毕业论文-机电一体化专业 机电一体化中的电机控制与保护

1、机电一体化电动机的控制与保护列表选择内容量1【关键词】1插入图1引文1第一章机电一体化技术发展历程和趋势11.1机电一体化技术开发课程11.2机电一体化发展趋势1佐原健二机电一体化电动执行器的硬件设计和工作原理42.1系统工作原理4第三章机电一体化阀门位置和速度控制原理6第四章解决主要技术问题7第五章机电一体化继电保护现状及发展95.1继电保护发展现状95.2继电保护的未来发展105.2.1计算机化105.2.2网络115.2.3保护、控制、测量、数据通信集成125.2.4智能13结论13参考文献14内容根据机电一体化技术的发展前景，提出了新型电动执行器的设计方案，详细介绍了该执行器各种功能元

2、件的选择和设计、阀门位置和速度控制原理以及各种主要问题的解决方法。该执行器集成了阀门、伺服电动机、控制器，使用8031单片机、变频技术实现阀门运动速度和位置控制，解决了阀门精确位置、阀门柔性开关、极限位置判断、电动机保护和模拟信号隔离等技术问题。现场运行表明，该传动装置具有快速的动作、完善的保护功能和容易与计算机通信的优点，充分利用了机电一体化技术带来的便利和快速。关键词:电机阀继电保护机电一体化技术综述餐饮图2-1电动执行器控制系统方框图.4图2-2 ipm输出电流、电压检测.5图2-3程序外自行恢复电路.6图3-1阀门位置和速度控制原理方框图.6图3-2执行机构的正常运行速度.7图4-1线

3、性绝缘放大器.8引文执行机构在现代生产过程管理中起着非常重要的作用，这是自动控制系统中不可缺少的一部分。现有国产大电流传动执行器存在控制手段落后、机械传动多、结构复杂、位置精度低、可靠性差等问题。而且，执行机构的整体运行速度取决于电动机的输出轴速度和内部减速齿轮的减速比，一旦出厂，这种速度就不可调节，普遍性下降。整个机构缺乏完善的保护和故障排除措施和必要的通信手段，系统的安全脆弱，不方便连接计算机和网络。为此，传统大电流传动执行器的控制系统可靠性和稳定性差。这些执行机构随着计算机网络、现场总线等技术在工业过程中的应用，远远不能满足工业生产要求。集成阀门、伺服电动机、控制器，设计了利用异步电动机

4、直接驱动阀门开关的机电一体化技术。通过内置变频器，利用模糊神经网络实现阀门运动速度、准确定位、灵活开关和电机转矩等控制。该电动执行器用于控制电动机正向、反向接触器和晶闸管整流开关模、机械变速器和复杂昂贵的控制柜和配电柜，具有快速动作、更完整的保护、更容易的计算机网络等优点。实际运行表明，执行机构稳定，性能可靠。电子技术出现后，电子技术与机械技术的结合受到了半导体集成电路(特别是微处理器代表的大规模集成电路出现后)“机电一体化”技术的发展的广泛关注。第一章机电一体化技术发展历程和趋势机电一体化、微电子、控制、计算机、信息处理等多个领域的跨学科融合，其发展和发展取决于相关技术的进步和发展，主要发展

5、方向是数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、小型化、整合、源泉化和绿色化。1.1机电一体化技术开发课程1、数控机床的出现写了机电一体化历史的第一页；2、微电子技术给机电一体化带来活力。3、可编程逻辑控制器、“电力电子”等的开发为“机电一体化”提供了强大的基础；4、激光技术、模糊技术、信息技术等新技术将“机电一体化”推向新的高度。1.2机电一体化发展趋势1、数字化微控制器及其开发为不断发展的数控机床和机器人等机电产品的数字化提供了基础。计算机网络的迅速兴起开辟了虚拟设计、计算机集成制造等数字设计和制造的道路。数字化要求机电一体化产品的软件具有可靠性、可操作性、可维护性、自我诊断功能和熟悉的人机

