(1)同步型电机：交流同步电机;永磁同步电机;无刷直流电机;步进电动机;开关磁阻电动机;

　　(2)异步型(感应型)电机：三相笼型转子异步电动机;单相异步电动机;三相绕线)排斥型电机。

　　(2)转子：转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成，如图2-3所示。转子绕组一般有笼形转子和绕线式转子绕组两种。

　　设磁极按逆时针方向旋转，形成一个旋转磁场，置于旋转磁场中的转子导条切割磁感应线，产生感应电动势，由于笼型转子绕组是闭合结构，所以转子绕组中产生感应电流。根据右手定则，可以判断出位于N极下的导条感应电流方向为进入纸面;而位于 S 极下的导条感应电流方向为穿出纸面。又因为载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，根据左手定则可判断出位于 N 极下的导条受力方向向左;位于 S 极下的导条受力方向向右。这样，在笼型转子上就形成一个逆时针方向的电磁转矩，从而驱动转子跟随旋转磁场按顺时针方向转动起来。

　　若磁极按顺时针方向旋转，同理，转子也会改变方向朝顺时针方向转动。另外，磁场若加快旋转切割转子速度，转子上感应电流及电磁转矩将增大，则转子转速加快。

　　“异步”解释：异步电动机的转子转向与旋转磁场转向一致，如果转子与旋转磁场转速相等，则转子与旋转磁场之间没有相对运动，转子导条不再切割磁感应线，没有电磁感应，感应电流和电磁转矩为零，转子失去旋转动力，在固有阻力矩的作用下，转子转速必然低于旋转磁场转速，所以称其为异步电动机。

　　如果电动机转子与旋转磁场以相同的转速旋转，这种电动机称为同步电动机。 异步电动机旋转磁场转速(也称同步转速 n0 )与转子转速 n 之差称为转差，转差与同步转速 n0 的比值用“转差率” s 表示：

　　直接起动，也就是全压起动，是一种最简单的起动方法也是三相异步电动机应用最多的一种起动方法。小功率电机常常采用这种起动方式然而对较大功率的电机而言，这种起停方式的缺点也是显而易见的。在这种起动方式下，起动电流约为标称电流的4-7倍;起动转矩约为标称转矩的1.02.0倍。其特点是:电机端子少(一般为三端子电机)，可带载起动、高电流峰值和大压降起动，设备简易。

　　直接起动是最简单的起动方式，起动时通过空开或接触器将电机直接接到电网上。具有起动设备简单，起动速度快的优点, 而且起动转矩比采用降压起动时大。在电网和负载两方面都允许全压直接起动的情况下，鼠笼式异步电动机仍以直接起动为宜.因为操纵控制方便，而且比较经济。

　　其危害很大电网冲击大。过大的起动电流，会造成电网压降，影响其他用电设备的正常进行。还可能使欠压保护动作，造成用电设备的有害跳闸。同时过大的起动电流会使电机绕组发热，从而加速绝缘老化，影响电机寿命;机械冲击严重，过大的冲击力矩容量造成电机转子笼条、端环断裂和定于端部绕组绝缘磨损，导致绝缘击穿烧毁电机，转轴扭曲，联轴节、传动齿轮损伤和皮带撕裂等。

　　因此尽管直接起动方法简单.起动设备也简单，价格便宜，但为了限制电和机械的冲击，以及保证电网的供电质量，在某种场合，就得采取减压起动方式，或者在绕线式异步电动机的转子电路中串入阻抗进行起动。

　　图2.1为三相交流异步电动机直接起动的电路图。三相交流电源经由组合开关K，熔断器F

　　降压起动通过降低起动时加在定子绕组上的电压来减小起动电流，起动结束后，再将定子绕组的两端电压恢复到额定值。降压起动虽然能减小起动电流，但是起动转矩也大大减小了，所以降压起动一般适用于中、大容量的异步电动机轻载货空载起动。

　　降压起动适用于容量大于或等于20Kw并带轻载的工况。由于轻载，故电动机起动时电磁转矩很容易满足负载要求。主要问题是起动电流大，电网难以承受过大的冲击电流，因此必须降低起动电流。

　　在研究起动时，可以用短路阻抗Rk+jRk来等效异步电动机。电机的起动电流(即流过Rk+jRk上的电流)与端电压成正比，而起动转矩与电机端电压的平方成正比，这就是说起动转矩比起动电流降得更快。降压之后在起动电流满足要求的情况下，还要校核起动转矩是否满足要求。

