第八章机电系统集成与控制实例

第八章机电系统集成与控制实例8.1数控车床设计实例8.2机器人应用实例8.3办公及家用自动化中的机电一体化系统

8.3.1办公设备

8.3.2家用电器8.1数控机床设计实例

数控车床设计分为以下部分：8.1.1机床总体设计8.1.2机床传动系统设计

（1）主轴箱传动链设计计算（2）进给轴传动设计（3）传动系统刚度8.1.3机床结构设计8.1.4机床控制系统设计（1）数控系统的选型（2）主轴驱动系统（3）伺服进给驱动系统（4）数控镗铣床的PLC软件开发8.1.1机床总体设计确定拟设计机床总体目标：以一个回转运动加上X向、Z向两直线联动驱动代替X向、Y向、z向三直线联动驱动，可以对较复杂的大型回转曲面、圆周分度精度要求较高的孔系及具有特殊要求的环面凸轮进行镗削、铣削、钻削加工，加工精度好，效率高，编程方便，并且结构紧凑，体积是传统直角坐标系数控机床的三分之一。8.1.2机床传动系统设计

机床传动系统设计包括以下3部分：（1）主轴箱传动链设计计算；（2）进给轴传动设计；（3）传动系统刚度。一、主轴箱传动链设计计算（1）确定传动方案：（2）计算总传动比和分配各级传动比：（3）计算传动装置的运动和动力参数：根据传动方案，可以确定主轴传动系统的结构简图如图5—3所示，它采用一级带传动、级固定齿轮和一级滑移齿轮结构，通过改变滑移齿轮与固定齿轮的啮合状态，可以实现低速和高速挡两种转速。（2）计算总传动比和分配各级传动比在已知总传动比要求时，如何合理选择和分配各级传动比，要考虑以下几点：①各级传动结构的传动比应尽量在推荐范围内选取；②应使传动装置结构尺寸较小、质量较轻；③应使各传动件尺寸协调，结构均匀合理，避免干涉碰撞。（3）计算传动装置的运动和动力参数设计计算传动件时，需要知道各轴的转速、转矩和功率。因此，应将工作机上的转速、转矩和功率推算到各轴上。二、进给轴传动设计进给轴传动设计分为垂直方向（Z向）和水平方向（X向）进给电动机的设计与计算。内容包括：（1）额定输出转矩的选择；（2）计算负载惯量；（3）空载加速转矩计算和校核三、传动系统刚度传动系统的刚度K计算：总刚度与各个环节的刚度关系为：8.1.3机床结构设计数控机床是一种高精度、高效率的自动化加工设备，要求数控机床的机械结构具有优良的特性才能保证。这些特性包括结构的静刚度、抗振性、热稳定性、低速运动的平稳性及运动时的摩擦特性、几何精度、传动精度等。提高机床结构静刚度的措施包括：①合理设计基础件的截面形状和尺寸，采用合理的筋板结构。②采用合理的结构布局，改善机床的受力状态，提高机床的静刚度。③补偿有关零、部件的静力变形。④提高机床各部件的接触刚度。提高机床结构抗振性的措施包括：①基础件内腔充填泥芯、混凝土等阻尼材料②表面采用阻尼涂层。③采用新材料制造基础件。④充分利用接合面间的阻尼。减小机床热变形的措施包括：①改进机床布局和结构设计。②控制温升。③热变形补偿。

改善运动导轨副摩擦特性的措施包括：①采用减摩材料。②对导轨进行润滑。③对导轨进行防护。④尽量使用滚动导轨。8.1.4机床控制系统设计8.1.4.1数控系统的选型一、选择数控系统的基本原则

大体上说，选择系统的基本原则和要求有：①数控基本功能。②基本技术指标：联动轴数、分辨率(设定单位)、速度等。③附加功能，如生产管理、测量要求、刀具管理、程序编制要求、DNC接口联网要求等。④性能价格比要高。⑤购后的使用维护要方便、系统的市场寿命要长(不能选淘汰系统，否则使用几年后将找不到维修备件)等。二、镗铣床数控系统的选择

数控镗铣床以镗铣加工工艺为主，用于箱体、壳体以及各种复杂零件特殊曲线、孔系和轴轮廓的加工，对电控系统的要求可概述如下：（1）数控系统（2）控制轴数与联动轴数（3）主传动驱动系统（4）伺服进给驱动系统（5）通信功能（6）PLC功能8.1.4.2主轴驱动系统

