2。

1.2.3　其他辅助电机控制

数控车床辅助电机主要有刀架电机、冷却泵电机、泵电机，各辅助电机的控制简述如下：

（1）冷却泵电动机控制：

来自零件程序输入信号有：MO8、MO9；来自机床操作面板，冷却起停键；冷却控制输出信号：Q0.3；手动控制-按纽；自动控制-数控指令M代码。

（2）泵电动机控制：

输入信号：来自机床参数设置导轨间隔；来自机床控制面板导轨键；输出信号控制Q06；手动控制-按钮；自动控制-机床参数设定。

（3）刀架电动机控制：

输入信号：I0.0　I0.1　I0.2　I0.3　I0.4　I0.5　I0.6　来自刀位检测信号

来自零件程序T代码有I1.0：T1；I1.1：T2；I1.2 T3；I1.3：T4；

来自机床控制面板手动换刀键。

输出信号：刀架正转Q0.4；刀架反转Q0.5。手动控制—按钮：数控系统

KM1

KM2

刀架电动机M3。自动控制—数控指令T代码：数控系统

KM1

KM2

刀架电动机M3。

2、电气系统设计

2.1　强电电气控制柜的设计

2.1.1　控制电路及组成

（1）控制电路：1）交流380V电源通过漏电保护总开关QS和空气开关QF1供主轴变频器使用。2）交流380V电源通过变压器转换成交流220V电源通过空气开关QF2、供给伺服放大器作电源用。3）交流380V电源通过变压器转换成交流220V电源通过U41、W41经开关电源供直流24V给系统供电用。4）交流380V电源通过空气开关QF3，接触器KM1、KM2使刀架正转（换位）、反转。

（2）电路组成：380V电源经开关QS后接入各电源回路中，开关QS后有4个空气开关（QF1、QF2、QF3、QF4）、3个接触器（KM1、KM2、KM3）、1个DC24/5A开关电源、1个2.2KW变压器等组成。所有强电都安装在电控柜内。

2.1.2　电源输出

（1）I/O接口模块直流24V接线柱已与外部相连。如发现电压不稳，立急断电，查明原因并解决后才能上电，直流24V开关电源容量为直流24V/5A，数控系统需3A，外部电源可提供2A容量供用户使用。（2）电源输出模块有一电源钥匙开关，其开关是为强电的控制回路供电。

2.2　电气控制电路的设计

数控系统由隔离变压器提供AC220V电源，以避免电网扰动对系统的干扰。X轴和Z轴的驱动装置由机床变压器提供AC220V电源。采用两个开关稳压电源分别提供I/O+24V和中间继电器+24V，以避免干扰对I/O信号的影响。整个系统的电源配置必须接地可良好，因为接地的好坏直接影响到系统的抗干扰性和安全性。

2.2.1　主电路设计

数控车床主电路包括主轴控制电路、刀架电机控制电路、冷却电机控制电路和伺服驱动组成。如图1所示为数控车床电气控制中的380V强电回路图。

QS为电源总开关，QF1、QF3、QF4、QF2分别为主轴控制、刀架控制、冷却控制、伺服驱动空气开关为电路的短路保护。TC1为控制变压器，初级为AC380V，次级为AC220V。

主轴控制电动机M1，由变频器控制主轴的转速；刀架电动机M3由接触器KM1/KM2来控制正反转；冷却控制电动机M2由接触器KM3控制正转。

2.2.2　控制电路设计

数控车床控制电路包括冷却控制、刀架控制、风机冷却、开关电源、CNC系统控制等组成。如图2所示。

数控车床系统输出接口，控制功能有主轴正转、主轴反转、冷却控制、刀架正转、刀架反转等功能。伺服驱动系统。其正转、反转及速度控制是由数控系统进行控制的。

3、结语

数控机床是集计算机技术、PLC　技术、自动化技术等于一身的机电一体化产物，作为数控机床核心的控制系统直接关系到设备的正常运行，利用数控机床PLC　的强大功能，可以充分发挥数控机床控制系统的作用，还可以为数控机床故障诊断及故障维修带来极大的方便

参考文献

[1]张路霞.利用PLC进行数控机床的故障检测[J].设备管理与维修，2011.3.