　　主要包括三个部分：一是主电路接线端，包括接工频电网的输入端(R、S、T)，接电动机的频率、电压连续可调的输出端(U、V、W);二是控制端子，包括外部信号控制端子、变频器工作状态指示端子、变频器与微机或其他变频器的通信借口;三是操作面板，包括液晶显示屏和键盘。结构原理示意图如下：

　　通用变频器由主电路和控制电路组成，其基本构成如下图所示。其中，给异步电动机提供调压调频的店里变换部分称为主电路，主电路包括整流器、中间直流环节(又称平波电路)和逆变器等。

　　(1) 整流器。电网侧的变流器为整流器，它的作用是把工频电源变成直流电源。三相交流电源一般需经过压敏电阻网络引入到整流桥的输入端。压敏电阻网络的作用是吸收交流电网浪通过电压，从而避免浪涌侵入，导致步电压而损坏变频器。整流电路按其控制方式可以是直流电压源，也可以是直流电流源。电压型变频器的整流电路属于不可控整流桥直流电压源，当电源线V时，整流器件的最大反向电压一般为1000V，最大整流电流为通用变频器额定电流的2倍。

　　(2) 逆变器。负载侧的变流器为逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所需求频率的交流功率。逆变器最常见的结构形式是利用6个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和管断，可以得到任意频率的三相交流输出波形。

　　(3)中间直流环节。中间直流环节实际上是中间直流储能环节，另一个作用是承担对整流电路输出进行滤波，以减少电压或电流的波动。此外，由于异步电动机制动的需要，在直流中间电路中还设有制动电阻及其他辅助电路，这就是直流中间电路的作用。电压型变频器的直流中间电路的主要元器件是大容量电解电容，而电流型变频器则主要由大容量电感器组成。

　　控制电路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等组成。其主要任务是完成对逆变器的开完控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能等。

　　通用变频器中的制动电路是为了满足异步电动机制动的需要而设置的，对于大、小容量的通用变频器来说，为了阶跃能源，一般采用电源再生单元讲上述能量回馈给供电电源。而对于小容量通用变频器来说，则通常采用只懂电路，讲异步电动机反馈回来的能量在制动电路上消耗掉。

　　通用变频器按其主电路结构形式可分为交-交变频器和交-直-交变频器，如果主电路中没有主流中间环节的称为交-交变频器。按其工作方式有电压型变频器和直流型变频器。按其工作方式有电压型变频器和之流行变频器;按其逆变器开关方式有PAM控制方式、PWM控制方式和高频载波SPWM控制方式三种;按其逆变器控制方式有U/f控制方式。转差频率控制方式、矢量控制方式、矢量转矩控制方式和直接转矩控制等。

　　(4)可由 IT (中性点不接地)电源供电 (5)对控制信号的响应是快速和可重复的

　　(6)参数设置的范围很广，确保它可对广泛的应用对象进行配置 (7)电缆连接简便

　　(9)具有多个模拟量输出 (0 - 20 mA) (10)6个带隔离的数字输入，并可切换为 NPN/PNP 接线个模拟输入：

　　(15)脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪音低 (16)详细的变频器状态信息和全面的信息功能

　　(17)有多种可选件供用户选用：用于与 PC 通讯的通讯模块，基本操作面板 (BOP)，高级操作面板(AOP)，用于进行现场总线通讯的PROFIBUS 通讯模块

　　对步进电机的初步选型，主要考虑三方面的问题：第一，步进电机的步距角要满足进给传动系统脉冲当量的要求;第二，步进电机的最大静力矩要满足进给传动系统的空载快速启动力矩要求;第三，步进电机的启动矩频特性和工作矩频特性必须满足进给传动系统对启动力矩与启动频率、工作运行力矩与运行频率的要求。总之，应遵循以下原则：

　　(1)应使步距角和机械系统相匹配，以得到机床所需的脉冲当量。有时为了在机械传动过程中得到更小的脉冲当量，一是改变丝杠的导程，二是通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不能改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定的。

　　(2).要正确计算机械系统的负载转矩，使电机的矩频特性能满足机械负载要求并有一定的余量，保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般来说，最大静力矩大的电机，其承受的负载力矩也大。

