【正文】 測速發(fā)電機在控制系統(tǒng)中主要作為阻尼元件、微分元件、積分元件和測速元件來使用。最有代表性的速度信號電機是測速發(fā)電機，其實質(zhì)上是一種將轉(zhuǎn)速變換為電信號的機電磁元件，其輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。自整角機是一種感應(yīng)式機電元件，被廣泛地應(yīng)用于隨動系統(tǒng)中，作為角度傳輸、變換和指示的裝置。感應(yīng)同步器是一種高精度的位置或角度檢測元件，有圓盤式和直線式兩種。其結(jié)構(gòu)和繞線式異步電動機相同，定子和轉(zhuǎn)子各有兩組相互垂直的分布繞組，轉(zhuǎn)子繞組利用滑環(huán)和電刷與外電路聯(lián)接。5信號電機目前，最有代表性的位置信號電機：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器和自整角機。同步電動機主要用于大型機械，如鼓風(fēng)機、水泵、球磨機、壓縮機、軋鋼機以及小型、微型儀器設(shè)備或者充當控制元件；其中三相同步電動機是其主體。同步電動機的工作特性如圖6所示；與所有的電動機一樣， 同步電動機也具有“可逆行”，即它能按發(fā)電機方式運行，也可以按電動機方式運行。同步電動機的定子和異步電動機的完全一樣；但其轉(zhuǎn)子有“凸極式”和“隱極式”兩種。而單相異步電動機一般用于三相電源不方便的地方，大部分是微型和小容量的電機，在家用電器中應(yīng)用比較多，例如電扇、電冰箱、空調(diào)、吸塵器等。異步電動機主要廣泛應(yīng)用于驅(qū)動機床、水泵、鼓風(fēng)機、壓縮機、起重卷揚設(shè)備、礦山機械、輕工機械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機械等大多數(shù)工農(nóng)生產(chǎn)機械以及家用電器和醫(yī)療器械等。異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點。異步電動機一般為系列產(chǎn)品，品種規(guī)格繁多，其在所有的電動機中應(yīng)用最為廣泛，需量最大；目前，在電力傳動中大約有90%的機械使用交流異步電動機，所以，其用電量約占總電力負荷的一半以上。直流電動機有較好的控制特性，因為直流電動機的轉(zhuǎn)速與其它參量有以下關(guān)系： 其中——電樞回路總電阻——電勢系數(shù)——電樞供電電壓——電樞電流——勵磁磁通直流電動機在結(jié)構(gòu)、價格、維護方面都不如交流電動機，但是由于交流電動機的調(diào)速控制問題一直未得到很好的解決方案，而直流電動機具有調(diào)速性能好、起動容易、能夠載重起動等優(yōu)點，所以目前直流電動機的應(yīng)用仍然很廣泛，尤其在可控硅直流電源出現(xiàn)以后。這種電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，壽命長，維護方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問題，所以這種電動機在控制系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。無刷直流電機在重量和體積上要比有刷直流電機小的多，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣量可以減少40%—50%左右。有時候把前一種叫直流無刷電機，后一種叫交流伺服電機，確切地講是交流伺服電動機的一種。5無刷直流電動機無刷直流電機（BLDCM）是在有刷直流電動機的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，但它的驅(qū)動電流是不折不扣的交流；無刷直流電機又可以分為無刷速率電機和無刷力矩電機。一般地，在紡織工業(yè)中經(jīng)常使用交流力矩電動機，其工作原理和結(jié)構(gòu)和單相異步電動機的相同，但是由于鼠籠型轉(zhuǎn)子的電阻較大，所以其機械特性較軟。其中，直流力矩電動機的自感電抗很小，所以響應(yīng)性很好；其輸出力矩與輸入電流成正比，與轉(zhuǎn)子的速度和位置無關(guān)；它可以在接近堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下直接和負載連接低速運行而不用齒輪減速，所以在負載的軸上能產(chǎn)生很高的力矩對慣性比，并能消除由于使用減速齒輪而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。