【文章內(nèi)容簡介】 意改變其量值。電磁轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速的作用表現(xiàn)在調(diào)速的過渡過程，轉(zhuǎn)矩的變化是轉(zhuǎn)速響應(yīng)滯后的結(jié)果，此時，功率控制造成電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。設(shè)電機調(diào)速前的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為Ω1，軸功率為PM1，調(diào)速后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為Ω2，相應(yīng)的軸功率變?yōu)镻M2。由于電磁轉(zhuǎn)矩：M＝PM／Ω(4）故調(diào)速時，電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)椋篗＝PM2／Ω由于受慣性的作用，在t＝0的調(diào)速瞬時Ω＝Ω1，故M＝PM2／Ω1t=0此時的電磁轉(zhuǎn)矩將與原來的電磁轉(zhuǎn)矩M1＝PM1／Ω1不等，轉(zhuǎn)矩平衡被破壞并產(chǎn)生動態(tài)轉(zhuǎn)矩，電機轉(zhuǎn)速在動態(tài)轉(zhuǎn)矩作用下開始由Ω1向Ω2過渡，其變化規(guī)律為：Ω1＝（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2（5）電磁轉(zhuǎn)矩則為：M＝PM2／（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2隨著時間增大，動態(tài)轉(zhuǎn)矩減小，直至電磁轉(zhuǎn)矩與新的負載轉(zhuǎn)矩平衡，即：M＝PM2／Ω2＝Mfz，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在Ω2不變，電機調(diào)速結(jié)束。上述的調(diào)速過程可以由圖1的框圖說明。圖1 功率控制的調(diào)速流程功率控制作用的是電樞，主磁場或主磁通量保持不變，根據(jù)電機理論，電機的額定電磁轉(zhuǎn)矩正比于主磁通量，受限于電樞的最大載流量。因此功率控制調(diào)速時，電機的額定電磁轉(zhuǎn)矩輸出能力不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。根據(jù)公式（2），電機轉(zhuǎn)速在軸輸出功率不變的前提下，與電磁轉(zhuǎn)矩成反比。由于受電磁轉(zhuǎn)矩以額定轉(zhuǎn)矩為上限的約束，轉(zhuǎn)矩控制實際上只能在額定轉(zhuǎn)矩以下實現(xiàn)，因此屬于恒功率調(diào)速。電磁轉(zhuǎn)矩的獨立控制方法主要依據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：M＝CMΦmIS（直流機）(6)或 M＝CMΦmI2COSφ2（交流機）(7)受控的物理量為主磁通Φm，由于主磁通量Φm產(chǎn)生于主磁極，因此轉(zhuǎn)矩控制實際上是磁場控制，作用對象為主磁極。轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速同樣要保證穩(wěn)態(tài)時的轉(zhuǎn)矩平衡，即：M＝Mfz由于調(diào)速穩(wěn)態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生了變化，因此要求負載轉(zhuǎn)矩適應(yīng)于電磁轉(zhuǎn)矩變化，即要求負載跟蹤電機。轉(zhuǎn)矩控制實際是弱磁調(diào)速，主要用于額定轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速。鑒于本文重點討論的是功率控制，故不贅述。二、功率控制的方法與性能電機調(diào)速的軸功率控制只能通過電功率間接控制來實現(xiàn)。以異步機為例，圖2是其等效三端口網(wǎng)絡(luò)。其中電樞（轉(zhuǎn)子）除產(chǎn)生軸功率輸出外，還產(chǎn)生以感應(yīng)電壓u2和電流i2為參量的電功率響應(yīng)。由于該功率與轉(zhuǎn)差率成正比，故稱轉(zhuǎn)差功率，其端口簡稱Ps口。如果電機轉(zhuǎn)子為籠型，其繞組呈短路狀，Ps口為封閉不可控的。反之為繞線型，Ps口則是開啟可控的，轉(zhuǎn)子可以通過Ps口輸出或輸入電功率。由此可見，異步機的功率控制調(diào)速有兩種方式，一種是通過偽電樞間接對電樞實現(xiàn)軸功率控制；另一種是通過Ps口直接控制電樞軸功率。