　　(3)应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。 (4)合理确定脉冲当量和传动链的传动比。

　　4.1.2 计算折算到电机轴上的空载启动力矩和切削时的负载力矩 (1)计算负载力矩

　　电机轴上的负载力矩一般由三部分组成，其一是由切削分力产生的切削负载力矩;其二是由导轨摩擦力产生的摩擦负载力矩;其三是由滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩。每种负载力矩的计算方法不同。

　　TcFL 2i式中：F 为在切削状态下，滚珠丝杠的轴向负载力，N;L为电机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离m;为进给传动系统的总效率，取0.90。

　　②摩擦负载力矩 Tu(Nm)的计算 TuFL 2i式中：F 为在不切削状态下，滚珠丝杠的轴向负载力(即为空载时的导轨摩擦力)。

　　③ 由滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩Tf(Nm)的计算

　　2i式中：F 为滚珠丝杠螺母副的预紧力;L为滚珠丝杠螺母副的基本导程;为滚珠丝杠螺母副的效率，取=0.98。

　　Top60980t式中：n 为运动部件以最快速度运动时电机的最高转速;Jm为电机的转动惯量。;Jd 为机械系统折算到电机轴上的负载惯量;t为加速时间。

　　该加速力矩Tq 就是电机轴上所需的加速力矩。一般有二种情况，一是机床移动部件空载快速启动时，系统所需要的空载启动加速力矩Tq。二是在机床切削状态下，进给速度突然变化时，系统所需要的切削时的加速力矩Tq 。

　　电压与转速成正比，电流与转矩成正比，同一电压下转速与转矩成反比; 在不同电压下计算转速时计算方法如下：

　　按上表参数计算10V时空载转速： 计算方法如下：n运行电压最大空载转速=518r/min

　　步进电机在控制系统中具有很广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器或角位移发生器等。

　　步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

　　此次设计使用C语言作为编程语言。C语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件、三维、二维图形和动画，具体应用例如单片机以及嵌入式系统开发。

　　硬件部分使用89C51作为主控芯片，并使用ULN2003A将单片机的信号放大以控制步进电机，同时使用4位数码管显示转动角度及次数。

　　设计制作和调试一个由8086组成步进电机角度测控系统。通过这个过程学习熟悉键盘控制和七段数码管的使用，掌握步进电机的角度控制和角度显示方法。

　　2.将8个键定义键值为0~7，按任意键在显示器上显示对应键值 3.实现：

　　(1)定义键盘按键：5个为数字键1～5;3个功能键：设置SET、清零 CLR、开始START;

　　(3)通过键盘的按键，设置步进电机各次的角度值;第一位设置次数，后三位设置角度值。

　　(4)按START键启动步进电机开始转动，按SET键停止;按CLR键清零。

　　课程设计要求设计一个直流电机微型计算机角度控制系统，定义8个键盘按键：5个为数字键1～5;3个功能键：设置SET、清零 CLR、开始START;显示器上的四位可显示转动次数和每次转动角度;通过键盘的按键，设置步进电机转动次数和每次转动角度;按START键启动电机开始转动，按SET键停止;按CLR键清零。

　　综合分析之后，我们应该将电路实现利用键盘按键通过89C51的P3口实现输入功能，并通过89C51的P0口和P1口实现对数码管显示的控制。同时我们可以通过P2口控制ULN2003A驱动电动机运行。

　　我们可以将整体电路设计成几个相对独立而又有机结合的模块，来逐一进行分析。

　　本次设计是使用AT89C51作为主控芯片，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

　　(3)P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

　　(4)P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。

　　(5)P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

　　个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。

　　P3口还有其他一些特殊功能，本事设计没有使用，故在此不做叙述。 (7)RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

　　(8)ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

　　(9)/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

　　(10)/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间为外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器读取外部ROM数据。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时，单片机读取内部程序存储器。(扩展有外部ROM时读取完内部ROM后自动读取外部ROM)。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。