其電樞有較多的槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)，以降低轉(zhuǎn)矩脈動和轉(zhuǎn)速脈動。此外，步進電動機也存在許多缺陷；由于步進電機存在空載啟動頻率，所以步進電機可以低速正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度時就無法啟動，并伴有尖銳的嘯叫聲；不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大，細分數(shù)越大精度越難控制；并且，步進電機低速轉(zhuǎn)動時有較大的振動和噪聲。由于步進電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本低的特點，所以步進電動機廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域；尤其是在數(shù)控機床制造領(lǐng)域，由于步進電動機不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以一直被認為是最理想的數(shù)控機床執(zhí)行元件；步進電動機的頻率特性如圖4所示。步進電動機和普通電動機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正是這個特點，步進電動機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。我們可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制電機的角位移量，從而達到精確定位的目的；同時還可以通過控制脈沖頻率來控制電動機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。伺服電動機主要應(yīng)用在各種運動控制系統(tǒng)中，尤其是隨動系統(tǒng)。電角，勵磁繞組固定接在交流勵磁電源上；控制繞組接在控制電壓上，其中一般來自放大裝置；其繞組如圖3所示。交流伺服電動機本質(zhì)上是一種兩相異步電動機，其控制方法主要有三種：幅值控制、相位控制和幅相控制。圖 1旋轉(zhuǎn)電機的分類直流伺服電動機在機械特性上能夠很好的滿足控制系統(tǒng)的要求，但是由于換向器的存在，存在許多的不足：換向器與電刷之間易產(chǎn)生火花，干擾驅(qū)動器工作，不能應(yīng)用在有可燃氣體的場合；電刷和換向器存在摩擦，會產(chǎn)生較大的死區(qū)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護比較困難。伺服電動機有直流和交流之分；最早的伺服電動機是一般的直流電動機，在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機做伺服電動機。下面我們就從控制電動機開始，逐步介紹電機中最有代表性、最常用、最基本的電動機——控制電動機和功率電動機以及信號電機。由此可見，對于一個電氣工程技術(shù)人員來說，熟悉各種電機的類型及其性能是很重要的一件事情。實際上，我們通常所說的旋轉(zhuǎn)電機都是狹義的，也就是電動機——俗稱“馬達”。不同的電機有不同的應(yīng)用場合，隨著電機制造技術(shù)的不斷發(fā)展和對電機工作原理研究的不斷深入，目前還出現(xiàn)了許多新型的電機，例如，美國EAD公司研制的無槽無刷直流電動機，日本SERVO公司研制的小功率混合式步進電機，我國自行研制適用于工業(yè)機床和電動自行車上的大力矩低轉(zhuǎn)速電機等。這里我們主要討論旋轉(zhuǎn)電機，旋轉(zhuǎn)電機的種類很多，在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用極其廣泛，可以說，有電能應(yīng)用的場合都會有旋轉(zhuǎn)電機的身影。關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)電機，分類，特性，用途，Abstract: Rotary motors are used in many areas, especially in the areas of power electron, industry control, timing system and power plant. Because it is a kind of skill to all electricians, we should realize all motors’ capability. In this paper, all kinds of motors are classed clearly, and mon motors’ characters and use are summarized systematically.Keywords: Rotary motors, kind, capability, use,引言從廣義上講，電機是電能的變換裝置，包括旋轉(zhuǎn)電機和靜止電機。