为满足镗铣类数控机床对主轴驱动的要求，主轴驱动系统应具备以下性能：①主轴电动机功率要大，且在大的调整范围内速度要稳定，恒功率调速范围宽；在断续负载下电动机转速波动要小；加速、减速时间短；温升低，噪声小，振动小，可靠性高，寿命长；电动机过载能力强。②主轴系统应该具有较高的精度与刚度，传动平稳，且具有良好的抗振性和热稳定性。③极坐标数控镗铣床在精镗箱体类零件时，要求主轴能够实现定角度停止，防止刀具退出时划伤已加工表面。8.1.4.3伺服进给驱动系统交流伺服驱动系统由伺服驱动单元、伺服电机及光电位置编码器三个部分组成。8.1.4.4数控镗铣床的PLC软件开发

PLC中的程序分为操作系统和用户程序，操作系统用来实现与特定的控制任务无关的功能，处理PLC的启动、刷新输入／输出过程映像表、调用用户程序、处理中断和错误、管理存储区和处理通信等。PLC采用循环执行用户程序的方式，这种运行方式也称扫描工作方式。主程序就是用于循环处理的组织块，操作系统在每一次循环中调用一次该程序，一个循环周期分为输入、程序执行、输出和其他任务，例如下载、删除块，接收和发送全局数据等。用户程序由用户在STEP7中生成，然后将它下载到CPU。用户程序包含处理用户特定的自动化任务所需要的所有功能，例如处理过程数据、指定对中断的响应和处理程序正常运行中的干扰等。用户程序一般可分为主程序和子程序两大部分。主程序(称为OBl)的主体是放置控制应用程序指令的位置，其指令按顺序执行，每次执行CPU的一次扫描循环。子程序是指令的一个选用集，存放在分开的程序块中，仅在主程序调用时执行。数控镗铣床的PLC软件开发主要包括主程序和子程序两大部分的编制，其开发的步骤大体如下：①熟悉机床控制设备的动作顺序和控制逻辑。②按照CNC提供给PLC的资源情况，合理扩展和分配PLC的I／O点。③用STEP7—Micro／WIN32编制梯形图。④将通过编译的源程序下载到PLC中。⑤根据实际动作要求纠正控制逻辑错误。⑥备份源程序代码。8.2机器人应用实例

8.2.1概述机器人是典型的机电一体化产品，一般由机械本体、传感器、控制器、执行机构和驱动部分组成。机械本体是机器人的基础框架，提供系统的支撑；执行机构用来完成一定的运动功能，如机械手的手臂和手爪；驱动部分为机器人提供驱动力，常见的驱动元件有直流伺服电机、步进电机、交流伺服电机和液压、气压驱动元件；控制器对本体进行精确的运动控制，一般使用工业控制计算机、微处理器和专用伺服控制器；传感器应提供机器人本体或其所处环境的信息，为机器人的控制提供反馈信号，常用的传感器有光电编码器、电位计、测速发电机、和腕力传感器等。

机器人是由马达驱动的，计算机控制的机器，可以自动完成多种动作机器人系统的组成原理图。一个设备被称为机器人需要满足以下5个条件：①执行机构。②末端。③驱动器。④传感器。⑤控制器。机器人的应用范围非常广泛，种类繁多，有许多分类方法，按结构及运动形式可以划分：①关节式，如工业机器人。②移动式，如汽车机器人、类人机器人、爬行类仿生机器人等。③飞行式，如仿生飞行机器人、无人机等。按功能可以划分为：①工业机器人，如装配机器人、焊接机器人和喷漆机器人等。②农业机器人如采摘果实机器人和收割机器人等。③仿生机器人等。如类人机器人、仿生鱼和仿生昆虫④危险环境作业机器人，如军用机器人、太空机器人和水下机器人等。⑤服务机器人，如机器人护士、售货机器人、家政服务机器人等。⑥医疗机器人，如外科手术机器人、康复机器人等。⑦娱乐机器人，如机器人宠物，竞赛机器人等。理想中的机器人如图6—2所示，它应该是能直立行走并有一定的思维能力。图6—3所示的是典型的工业机器人系统原理图，工业机器人主要用于完成一定的作业任务，它是实际中应用最多的机器人。