前者主要適用于籠型異步機，后者則適用于繞線型異步機。作為偽電樞，定子向電樞（轉(zhuǎn)子）傳輸?shù)碾姶殴β剩篜em＝P1－△P1（8）電樞的軸功率則為：PM＝Pem－△P2(9)故 PM＝P1－（△P1＋△P2）(10)可見，控制偽電樞的輸入功率P1或增大其損耗△P1就可以控制電樞的軸功率，后者顯然是低效率、高損耗的調(diào)速，不宜推薦?？刂芇1調(diào)速的唯一方法是調(diào)壓━━變頻，即所謂的變頻調(diào)速。由于：P1＝m1U1I1COSφ1(11)故對于電壓源供電調(diào)節(jié)端電壓U1是控制功率P1的必須手段。問題的關(guān)鍵是為什么不能單純調(diào)壓，而必須輔以變頻？這是定子除了偽電樞的功能之外，還同時兼主磁極之故。前已敘及，功率控制的要點有：① 保持主磁通量不變② 作用對象是電樞或偽電樞③ 控制目標是軸功率如果單純調(diào)壓而頻率不變，定子的主磁極功能就要受到嚴重影響。根據(jù)電機理論，做為主磁極，定子的主磁通量：Φm＝E／1＝KE1／f1≈KU1／f1(12)恒頻調(diào)壓的結(jié)果，主磁通Φm將隨U1下降而減小，形成了前述的轉(zhuǎn)矩控制。更主要的是此時不但未能控制功率P1，反而增大了電機損耗，與目的絕然相悖。設(shè)負載為恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，由轉(zhuǎn)矩平衡方程，電磁轉(zhuǎn)矩：M＝Mfz＝const又 M＝CMΦmI1COSφ1＝CMΦmI2COSφ2(13)設(shè)功率因數(shù)不變，定轉(zhuǎn)子電流II2將隨主磁通Φm下降而正比增大，其結(jié)果功率P1不變，但定轉(zhuǎn)子損耗：△P1＝m1I 12 r1△P2＝m2I 222 r1將按電流的平方律增大。根據(jù)式（10），軸功率控制雖能實現(xiàn)，卻屬低效率高損耗的調(diào)速。為此，異步機定子的功率控制調(diào)速，必須要將定子的主磁極和偽電樞兩種功能游離開。針對同一定子繞組，一方面使主磁極產(chǎn)生的磁場保持穩(wěn)定，同時又要控制其向電樞傳遞的電磁功率。于是變頻調(diào)速建立了一條重要原則，就是調(diào)壓變頻，且保證V／F（壓頻比）為常數(shù)，這樣就確保了上述控制要求的實現(xiàn)。順便指出，近代變頻調(diào)速的矢量控制，實際上就是遵循這一原理。矢量控制的核心思想，是把磁場與轉(zhuǎn)矩游離開，分別加以控制，認為調(diào)速的根本在于轉(zhuǎn)矩，而事實上游離的卻是磁場和電磁功率，雖然結(jié)果無誤，但理論上必須加以澄清。對于繞線轉(zhuǎn)子異步機的調(diào)速，可以利用轉(zhuǎn)差功率端口━Ps口直接控制軸功率。方法是由Ps口移出或注入轉(zhuǎn)差功率。需要指出：① 所述的轉(zhuǎn)差功率應(yīng)區(qū)別經(jīng)典電機學(xué)中的轉(zhuǎn)子損耗轉(zhuǎn)差功率，為此將后者稱為轉(zhuǎn)子損耗功率，記以△P2。② 轉(zhuǎn)差功率有電能與熱能之分，分別記以Pes和Prs，兩者性質(zhì)不同，對調(diào)速的影響也不同。當在轉(zhuǎn)子的Ps口引入電轉(zhuǎn)差功率Pes時，轉(zhuǎn)子的軸功率：PM＝（Pem177。Pes）－△P2（14）式中的Pem為定子向轉(zhuǎn)子傳輸?shù)碾姶殴β?，電轉(zhuǎn)差功率的負號表示從Ps口移出，正號表示從Ps口注入。Pes屬電功率，故與電磁功率相合成，結(jié)果使軸功率PM發(fā)生變化，電機轉(zhuǎn)速得到相應(yīng)調(diào)節(jié)。電轉(zhuǎn)差功率調(diào)速的典型實例是串級調(diào)速和雙饋調(diào)速，前者的電轉(zhuǎn)差功率為負，流向為從轉(zhuǎn)子移出，故實現(xiàn)的是額定轉(zhuǎn)速以下的調(diào)速。后者的電轉(zhuǎn)差功率可以雙向流動，既可以移出，又可以注入，因此可以實現(xiàn)低同步和超同步兩種調(diào)速。當Ps口引入的是熱轉(zhuǎn)差功率Prs時，轉(zhuǎn)子的軸功率則為：PM＝Pem－（△P2＋Prs）(15)顯然熱轉(zhuǎn)差功率的引入，增大了電樞（轉(zhuǎn)子）的損耗，軸功率隨Prs的增大而減小，其典型例子是異步機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。三、功率控制的理想空載轉(zhuǎn)速，效率與機械特性根據(jù)電機學(xué)，電動機的理想空載轉(zhuǎn)速主要取決于電樞的電磁功率，因有：Ω0＝Pem／M（16）由于電磁轉(zhuǎn)矩為負載所決定，理想空載轉(zhuǎn)速Ω0就決定于某一負載條件下電磁功率的大小。