6、界面。数字化可以简化远程操作、诊断和恢复。2，智能也就是说，机械和电气产品需要智能，以具有逻辑思维、判断、自主决策等能力。例如，将人机对话功能添加到cnc cnc机床中，设置智能i/o接口和智能流程数据库，使使用、操作和裴珉姬管理非常方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌和分支等人工智能技术的进步和发展，为机电一体化技术的发展开辟了广阔的天地。3，模块化机电一体化产品的种类和制造商很多，因此开发和开发具有标准机械接口、电源接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有希望的工作。如果开发具有集速、变频调速电动机一体化的动力驱动装置；具有视觉、图像处理、识别和距离测量等功能

7、的电动机集成控制装置等。因此，在产品开发设计中，可以利用这些标准模块化单元快速开发新产品。4、网络由于网络的普及，多种基于网络的远程控制和监视技术占了优势。远程控制的终端本身就是机电一体化产品。通过现场总线和局域网技术使家电网络成为可能，通过家庭网络将各种家电连接到以计算机为中心的计算机的集成家电系统，使家庭充分享受各种先进技术的好处，机电一体化产品将需要向网络方向发展。5、人性化机电一体化产品的最终使用对象是人。如何给机电一体化产品赋予智能、情感和人性变得越来越重要。机电一体化产品除了完美的性能外，在颜色、建模等方面与环境协调，使用这种产品对人来说仍然是一种艺术享受。例如，家庭机器人的最高领

8、域是人机集成。6、小型化小型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。micro electronic mechanical systems(mems)是一个可以对微机构、微传感器、微执行器和信号处理和控制电路进行批量制造的系统，包括具有一个接口、通信和电源的小型设备或系统。1986年，美国斯坦福大学开发了第一个医用微型探针，1988年美国加利福尼亚大学伯克利分校开发了第一个微型马达，在国内外mems技术、材料和微机构研究方面取得了很大进展，实现了各种微传感器(压力传感器、微加速度计、微触觉传感器)、各种微组件(缩微胶片、微束、微探针、微探针)7、集成整合包括各种技术的相互渗透、相互融合

9、和对各种产品的徐璐不同结构的优化和复合，还包括在生产过程中同时处理加工、装配、测试、管理等多种工序。要实现多品种、小批量生产自动化和效率，必须确保系统更加广泛的灵活性。首先，将系统划分为多个层，以分散系统功能，曹征和安全地运行各个部分，然后通过软硬件将各个层有机地连接起来，以实现最佳性能和功能。8、源化也就是说，像太阳能电池、燃料电池、大容量电池等机电一体化产品有自己的能源。因为在很多情况下不能用电，移动的机电一体化产品提供了独特的动力源。物化是机电一体化产品的发展方向之一。9、绿色化科学技术的发展给人们的生活带来了巨大的变化，物质丰富的同时，也带来了资源减少和生态环境恶化的后果。因此，人们高

10、喊保护环境，回归自然，实现可持续发展的呼声中，产生了绿色产品概念。环保产品是指低能耗、低材料消耗、低污染、舒适、曹征、可回收的产品。机电一体化产品在设计、制造、使用和破坏时必须满足环境和人体健康要求，主要使用时不污染生态环境，产品寿命结束后可以拆卸和回收。10、光电集成。典型的机电一体化系统由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等组件组成。因此，随着光学技术的引入，光学技术与生俱来的优点是，可以有效地改善机电一体化系统的传感系统、能量(电力)系统和信息处理系统。光伏集成是机电一体化产品发展的重要趋势。11、自律分配系统化灵活性。未来机电一体化产品、控制和执行系统设计为“冗余”充分、“灵活

11、”强、应对突发事故和“自主分配系统”。在自主分配系统中，各个子系统徐璐独立运行，子系统在为整个系统提供服务的同时，对不同的环境有不同的反应，具有自己的“自主分配”。其特点是子系统生成自己的信息并附加给定的信息，一般来说，具体的“动作”可能会发生变化。这将显着提高系统的适应性(灵活性)，并防止特定子系统故障影响整个系统。12、全息系统化智能。未来机电一体化产品全息的特性越来越明显，智能水平也在提高。这主要是基于模糊技术、信息技术(尤其是软件和芯片技术)的发展。此外，系统的层次结构是复杂、冗馀的双向连接，具有简单的“自上而下”情况。13、“生物1软件”化-仿生物系统化。未来的机电一体化设备对信息的