8.2.2关节式机器人设计

8.2.2.1拟定机器人的技术指标本机器人系统主要作为教学研究用，其工作环境为教学实验室，要求它能够进行连续轨迹控制，同时应该具有示教再现功能。机器人的主要参数包括坐标形式，各个杆件的长度，关节的运动范围、运动速度、运动精度和负载能力等。由于机器人是教学实验机器人，主要用来完成一些实验、演示机器人的基本功能、完成机器人的操作方法训练，以便了解机器人的工作原理和使用方法。因此对机器人的负载能力、运动速度要求较低，希望系统的结构尽量简单、成本低、控制功能比较强。根据以上特点，机器人采用关节式运动形式，其结构形式如图6—5所示，系统的基本参数要求如表6—1所示。

8.2.2.2

机器人的机械本体及驱动方案设计

一、结构方案机器人的动态特性通常用质量、惯性矩、刚度、阻尼系数、固有频率和振动模态来描述。为了提高系统的动态特性，在设计时应尽量减少质量和惯量，提高结构刚度和系统的固有频率，增加阻尼。本系统采用关节式三自由度的运动形式。关节式结构形式的机器人动作灵活、工作空间大、在作业空间内手臂的干涉最小、结构紧凑、占地面积小、关节相对部位密封易于实现。但关节型机器人的运动学原理较复杂，逆解困难，确定末端件的位置不直观，进行控制时计算量比较大。方案一是肩关节的伺服电机安装在腰座上，而肘关节的伺服电机安装在大臂上。这种驱动方案的结构较简单，但系统的惯量大，会增加腰关节和肩关节的驱动功率，给系统的控制带来一定的困难。改进的方案如图6—6所示，肘关节和肩关节的两台伺服电机对称布置在腰座上，一台驱动大臂，另一台驱动小臂。其优点是系统容易获得静态平衡，惯量减小，稳定性得到提高，缺点是肘关节传动系统的结构比较复杂。二、驱动方案

驱动方案包括确定机器人的驱动方式和驱动元件。机器人驱动方式有电动、液压和气动三种。电动系统适合于中等负载、动作复杂、运动轨迹严格的场合。关节驱动方式有直接驱动和间接驱动两种。关节直接驱动机器人(DDR)将电动机直接做在关节上。目前大部分机器人的关节是间接驱动，即电动机通过减速器与关节轴相连。在选择机器人的制造材料时要综合考虑材料的强度、刚度、密度、弹性、抗振性、可加工性、外观及价格等。常用的材料有碳素结构钢：、合金结构钢、铝、铝合金及其他轻合金等等。本系统采用铝合金材料铸造壳体。在机器人的设计中，可选择通用的标准零部件，如伺服电机、减速器、传感器和手爪等。对一些专用的部件则需自行设计，如底座、手臂和交叉滚子轴承等。本体采用交流伺服电机驱动，位置、速度检测传感器采用松下MINASA系列交流伺服电机自带的17位绝对位置码盘。其配套驱动器上带有各种安全保护与报警接口，可用于保护电机和减速器。各关节上采用的电机及驱动型号如表6—2所示。8.2.2.2机器人的控制方案设计

机器人控制系统是机器人的重要组成部分。机器人控制可分为两部分：关节的运动伺服控制和各个关节之间的协调控制。一、机器人控制系统的组成本系统采用分散控制方式，由一台工业控制计算机，进行大间隔的插补指令值的计算，在各个关节轴上用PMAC多轴运动控制卡进行小间隔的插补运算和伺服系统的处理。系统配有鼠标和键盘输入、CRT显示输出接口实现人机信息交互，控制系统原理图如图6—7所示。图6—8所示为系统硬件原理图。二、机器人的运动轨迹控制机器人一般要求示教再现功能和运动控制功能。按照控制形式又可以分为点位控制(PTP)和连续轨迹控制(CP)两种方式，如图6—9所示。点位控制对机器人在两点之间运动的路径和姿态不做任何规定，只要求其快速准确地实现两点间的运动。连续轨迹控制则要求连续地控制机器人的末端执行器在空间的位姿，要求它严格按照预定的轨迹和速度在一定的精度要求内运动，而且速度可控，轨迹连续光滑，运动平稳。

由于机器人在运动过程中，每个关节对应于起始点的关节角度可通过绝对码盘检测获得同时通过对运动学的逆解也可以得到终止点的关键角度，于是可用于起始点的关节角度与终止点的关节角度之间的一个平滑插值函数来描述运动轨迹。一个完整的运动轨迹可用多个三次样条曲线表示，加上角度、速度和加速度等的约束，可以求解出样条曲线的各项系数，得到机器人末端手爪的路径运动规律。8.3办公及家用自动化中的机电一体化系统