功率控制調(diào)速的電樞功率可以綜合表達為：PM＝∑Pem－∑p2（17）相應(yīng)的轉(zhuǎn)速：PM／M＝∑Pem／M－∑p2／M（18）Ω＝Ω0－△Ω(19)其中Ω0＝∑Pem／M為功率控制調(diào)速的理想空載轉(zhuǎn)速，因此調(diào)節(jié)電樞的電磁功率可以改變電機的理想空載轉(zhuǎn)速。換言之，電機的理想空載轉(zhuǎn)速取決于電樞的電磁功率。又，△Ω＝∑p2／M 為電機的轉(zhuǎn)速降。由此表明增大電樞損耗，可以增加電機轉(zhuǎn)速降。電機調(diào)速的效率表達為：η＝PM／（P1－∑pi）＝PM／（Pem－△P2)因此，在一定的軸功率PM輸出條件下，控制電磁功率的調(diào)速是高效率的節(jié)能型調(diào)速，而控制損耗功率的調(diào)速必然是低效率的耗能型調(diào)速。公式（18）同時刻畫出了功率控制調(diào)速的機械特性，當連續(xù)改變電磁功率∑Pem時，如果損耗功率不變，電機的理想空載轉(zhuǎn)速隨∑Pem連續(xù)變化，其機械特性為一族平行的曲線。而增大損耗，電磁功率不變時，電機理想空載轉(zhuǎn)速不變，改變的只是轉(zhuǎn)速降，其機械特性為一族匯交型曲線。如圖5給出了兩種調(diào)速的定性曲線。圖5 綜上所述，可以得出以下結(jié)論：① 電磁功率控制調(diào)節(jié)的是理想空載轉(zhuǎn)速，損耗功率控制調(diào)節(jié)的是轉(zhuǎn)速降。② 電磁功率控制是高效率節(jié)能型的調(diào)速，其機械特性必為平行曲線族。損耗功率控制屬低效率耗能調(diào)速，其機械特性必為匯交型曲線族。四、異步機調(diào)速的分類與方法與按n＝ 60f1/p(1S）表達式不同，根據(jù)本文所述的電機調(diào)速功率控制理論，異步機調(diào)速可分類表示如下：性質(zhì)/方案 控制點/變量 方法 要點五、結(jié)論，一為軸功率控制，二是轉(zhuǎn)矩控制。轉(zhuǎn)矩控制實際是磁場控制，適于恒功率調(diào)整。，并最終只能通過電功率控制來實現(xiàn)。其中，電磁功率調(diào)節(jié)的是理想空載轉(zhuǎn)速，損耗功率改變的是轉(zhuǎn)速降。前者為高效節(jié)能型，后者為低效耗能型，兩者的機械特性亦由此決定。，電磁轉(zhuǎn)矩的變化是轉(zhuǎn)速響應(yīng)滯后所造成的，調(diào)速穩(wěn)態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩只決定于負載，與控制無關(guān)。，兩者性能一致，并無本質(zhì)差別。第四篇：淺談機電一體化技術(shù)應(yīng)用研究及發(fā)展趨勢畢業(yè)論文宜春學(xué)院成人高等教育畢業(yè)設(shè)計（論文）淺談機電一體化技術(shù)應(yīng)用研究及發(fā)展趨勢宜春學(xué)院成教 機電一體化專業(yè) 姓名：俞剛指導(dǎo)老師：徐興云摘要：隨著科學(xué)技術(shù)日益走向整體化、交叉化和數(shù)字化以及微電子技術(shù)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。本文對機電一體化技術(shù)的應(yīng)用進行闡述，并對其發(fā)展進行探究。關(guān)鍵詞：機電一體化 技術(shù) 應(yīng)用正文：機電一體化又稱機械電子學(xué)，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學(xué)Mechanics的前半部分與電子學(xué)Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機械設(shè)計》的副刊上，隨著機電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機電一體化技術(shù)，是機械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)，他的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化，智能化。一、機電一體化技術(shù)應(yīng)用技術(shù)在現(xiàn)代機械制造業(yè)中的應(yīng)用 傳統(tǒng)機械制造業(yè)是建立在規(guī)模經(jīng)濟的基礎(chǔ)上，靠企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和重復(fù)性來獲得競爭優(yōu)勢的，它強調(diào)資源的有效利用，以低成本獲得高質(zhì)量和高效率，其生產(chǎn)盈利是靠機器取代人力，靠復(fù)雜的專業(yè)加工取代人的技能來獲取的。