　　(11)XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 (12)XTAL2：来自反向振荡器的输出

　　在本次课程设计中，我们用到AT89C51单片机。而他需要一些特定的控制电路的控制才能更好地工作。具体到本次课设中，我们需要时钟电路、防抖电路、复位电路等。

　　在微机化仪器仪表中，键盘是最常用的一种输入设备，用于输入数据和命令。键盘的每一个按键都被赋予一个代码，称为键码。键盘系统的主要工作包括及时发现有键闭合，求闭合键的键码。根据这一过程的不同，键盘可以分为两种，即全编码键盘和非编码键盘。全编码键盘多是商品化的计算机输入设备，自动提供对应于被安检的ASCII码，且能同时产生一个控制信号通知微处理器。此外，这种键盘具有处理抖动和多键串键的保护电路，具有使用方便、价格较贵、体积较大、按键较多等特点。非编码键盘恰如一组开关，一般组成行和列矩阵。其全部工作过程，如按键的识别、键的代码获取、防止串键及消抖等问题，都靠程序完成。因此，它所需要的硬件少，价格便宜，一般作为单板机、智能仪表等简单的输入设备。

　　键盘电路常用的有两种，一种是独立式键盘电路，另一种是矩阵式键盘。独立式键盘每个按键独占一根I/O线。因此键识别软件非常简单。对于只有几个按键的系统，常采用这种电路。对于多按键系统来讲，这种电路忧郁将占用更多的I/O线而变得无法实用。

　　矩阵式键盘电路将I/O口线的一部分作为行线，另一部分作为列线，按键设置在行线和列线的交叉点上，这就构成了行列式键盘。行列式键盘中按键的数量可达行线数n乘以列线数m。由此可以看到行列式键盘在按键较多时，可以节省I/O线。按键开关的两端分别接在行线和列线上。行线V电源上，在没有键按下时，行线处于高电平状态。

　　判断是否有键按下的方法是：向所有的列线I/O口输出低电平，然后将行线的电平状态读入累加器中，若无键按下，行线仍保持高电平状态，若有键按下，行线至少应有一条为低电平。当确定有键按下后，即可进行求键码的过程。其方法是：依次从一条列线上输出低电平，然后检查各行线的状态，若全为高电平，说明闭合键不在该列;若不全为1，则说明闭合键在该列，且在变为低电平的行的交点上。

　　在键盘处理程序中，每个键都被赋予了一个键号，由从列线I/O口输出的数据和从行线I/O口读入的数据可以求出闭合键的键号。

　　步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电机作为驱动元件。步进电机控制线路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作为驱动元件。步进电机控制线路接收计算机发来的指令脉冲，控制步进电机做相应的转动。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

　　步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由8086通过8255A产生。 此次设计采用四相式步进电机。

　　步进电机由转子和定子组成。转子由一个永久磁铁构成，定子分别由四组绕组组成。步进电机组成和电气连接分别如图3-6和3-7所示。

　　当S1连通电源后，定子磁场将产生一个靠近转子为N极，远离转子为S极才磁场，这样的定子磁场和转子的固有磁场发生作用，转子就会转动，正确地S

　　ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。ULN2003A管脚如图3-8所示。

　　ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。 ULN2003内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许

　　通过电流为200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，单独每个单元驱动电流最大可达350mA，9脚可以悬空。

　　数码管是数码显示器的俗称。常用的数码显示器有半导体数码管，荧光数码管，辉光数码管和液晶显示器等。译码和数码显示电路是将数字钟和计时状态直观清晰的反映出来，被人们的视觉器官所接受。显示器件采用七段数码管。在译码显示电路输出的驱动下，显示出直观、清晰的数字符号。本设计所采用的是半导体数码管，是用发光二极管(简称LED)组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字形，便构成了半导体数码管。半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型，共阳极数码管的七个发光二极管的阳极连在一起，而七个阴极则是独立的。共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管的阴极连在一起，而阳极是独立的。

　　某几段二极管发光，所以共阳极数码管需要输出低电平有效的译码器去驱动。共阴极数码管则需要输出高电平有效的译码器去驱动。七段显示数码管的外部引线，共阳极数码管结构示意图如图3-12所示。

　　在多位LED显示时，为了节省I/O口线，简化电路，降低成本，一般采用动态显示方式。动态显示方式是一位一位地分时轮流各位显示器，对每一位显示器来说，每隔一段时间轮流点亮一次，形成动态显示。

　　开始按下某一数字键数码管显示转动次数和转动角度按下开始键电机按数码管显示的数字开始运行停止键是否被按下是电机停止运行否电机完成指定运行次数后停止清零键是否被按下否是数码管清零

