【正文】 以控制其電流。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?！　o(wú)速度傳感器矢量控制是通過(guò)坐標(biāo)變換處理分別對(duì)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，然后通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓、電流辨識(shí)轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時(shí)還加有電流反饋，對(duì)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(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。對(duì)于 恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中的過(guò)電流，也進(jìn)行同樣的控制。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。4）瞬時(shí)停電保護(hù)。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)。控制電路主要包括：1 運(yùn)算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。裝置容量小時(shí)，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(jiǎn)單的平波電路。對(duì)于需要精密速度或快速響應(yīng)的場(chǎng)合，運(yùn)算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)和保護(hù)電路信號(hào)，即防止因變頻器主電路的過(guò)電壓，過(guò)電流引起的損壞外就，還應(yīng)保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)等。 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(mén) 極 可 關(guān) 斷 晶 閘 管 )、 BJT(雙 極 型 功率 晶 體 管 )、 MOSFET(金 屬 氧 化 物 場(chǎng) 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 )、 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(guò) 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 。數(shù)字越大，防護(hù)能力越強(qiáng)，如 IP44 中第一位數(shù)字“4”表示電機(jī)能防止直徑或厚度大于 1 毫米的固體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)殼。 7．絕緣等級(jí) 絕緣等級(jí)是指三相電動(dòng)機(jī)所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動(dòng)機(jī)允許的最高工作溫度。5%。 一般情況下，額定運(yùn)行時(shí)=1% ～5% 。流過(guò)電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力作用，力 F 的方向可用左手定則確定，如圖 39 所示。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖 38（c）所示；當(dāng) 時(shí)合成磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)了 300176。三相繞組的首端 U1, V1, W1接在三相對(duì)稱電源上，有三相對(duì)稱電流通過(guò)三相繞組。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。這六個(gè)出線端在接線盒里的排列如圖 33 所示，可以接成星形或三角形。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來(lái)嵌放定子繞圈。中、小型三相電動(dòng)機(jī)的機(jī)座還有兩個(gè)端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。電源單元PLC 主機(jī)左邊有外接 220V/AV 的電源插座，作為 PLC 的工作電源。2．6 機(jī)械手 PLC 選擇及參數(shù) 綜合上述原則機(jī)械手控制系統(tǒng)主機(jī)為三菱的 FX2N48MR。b． I/O 接口單元的冗余（1）控制回路的多點(diǎn) I/O 卡應(yīng)冗余配置。PLC 的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)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(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。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。這時(shí)才是 PLC 真正的輸出。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)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(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部負(fù)載斷電，停止工作。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)接通。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(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器” ，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。（3）PLC 電源PLC 電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。使這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng) PLC 停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零” 。它和硬件一起決定了該 PLC 的各項(xiàng)功能。（2）存儲(chǔ)器與微型計(jì)算機(jī)一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi) PLC 在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。大型 PLC 使用另外一個(gè) CPU 來(lái)完成模擬量的運(yùn)算。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類(lèi)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。同時(shí)，PLC 的功能也不斷完善。這種末端執(zhí)行器由于楔塊和滾子之間為滾動(dòng)接觸，摩擦力小，活動(dòng)靈活，且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單?；剞D(zhuǎn)型夾持器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但當(dāng)所夾持的工件直徑有變動(dòng)時(shí)，將引起工件軸心的偏移。滾珠在返回時(shí)與螺桿脫離接觸的循環(huán)叫外循環(huán)（如圖 12 所示） 。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(shí)間短，速度較低的場(chǎng)合。 第一章 機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)1．1 傳動(dòng)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(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，按螺旋副中的摩擦性質(zhì)，螺旋機(jī)構(gòu)可以分為滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)兩種類(lèi)型。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。關(guān)鍵詞：機(jī)械手 PLC 變頻器 交流電機(jī)AbstractManipulator industrial robot systems traditional mandate, Robot is one of the key ponents. Manipulator using the mechanical structure of screwball, slider, and other mechanical devices position。在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門(mén)的重視。2. 滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu) 螺旋副內(nèi)為滑動(dòng)摩擦的的螺旋機(jī)構(gòu)，稱為滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)。這種傳動(dòng)形式結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較大，傳動(dòng)效率高，精度高。滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)摩擦阻力小，動(dòng)作靈敏度高，傳動(dòng)效 率高，可達(dá) 90%以上。所以當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)械手夾持器的時(shí)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(jiǎn)單回轉(zhuǎn)型夾持器。如圖 13 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)。作為離散控的制的首選產(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(zhǎng)率保持為 20%～30%。