8.3.1办公设备

办公设备的总类很多，打印机是具有代表性的办公设备之一，是各类计算机主要的硬输出设备。打印机种类繁多，根据输出方式可以将打印机分成串行式打印机、行式打印机和页式打印机；根据最终输出效果又可以分为单色打印机和彩色打印机；根据功能将打印机分成普通打印机和专业打印机；根据打印机方式的不同，将其分为击打式打印机和非击打式打印机。击打式打印机利用机械作用击打活字载体上的字符，使之与色带和纸相撞而印字，所谓的字模式打印机；或者利用打印钢针撞击色带和纸打印出点阵组成的字符或图形，所谓的针式打印机。非击打式打印机不是依靠机械的击打动作，而是利用光、电、磁、各种物理和化学的方法印刷出字符和图形。

打印机是集精密机械、计算机控制、传感器接口、电源等技术于一体，是典型的机电一体化产品，以下以针式打印机为例进行介绍。

8.3.1.1针式打印机的基本结构

针式打印机虽然形态各样，但其基本结构主要是由机械部分和电路部分构成的，以EP-SONLQ-1600K针式打印机为例，它包括以下单元：①打印机械：有打印头、输纸系统和字车色带传动系统组成，是整机的执行机构。②控制电路：有打印头驱动电路、输纸步进电机控制、字车步进电机控制、各传感器控制、数据通信、接口和面板控制电路等，是整机控制的主体。③电源电路：有35VDC、±12VDC、5VDC为整机提供必需的能源。（1）机械结构针式打印机的机械部分主要包括打印机构、字车机构、色带机构、走纸机构及传感器系统等5部分。当打印机接收到打印命令后，在控制电路的控制下，字车机构驱动字车，打印机构控制出针，同时色带机构适时转动色带，待走纸机构完成进纸过程后，即完成一系列打印过程。①打印机构打印机构指针式打印机的打印头部分，它主要包括打印头和印字胶辊，是针式打印机中的关键部件之一。针式打印机印头上的钢针数分为12针、24针，在我国使用最广泛的是带汉字字库的24针打印机。除此之外，打印头部分还包含驱动线圈、铁心、复位弹簧及连接电缆等部件，其结构如图7—1所示。②字车结构字车结构如图7—2所示，它主要由字车驱动电动机、打印头托架、同步齿形带和色带盒托架等部分构成。打印头托架主要用于固定打印头。打印时，字车驱动电动机直接驱动齿条皮带传动，从而带动打印头托架一起作左右往复直线运动，配合打印机构完成横向打印工作。在字车机构中，有一个位于起始位置的传感器，主要用于检测打印头的初始位置。③走纸机构走纸机构也称纸驱动机构，它主要由走纸步进电机、输纸轮、压纸辊等部件组成。通常，针式打印机的走纸方式有摩擦式走纸方式和牵引式走纸方式两种。按用户选择输纸方向的要求，经走纸传动齿轮带动卷筒、拖纸器、链轮送纸器、单页送纸器等，送纸一行。走纸机构中包含三个传感器：纸尽传感器、摩擦牵引传感器、纸厚传感器。纸尽传感器用来探测有纸／缺纸；摩擦牵引传感器用来探测走纸方式(牵引式走纸和摩擦式走纸)；纸厚传感器用来探测超厚度纸或多层纸。摩擦式走纸即打印纸在传动时被置于印字胶辊和压纸辊之间，走纸步进电机驱动印字胶辊沿走纸方向转动，打印纸通过强大的摩擦力随印字胶辊转动而实现走纸过程，这种方式通常适用于无走纸孔的打印纸，摩擦式走纸方式示意图如图7—3所示。对于有走纸孔的打印纸，一般都使用牵引式走纸方式，其工作原理如图7—4所示，打印纸边缘的走纸孔与牵引器上的定位孔相吻合，通过走纸齿轮的转动由牵引器带动打印纸完成走纸过程。④色带机构色带机构主要由色带传动机构和色选机构(针式彩色打印机)组成，其机构如图7—5所示。打印头撞击色带，将色带上的油墨粘附在打印纸上以留下印记。为延长色带的使用寿命，通常将色带设计成周长很长的环形并安装在色带盒中，在打印时电动机驱动色带传动机构使色带在打印头移动的同时自身亦缓慢地作单向步进循环转动，从而确保打印颜色均匀。（2）控制电路针式打印机的电路部分主要由控制电路、驱动电路、电源电路、接口电路、操作面板电路和各状态检测电路等几部分组成。①主控制电路控制电路是打印机的核心部分，它包括主控电路、打印头控制电路、字车电机控制电路和走纸控制电路。针式打印机的主控电路一般由CPU及外围电路构成，它主要负责打印机与主机间的信息传递、打印头的控制、字车机构的动作、操作面板的信号处理和DIP开关状态的检测等工作。通常，主控电路根据CPU数量的不同可以分为单一CPU结构和主从CPU结构两种。图7—6所示为LQ-1600K针式打印机主控电路结构方框图，其中uPD7810为核心CPU，时钟频率为14．75MHz，其内部包括一个A／D转换器、通用串行接口、256KBRAM以及158条操作指令和11种中断指令，直接寻址范围为64KB。对于打印机各开关和传感器的检测结果，CPU会采取周期性读取的方法，将得到的信号数值与内存中的存储值相比较。如果不同，则把新值置入内存中，将原有数值替换掉，然后将改变的参数通过MMU的串行口移入移位寄存器，使面板指示等显示新状态。对于主从CPU结构的针式打印机来说，主控电路除包括一个主CPU外，还有多个微处理器作为从CPU。其中，主CPU主要完成打印机复位、数据的读／写操作以及对各种中断的控制等工作，而走纸控制和操作面板控制则交给从CPU来完成。②驱动电路驱动电路一般包括打印头驱动电路、字车驱动电路和走纸驱动电路三部分。打印头控制电路、字车控制电路和走纸控制电路的控制指令直接被送到各自对应的驱动电路中，然后打印头驱动电路直接驱动打印头以不同的出针方式来实现打印，而字车驱动电路直接通过驱动字车电动机来实现字车的左右移动，从而带动打印头平行移动，与此同时走纸驱动电路通过对走纸电动机的控制以实现纸张的进退，直至最终完成打印操作。