先進的機械制造業(yè)是以信息為主導(dǎo)，采用先進生產(chǎn)模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術(shù)和先進組織管理形式的全新的機械制造業(yè)，其特征是全球化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調(diào)的綠色制造?，F(xiàn)代制造業(yè)集成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，充分利用電子計算機技術(shù)，使制造技術(shù)提高到新的高度。近年來，制造工程領(lǐng)域的新技術(shù)相繼誕生，如計算機數(shù)字控制、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)、柔性制造技術(shù)、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等。技術(shù) 機械技術(shù)機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應(yīng)借助于計算機輔助技術(shù)，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術(shù)。其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴酷環(huán)境的考驗，它是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。 伺服傳動技術(shù)包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。階段模型階段，所有的系統(tǒng)組件都能夠被最優(yōu)化； 在仿真計算的幫助下，可以測試和分析這些組件的 宜春學(xué)院成人高等教育畢業(yè)設(shè)計（論文）適用性；監(jiān)測響應(yīng)頻率； 對模型進行分析。此外，還能夠生成一個物理/拓撲系統(tǒng)模型，包括機械、液壓和控制導(dǎo)向組件。有必要有一個模型工具，這個工具支持機電一體化系統(tǒng)的物理模型，即當有實物和節(jié)點時，這些模型能夠以1：1來測試，并且原型設(shè)計研究階段可以在嚴酷的實時條件下進行。在系統(tǒng)運行完模型階段之后，所產(chǎn)生的具體的性能數(shù)據(jù)可以通過試驗臺驗證。這樣就就可以測試和檢驗該系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)波動的魯棒性，功率儲備及連續(xù)運行的特征。這樣做的話，用戶可以進行測試或者使用CAMeLView TestRig進行硬件在回路（的測試）。要進行硬件在回路測試，相關(guān)裝置的物理特性需要詳細確認，這些裝置必須是建立在測試平臺的基礎(chǔ)之上。識別經(jīng)過測試平臺上測試過的組件，容許這些組件在模型中被識別，并確保整個以系統(tǒng)為基礎(chǔ)的仿真分析布局。成功的測試之后，就會建立一個原型。這里要特別關(guān)注的是模型特性，這些特性特指通過特別費力的仿真所決定的特性，比如組件損耗（性能）。這些數(shù)據(jù)結(jié)果，為模型基礎(chǔ)性分析提供服務(wù)，同時為進一步研發(fā)提供知識基礎(chǔ)。組成要素與四大原則一個機電一體化系統(tǒng)中一般由結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機結(jié)合而成。機械本體（結(jié)構(gòu)組成要素）是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結(jié)構(gòu)，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。動力驅(qū)動部分（動力組成要素）依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。測試傳感部分（感知組成要素）對系統(tǒng)的運行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息?？刂萍靶畔⑻幚聿糠郑毮芙M成要素）將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。執(zhí)行機構(gòu)（運動組成要