12、依赖性高，结构“静态”时不稳定，但动态(工作)时稳定。这有点像活生物概要。控制系统(大脑)停止工作，生物“死亡”，控制系统(大脑)启动，生物就活跃起来。在仿生学研究领域已经发现的一些有机体的优秀器官可以为机电一体化产品提供新的气体，但使这些新生命拥有生命的方法还需要进一步探索。这个探索领域被称为“生物软件”或“生物系统”，其特点是生物将固体部件(肌肉体)软件(大脑)捆绑在一起。机电一体化产品虽然在生物学上系统化，但似乎走了很长的路。14、微机电化学微型化。目前利用半导体器件制造过程的蚀刻技术，在实验室制造了亚微米单位的机械零件。将此结果用于实际产品时，无需区分机器部分和控制器。然后，机器和电子

13、可以完全“融合”，机体、执行器、传感器、cpu等集成在一起，形成体积小、可自行调整的组件。这种微机械是机电一体化的重要发展方向。佐原健二机电一体化电动执行器的硬件设计和工作原理电动执行器控制系统的框图如图2-1所示。智能执行机构在结构上分为控制部分和执行驱动部分。控制部分主要包括单片机、pwm波发生器、ipm逆变器、a/d、d/a转换模块、整流模块、i/o通道、故障检测和报警电路等。执行驱动器部分主要包括三相前导电机和位置传感器。2.1系统工作原理霍尔电流、电压传感器和位置传感器检测到的逆变模块的三相输出电流、电压和阀门的位置信号通过a/d传输到单片机。单片机通过光电耦合将通过8255控制pw

14、m波发生器产生的pwm波作用于逆变模块ipm，实现了电机的变频调速和阀位置控制。逆变模块运行所需的直流电压信号是由整流电路中380v电源的全桥整流获得的。2.2控制系统各种功能元素的选择与设计1、单片机主要通过并行8255端口控制系统信号处理(转矩、阀打开、关闭和阀打开等的信号设置，提供三相pwm波发生器所需的控制信号)选择英特尔制造的8031单片机。处理ipm发送的错误和警报信号。处理通过模拟输入端口接收的电流、电压、位置等检测信号。提供显示电动执行器工作状态的信号。运行控制系统向控制系统反馈信号的控制信号；2、3相pwm波发生器pwm波生成通常有模拟和数字两种方法。模拟电路复杂，有温度漂移

15、现象，精度低，限制系统性能；数字方法根据徐璐不同的数字模型，用计算机计算每个切换点，将其存储在内存中，然后通过检查表和必要的计算生成pwm波，占用了无法保证系统准确性的大内存。本文使用mitel制造的sa8282作为三相pwm生成器，以满足智能电源模块所需的pwm波控制信号，从而确保microprocessor有足够的时间执行整个系统的检测、保护和控制等功能。sa8282是具有独立标准微处理器接口的专用大规模集成电路，芯片内部包含波形、频率、振幅等控制信息。3、智能逆变模块ipm使用智能电源模块ipm，以满足执行器的小而可靠的要求。此执行器主要面向额定电压为380v、功率因数为0.75的小于5.5kw的三相异步电动机。日本制造的智能电源模块pm50rsa120可满足系统要求。该电源模块是高性能电源开关设备，将电源开关、驱动器电路、制动电路捆绑在一起，并集成了过流、短路、低压和过热保护、报警输出。4、位置检测电路位置检测电路是执行机构提供准确位置信号的重要组成部分。重要的问题是位置传感器的选择。传统电动执行器中常用绕组电位器、差动变压器、导电塑料电位器等。绕组电位器寿命短。差动变压器受线性区域太短，温度特性不理想的限制。导电塑料电位器目前应用更广，但有触点，寿命不长，准确度不高。笔者使用位置传感器作为无触点