專題部分:——旋轉(zhuǎn)電機的分類及其總結(jié)摘要：旋轉(zhuǎn)電機應(yīng)用在許多現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，尤其是在電力電子、工業(yè)控制、系統(tǒng)調(diào)速和電力生產(chǎn)領(lǐng)域；而熟悉各種旋轉(zhuǎn)電機的性能是每個電氣工程技術(shù)人員所必備的基本素質(zhì)。控制以89C51為控制核心。機械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，從整體布局來看，實現(xiàn)了模塊化，各自由度自成體系，由能協(xié)調(diào)的組織在一起，其各個部分連接處線條分明、直觀性好，其各個部分可以分別拆卸，快速更換，方便維修。使整體的結(jié)構(gòu)小型化，在控制策略上采取開環(huán)、閉環(huán)相結(jié)合的方法，一個電機實現(xiàn)一個自由度的運動。本文所做的主要工作有： 總體方案的確定。 結(jié)論當今世界已有很多機器人，其中有90%以上都應(yīng)用于制造業(yè)，無論在制造技術(shù)方面，還是在推廣使用方面機器人都和工業(yè)自動化密切相關(guān) 今年來我過機器人研究工作進入一個嶄新的新時期，然而機器人即使還沒有真正的普及，其主要的原因在于，一、經(jīng)費不足；二、缺少專門的機器人研究的高水平的技術(shù)人員。輸入數(shù)據(jù)控制機器人運動 依次輸如機器人的空間三坐標位置參數(shù)，觀察機器人的運動情況（注意：運動參數(shù)的范圍不要超過其運動的最大運動范圍）學(xué)生可分成幾組分別做這個實驗。打開電源按鍵盤上的功能鍵，其按照固定的程序運動。四：實驗內(nèi)容和步驟程序控制下的機器人運動在單片機控制系統(tǒng)已經(jīng)固化了機器人的運動形式，不需要輸入機器人的運動位置。 實驗臺，紙、鉛筆等工具。 直流電機在目前工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中經(jīng)常采用，直流電機反映速度快，運行平穩(wěn)，尤其在目前的多CPU并行控制系統(tǒng)中，應(yīng)用更加廣泛，由于直流電機加電立即轉(zhuǎn)動，所以嚴格的說不呢功能在開環(huán)狀態(tài)下工作，其必須有反饋元件，常用的反饋元件有電位器、光電編碼盤等，由于計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制越來越廣泛，而光電碼盤能直接輸出脈沖信號，便于數(shù)字控制，且反饋精度高，因此工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中，經(jīng)常用做的電機的反饋元件。5借助圖紙，指出個自由度環(huán)節(jié)的傳動情況，以及結(jié)構(gòu)特點，及各部分的設(shè)計原則五、思考題 1腕部回轉(zhuǎn)和手爪回轉(zhuǎn)采用電機直接驅(qū)動的利弊，主要因素有那些？ 2在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有那些不合理的地方需要改進？ 3在手腕和手爪部分大都采用鋁合金材料，為什么？ 實驗二：教學(xué)機器人控制系統(tǒng)的演示實驗一：實驗?zāi)康氖箤W(xué)生了解步進電機在開環(huán)控制下的特點直流電機在閉環(huán)下的特點了解機器人控制的一般方法和CPU分時控制及多CPU并行控制的差異。三：實驗用具 1機器人演示系統(tǒng)，包括電源箱，控制箱和機器人 2工件 兩件 3機器人結(jié)構(gòu)總裝圖、控制原理圖 四、實驗的內(nèi)容和步驟 借助總裝圖貫徹、了解工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)及傳遞組成，通過控制原理圖了解控制原理 2通過控制鍵盤一X方向的坐標值，看各個自由度關(guān)節(jié)的運動情況，依次輸入三個不同的X方向上不同的坐標值，仔細觀察 3按照上面的方法依次輸入Y Z方向的坐標值，每個方向輸入3個不同的坐標值，觀察運動的現(xiàn)象。 控制部分由兩部分組成，既控制部分和驅(qū)動部分。