③电源电路电源电路主要用来保证打印机电力能源的供应。针式打印机的电源一般由交流滤波电路、电源变压电路、整流滤波电路及稳压电路等几部分构成。通常针式打印机的输出电压主要有两种：一种提供给打印机控制面板指示灯和逻辑电路，电压为十5V；另一种输出电压为+35V，主要作为字车驱动和打印头驱动电路的电源。此外，有些打印机还会输出一个±12V电压，提供接口电源。针式打印机型号的不同，实际采用的电源类型及输出的电压值都会有所不同。④操作面板电路操作面板电路的主要作用是方便用户操作，以体现打印机的人性化设计。用户可以直接通过打印机上的操作面板完成换行、换页、进纸退纸、单／双向打印及字体设置等操作。⑤状态检测电路状态检测电路主要用于检测打印机的工作状态，以确保打印机正常工作，包括字车初始化位置检测电路、纸张检测电路、打印头温度检测电路及送纸检测电路等。例如，字车初始位置检测电路主要用于检测字车是否返回打印机的初始位置，纸张检测电路则会时刻注意当前打印机中是否有纸，而打印头温度检测电路会对打印头的温度进行监控。正是由于这些状态检测电路才能够确保打印任务的顺利完成，同时它们对打印机也起到了必要的保护作用。

8.3.1.2软件技术LQ—1600K打印机的控制软件由4个模块构成，完成相应的4个进程，每个进程分时又相互配合进行。

4个模块为：主控模块、电动机模块、接口输入数据模块和打印输出模块。图7—7至图7—10所示为LQ-1600K打印机控制软件框图。

对于不同的针式打印机，打印流程也有所不同。以汉字的打印为例，可以分为图形打印和字符打印两种打印方式。图7—11和图7—12所示分别为图形和字符的打印流程图。这两种打印方式都是找到字符内码所对应的点阵字模以形成打印点阵信息，所不同的是图形打印方式的打印点阵信息的形成是在主机中完成的，而字符打印方式则是在打印机中完成的。8.3.2家用电器