　　开始某一数字键被按下，则寄存器被赋予相应值开始键被按下，寄存器将值传给电机模块，电机开始转动停止键被按下，则寄存器被清零，电机停止转动结束

　　由于使用的是4为数码管，每一位需要显示不同的数字，故让各位数码管按照一定的顺序轮流显示，只要扫描频率足够高，由于人眼的“视觉暂留”现象，就能连续稳定的显示。

　　要是步进电机模块按一定方向转动，需要轮流给P2.0~P2.3口脉冲，故采用移位的方法实现，流程图如图4-3所示。(X初始值为0x01，Y初始值为0x02)

　　开始45度判断所需 90度角度为45度还是90度奇判断此次转动是为奇或偶偶X、Y均左移一位X左移一位Y左移一位X、Y进行或运算并将值送到P2口运行次数寄存器减一运行次数寄存器是否为0是停止电机否结束

　　每次设计采用定时器来完成步进电机的转动速度，每次中断便是计数存储器加一，当计数存储器达到设定值时便使电机转动一次。

　　在我们的大三即将结束的时候，我进行了《步进电机微型计算机角度控制系统的设计》。总体来说，本次训练主要是针对《计算机控制技术》所学理论知识的检测以及对protues软件的学习和使用。

　　随着不断深入的学习，我感受到了这个软件的强大。以前我们学习《计算机控制技术》，需要绞尽脑汁的计算分析各电路。而使用这种方法，不但计算量大、分析不太准确、结果准确性差、费时费力，通过学习protues，并通过使用protues，非常方便准确的得到了仿真电路的正确连线方法以及最优化电路。分析起来又快又准确。大大促进了我们的学习效率。

　　这次课程设计不仅锻炼了我们的自学能力以及我自己的耐力。而且我也深切的感受到了计算机控制技术在日常生活中的广泛应用，作为工科生我们更要加强理论联系实际，为以后成为一名技术人才奠定坚实的理论实践基础。

　　[1] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程.北京：电子工业出版社，2009 [2] 周润景.基于PROTEUS 的电路及单片机系统设计与仿真.北京：北京航空航天出版社，2006 [3] 陈伯石.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社，2003. [4] 李光飞.单片机课程设计实例指导.北京:北京航空航天出版社，2004 [5] 陈光东.单片微型计算机原理与接口技术(第二版).武汉：华中科技大学出版社，1999

　　电气控制指的是通过控制电气设备的电压、电流、频率、通断、连锁、速度等，完成工艺过程的动作要求。对于工艺过程程序及功能相对固定的机电设备，我們通常采用继电接触控制。

　　机电设备电气控制基本原理是，通过电器控制线路，即由各种有触电的接触器、继电器、按钮、行程开关等按不同连接方式组合而成的控制系统，实现对机电设备的启动、正反转、制动、调速和保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。常见的基本控制线路有：点动控制线路、正转控制线路、正反转控制线路、位置控制线路、顺序控制线路、多地控制线路、降压启动控制线路、调速控制线路、制动控制线路。

　　变频控制系统原设计仅有变频器电流内反馈闭环控制，电机抗扰稳速性能差，是减速机产生剧烈晃动的原因之一。国内同行如天铁集团采用的是带编码器速度反馈的速度闭环控制，其每台电机通过编码器将速度反馈给变频器，当负载变化影响电机转速时，变频器能够很好的调整输出，保持电机恒速，使电机具有良好的抗扰稳速性能。但目前的现状是，电机未设计编码器接手，安装编码器必须全部更换新电机，而且型钢炼钢厂建设时未严格按照变频器EMC导则进行设计施工，电机距变频器距离长，信号线、电机线混放且接地系统不完善，改造使用编码器速度反馈可能存在强烈的信号干扰，埋有更大的事故隐患，因此采用待编码器反馈的速度闭环控制不适合应用。经过反复研究变频器功能图，结合现场实测，在输出频率5Hz以上时变频器内部检测的速度反馈值与实际电机速度差别不大，完全可以用变频器自身检测的速度反馈代替编码器速度反馈，实现速度内反馈闭环控制。因现场基本用不到5Hz以下的运行频率，速度内反馈闭环控制完全可以代替速度外反馈闭环控制，且实际应用效果良好。