本系統(tǒng)采用圓柱坐標形式，這種形式直觀性強，占用空間小，便于觀察，考慮到實驗的條件和小型化、輕型化的要求，個自由度均采用電機驅(qū)動整體結(jié)構(gòu)參照裝配圖。是體現(xiàn)機電一體化技術(shù)的前言科學(xué)。了解保證機器人各項精度指標的主要設(shè)計原則和方法。學(xué)生也可以根據(jù)實際的需要自己設(shè)計演示實驗，輸入機器人坐標值，然后執(zhí)行，則機器人就會按學(xué)生設(shè)計的動作運行，下面介紹下這幾個實驗。根據(jù)實際需求我編制了兩個規(guī)定的機器人演示實驗。第6章 教學(xué)機器人演示系統(tǒng)演示實驗的設(shè)計教學(xué)機器人演示系統(tǒng)的主要目的是為學(xué)生開設(shè)機器人教學(xué)實驗。 經(jīng)濟性 這個教學(xué)演示的系統(tǒng)，機械結(jié)構(gòu)部分，材料來源很廣，而且價格不昂貴，控制部分的各種器件的來源也很廣，估算大體價格在2萬元，這對于它所帶來的間接的經(jīng)濟價值是很微不足道的，所以說從經(jīng)濟的角度來講，其有很大的可行性。所以從這方面教學(xué)機器人的研制有很強的實用性。下面我從三個方面說明對教學(xué)機器人進行可行性的分析。步進電機需要的環(huán)行脈沖由單片機系統(tǒng)直接發(fā)出，四個步進電機工12條控制線，直流電機的PWM功放電路驅(qū)動控制信號也由單片機直接發(fā)出，光電碼盤反饋回的兩路信號輸入給單片機系統(tǒng)。機器人整個控制系統(tǒng)的組成及工作原理一、控制系統(tǒng)的組成作為機器人控制系統(tǒng)，必須實現(xiàn)機器人的軌跡規(guī)劃、位置控制、數(shù)據(jù)的處理及輸出等任務(wù)。 讀數(shù)據(jù)運行時間：（250KHZ）40μs功能： 根據(jù)最近設(shè)置的地址性質(zhì)，從DDRAM或 CDRAM內(nèi)數(shù)據(jù)讀出。 N=0；一行顯示A6～A0=0～4FH N=1；兩行顯示，首行A6～A9=00H～2FH ，次行A6～A0=40H～67H 讀BF及AC值功能：讀忙BF值和地址計數(shù)器AC值其中： BF=1：忙BF=0：準備好。 A5～A0=0～3FH。 單+5V電源供電 低功耗、長壽命、高可靠性（2）其結(jié)構(gòu)特性及時序引腳功能信號真值表（3）、顯示模塊的指令集 清屏運行時間：（250KHZ） 功能： 清DDRAM和AC值 歸位運行時間：（250KHZ） 功能： AC=0，光標、畫面回HOME位。 主控驅(qū)動電路為HD44780及其其他公司全兼容電路，如SED1278，KS0066 具有字符發(fā)生器ROM可顯示192種字符（160個57點陣字符和32個511點陣字符） 具有64個字節(jié)的字定義字符RAM，可自定義8個58點陣字符和4個511點陣字符。二：LCD液晶顯示結(jié)構(gòu)和顯示原理（1）系統(tǒng)選用點陣字符型液晶顯示模塊MDLS16165，其基本的特點： 液晶顯示屏是以若干個58或511點陣快組成的顯示字符集。 同第一步相反，將行線編程為輸出線，并使輸出線輸出全為零，則列線中電平有高到低的所在列為按鍵所在列。一、器件的選擇CPU選擇： 89C51擴展口芯片： 8255A地址鎖存器： 74LS373晶振：使用片外震蕩電路，頻率12MHZ，5：復(fù)位電路：采用上電自動復(fù)位二：接線方式參照電路原理圖鍵盤和顯示部分的研制 一個完整的控制系統(tǒng)必須包括輸入、輸出部分，本系統(tǒng)采用鍵盤做輸入，LCD為顯示部件。這樣就實現(xiàn)了直流電機位置的閉環(huán)控制。光電碼盤將轉(zhuǎn)動的角位移轉(zhuǎn)化成脈沖信號，經(jīng)辨向電路輸入給單片機的兩個計數(shù)器，單片機讀取計數(shù)器的值，并轉(zhuǎn)化成角位移，然后與直流電機的預(yù)期位置進行比較，利用其差值的正負和大小來補償直流電機的正反轉(zhuǎn)的位置。在這種方式下，要求電機輸出較高的轉(zhuǎn)距，較低的轉(zhuǎn)速，因此我們選用直流力矩電機。 在本系統(tǒng)中，直流電機用在機器人的腕部回轉(zhuǎn)和手爪回轉(zhuǎn)上。 直流電機的閉環(huán)控制系統(tǒng)的研制。此處“停留”時間在數(shù)十毫秒到數(shù)十秒范圍內(nèi)變化。我們采用一片單穩(wěn)態(tài)觸法器74LS221和一片與非門74LS00來夠成辨向電路如下圖：圖 45辨向電路原理圖 單穩(wěn)態(tài)觸法器74LS221只有一個穩(wěn)定狀態(tài)。設(shè)正向運動時Uf超前于Ue90度，則此時Ue的上升沿A對應(yīng)于Uf的高電平，反向移動時Ue超前于