家用电器是典型的机电一体化产品之一，其特点是产品的种类多、应用范围广。从外观上来看有大、中、小等多种形式，大型的有自动洗衣机、洗碗机、电冰箱和空调机等，中型的有录像机和影碟机等，小型的有数码相机和电子手表等，它们都属于机电一体化产品。这些机电一体化产品的功能各异，产品的外观、结构和大小区别很大，它们的技术含量差别也都很大。洗衣机是一种常见的家用电器，本节将以全自动洗衣机为例，介绍家用电器的工作原理和设计方法。全自动洗衣机的工作过程实际上是模拟人工洗衣的过程，经过洗涤、漂洗和脱水等功能，且各功能之间的转换不需要用手工操作而能自动进行。用户只要设定好程序，洗衣机即能自动完成进水、洗涤、漂洗、排水、脱水等全过程。全自动洗衣机是一种典型的融合了机电一体化技术的现代机电产品。从控制方式的发展阶段来分，全自动洗衣机分为机械控制式(电动控制式)洗衣机和计算机控制式洗衣机，前者的程控器由机械定时器和机械触点等组成，后者的程控器由微型计算机组成。计算机控制全自动洗衣机又可分为普通型、模糊控制型和变频型。8.3.2.1全自动洗衣机的结构及工作原理

全自动洗衣机按结构与洗涤方式不同可分为波轮式、滚筒式、搅拌式。下面以波轮式全自动洗衣机为例进行介绍。波轮式全自动洗衣机结构如图7-13所示，主要由箱体部分、桶体部分、传动部分、程序控制部分和进排水系统等组成。（1）箱体部分箱体部分由外壳、底座、底脚、吊挂装置等组成。外壳一般采用薄钢板压制成形或用塑料注塑成形。它除了起装饰作用外，还用来支承、紧固及保护各零部件。（2）桶体部分桶体部分主要由内桶(也称离心桶或洗涤脱水桶)、外桶(盛水桶)、波轮等组成。衣物的洗涤、漂洗、脱水都在这部分进行。内桶安装在外桶内，在脱水时旋转。波轮有塔式、棒式、蝶式、碗式和偏置式等多种形状，用来形成不同的洗涤水流。（3）传动部分传动部分包括电动机、减速离合器、三角皮带等，用来实现机械力的产生和传递，驱动洗涤和脱水等运动机构的运行。减速离合器是实现洗涤与脱水功能转换的主要部件。在离合器的作用下，洗涤和脱水可以在同一桶内完成。洗涤时，内桶不动，波轮运转；脱水时，内桶和波轮同步转动。（4）程序控制部分程序控制部分由程控器与水位开关、安全开关等组成。它用来控制洗衣机按用户设定的程序工作，是洗衣机的“大脑”与“神经系统”。

（5）进水系统与排水系统进水系统由进水阀(注水阀)、水位开关(或水位传感器)及进水管等组成。它用来实现自动进水并控制进水量的多少。排水系统由排水阀与牵引排水阀的电磁铁(或旋转式牵引器)组成。它用来将洗涤后的脏水和漂洗脱水时甩出的水排出机外。8.3.2.2全自动洗衣机的传动机构

波轮式全自动洗衣机的传动机构安装在外桶底部，由电动机通过三角皮带带动减速离合器，减速离合器带动波轮或内桶旋转。带制动式离合器结构如图7—14所示，可分解为离合器和减速器两部分，其动作受排水电磁铁(或旋转式牵引器)控制，具有洗涤和脱水两种工作状态。8.3.2.3全自动洗衣机的驱动与控制

一、驱动电动机洗衣机中使用的电动机可分为单相异步电动机和单相串激式电动机。波轮式全自动洗衣机多选用4槽24极电容运转式单相感应电动机，额定输出功率为180W或250W，同步转速1500r／min。电容运转式电动机(简称电容式电动机)的启动绕组与串入的电容在电动机运行过程中不从电路中切除，故又称永久分相电动机。滚筒式全自动洗衣机多应用单相串励式电动机，其采用换向式结构，因将定子铁心上的励磁绕组和转子上的电枢绕组串联起来而得名。

传统的全自动洗衣机电动机本身不变速，通常采用皮带传动减速或皮带与减速器相结合减速，以得到要求的波轮(或滚筒)转速。变频型电脑全自动洗衣机使用无刷直流电动机或开关磁阻电动机，转速可变，采用直接传动方式，电动机直接驱动波轮(或滚筒)，消除了因采用传动皮带和减速器而产生的弊病，使洗衣机运行更平稳，故障率降低。二、控制器全自动洗衣机以程序控制器为控制中心，另配有水位开关、排水选择开关、漂洗选择开关、洗涤选择开关、安全开关等电气控制部件，构成程序控制电路，用来控制进水阀、电动机、排水电磁铁、蜂鸣器等负载部件的通断，实现进水、洗涤、排水、漂洗、脱水等程序控制。

微处理器和其接口电路构成了全自动洗衣机的程序控制系统。程序控制器上使用的主要是4位和8位微处理器。