PLC 的 CPU 內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過(guò)程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加 1，程序從起始步（步序號(hào)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 沒(méi)有專(zhuān)用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比 DCS 要低很多。如圖 所示， PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu)圖所示：編 程 器中央處理單元（CPU）輸入電路輸出電路系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū) 用戶程序存儲(chǔ)區(qū)電源圖 21 PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu)圖（1）中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是 PLC 的控制中樞。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。因此，它需要有一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元（RAM）以供存放 I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲(chǔ)單元稱作 I/O 映象區(qū)。不過(guò)對(duì)于新型的 PLC，其存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶的需要而改變?？删幊绦蚩刂破饕话闶褂?220V 交流電源。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，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)?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢≧UN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外 3 個(gè)階段的操作。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU 從第一條指令開(kāi)始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類(lèi)和 CPU 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。（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。輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類(lèi)型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在 10ms 左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間約為 1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開(kāi)時(shí)的最大滯后時(shí)間為 10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。選擇 PLC 時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比。16 個(gè)接插件可外接其它直流或開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件，如圖 311 所示。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(dòng)，另外起存放潤(rùn)滑油和保護(hù)軸承的作用。每個(gè)繞組即為一相，每個(gè)繞組在空間相差120176。 ① 繞線形繞組 與定子繞組一樣也是一個(gè)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(gè)與轉(zhuǎn)軸絕緣的集電環(huán)上，通過(guò)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(dòng)勢(shì)以改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能，見(jiàn)圖 34。氣隙太大，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)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(chǎng)增強(qiáng)，從而使附加損耗增加以及使啟動(dòng)性能變差。 當(dāng) 的瞬間， =0， 為負(fù)值， 為正值，根據(jù)”右手螺旋定則” ，三相電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加的結(jié)果，便形成一個(gè)合成磁場(chǎng)，如圖 37（a）所示，可見(jiàn)此時(shí)的合成磁場(chǎng)是一對(duì)磁極（即二極） ，右邊是 N 極，左邊是 S 極。 由此可見(jiàn)，對(duì)稱三相電流 分別通入對(duì)稱三相繞組 U1U2, V1V2, W1W2中所形成的合成磁場(chǎng)，是一個(gè)隨時(shí)間變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。根據(jù)右手定則，在上半部轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)和電流方向由里向外，用⊙表示；在下半部則由外向里，用⊕表示。因?yàn)橹挥羞@樣，轉(zhuǎn)繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間才會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而切割磁力線，轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體中才能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。 1．型號(hào) 國(guó)產(chǎn)中小型三相電動(dòng)機(jī)型號(hào)的系列為 Y 系列，是按國(guó)際電工委員會(huì) IEC 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)，它是以電機(jī)中心高度為依據(jù)編制型號(hào)譜的，如 Y200L26 * 中、小型三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)與定子鐵心外徑及中心高度的關(guān)系見(jiàn)表311 和表 312。若超過(guò)額定電流過(guò)載運(yùn)行，三相電動(dòng)機(jī)就會(huì)過(guò)熱乃至燒毀。1）連續(xù) 連續(xù)工作狀態(tài)是指電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)間很長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)的溫升可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)溫升的工作方式2）短時(shí) 短時(shí)工作狀態(tài)是指電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)間很短，使電動(dòng)機(jī)的溫升達(dá)不到穩(wěn)態(tài)溫升；停機(jī)時(shí)間很長(zhǎng)，使電動(dòng)機(jī)的溫升可以降到零的工作方式。外殼防護(hù)等級(jí) IP54，它具有良好的起動(dòng)性能和運(yùn)行性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，維修方便等特點(diǎn)，電機(jī)采用 E 級(jí)或 B 級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為 IP44，冷卻方式為 ICO141，額定頻率為 50Hz，額定電壓為 380V。 20 世 紀(jì) 80 年 代 后 半 期 開(kāi) 始 ， 美 、 日 、 德 、英 等 發(fā) 達(dá) 國(guó) 家 的 VVVF 變 頻 器 已 投 入 市 場(chǎng) 并 獲 得 了 廣 泛 應(yīng) 用 。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)需附加“制動(dòng)回路” 。一般說(shuō)來(lái)，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動(dòng)機(jī)）慣量積蓄的能量比電容能儲(chǔ)存的能量大，需要快速制動(dòng)時(shí)，可用逆變器向電源反饋或設(shè)置制動(dòng)回路（開(kāi)關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓升高。它使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)需要反時(shí)限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護(hù)（使用電子電路） 。5）接地過(guò)電流保護(hù)。動(dòng)作頻繁時(shí)，可以考慮減輕電動(dòng)機(jī)負(fù)載、增加電動(dòng)機(jī)及逆變器容量等。 變頻器的分類(lèi)和控制方式變頻器的分類(lèi)方法有多種，按照主電路工作方式分類(lèi)，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開(kāi)關(guān)方式分類(lèi)，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(lèi)，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(lèi)，可以分為通用變頻器、高性能專(zhuān)用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。例如形成開(kāi)關(guān)次數(shù)最少的 PWM 波以減少開(kāi)關(guān)損耗。即使在開(kāi)環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出 100%的額定轉(zhuǎn)矩，對(duì)于多拖動(dòng)具有負(fù)荷平衡功能。但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)太多或者算法過(guò)于復(fù)雜都會(huì)在具體應(yīng)用中帶來(lái)不少實(shí)際困難。3 變頻器控制的展望　　隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的發(fā)展，變頻器的控制方式今后將向以下幾個(gè)方