　　要消除高速制动，首先必须将保证电机速度减速至接近零速时控制抱闸抱死，同时还必须避免减速时间过长导致炉子停不住产生下滑现象。研究变频器矢量大全中关于减速功能方面的参数设置，P464减速时间的设置对减速快慢起决定性作用。但在实际调试过程中，无论如何修改减速时间的大小，实际减速时变频器并未按设定曲线减速，而像是自由停车，即系统不能实现设定的减速时间。经过系统排查分析，我们人为变频器本身不存在硬件问题，变频器减速时间不起作用的原因应该与变频器初始化参数设置不正确有关。因此将电机全部脱开，重新做电机自学习，对变频器初始化参数进行了重新优化。电机辨识及优化功能全部实现后，将电机连接上减速机，带负载进行调试。调试结果显示，变频器可以正常按设定减速曲线减速，功能良好。经过反复试验，将变频器P464减速时间设定为1.5S，实际动作时，电机从最高速开始停车，减速至接近零速的时间为1.5S以内，完全满足控制要求。

　　重新设计PLC抱闸控制程序，要求抱闸得电条件为一主两从变频器抱闸打开信号输出;抱闸失电条件为一主两从变频器抱闸打开信号取消或有停止信号后PLC延时3S强制抱闸失电。程序修改后抱闸动作条件全部交给变频器分析判断，为提高系统可靠性，变频器控制抱闸信号未直接控制抱闸接触器动作，而是首先接入PLC，经过PLC分析必要条件满足后再输出控制抱闸接触器。PLC保留紧急情况下急停功能和变频器停止后延时3S强制抱闸失电功能，确保在异常情况下抱闸可靠抱死。设置合适的变频器抱闸控制参数，并调试满足设备平稳运行的要求，启动：阀值选择力矩参数，阀值力矩值必须设置准确，既要杜绝各个位置启动发生点头还要保证启动无冲击，经过反复调试选择力矩阀值为5%额定值，延时时间为0S;制动：阀值选择速度参数，理想状况下速度阀值为零速，但考虑抱闸制动过程有时间，速度降落时力矩要保持满力矩防止下滑，因此速度阀值的设定必须慎重，经过反复试验和分析历史曲线%额定值，可以保证制动轮停止的同时抱闸可靠抱死。

　　改造后抱闸失电抱死时，变频器速度反馈值已降低至很小，现场观察基本接近零速，但存在的问题是制动时明显可以观察到有的电机对轮要反转一下，减速机仍然有较强烈震动，由改造前的纵向衰减震动变为了横向振动，对减速机冲击仍然十分大。经过分析，从曲线也可以看到，减速期间电机速度不同步，特别是有的电机速度还反向，这是造成电机反转、减速机横向振动的根本原因。

　　速度不同步的原因分析是由于变频器固定采用主从控制方式，主变频器为速度控制，从变频器跟随主变频器是力矩控制，即变频器力矩始终保持一致，而速度不受控。正常转动期间因电机相当于同轴连接，因此速度可以保持基本一致，但在制动减速期间，因载荷变化剧烈，电机减速特性不完全相同，因此若仍然采用力矩同步控制，必然导致速度不一致现象发生，在不同载荷的情况速度不一致的程度不尽相同，反映到负荷端，即发生上述异常现象。要消除此现象，只能从改变变频器主从控制方式入手，曾做试验取消变频器主从控制，电机全改为速度控制，电机力矩不受控产生的严重后果是电机不同步导致变频器频繁过流故障，无法正常使用。经过研究变频器矢量大全，制定了可靠的解决方案：取消各台变频器固定的主从参数设定，改为由PLC通讯控制字控制;编写PLC程序自动判断炉子进入减速制动状态，从变频器控制字相应位置0，变频器自动切换为速度控制;程序自动判断制动结束，将从变频器的控制字相应位置1，主变频器控制字状态保持不变，变频器自动切换回主从控制方式。按此方式改造，启动及运行期间主从控制方式保证电机力矩同步，减速期间速度控制方式保证电机速度保持一致，彻底解决了制动时电机速度不同步的现象，减速机停车制动变得十分平稳，高速停车时减速机也无振动现象发生。

　　机电一体化是现代工业发展的总趋势，目前国内的机电一体化工作已初具规模，但在很多方面还应加强重视和改进。高炉助燃风机电机电气控制对于设计出高效能、低造价的现代化设备，有效利用其特点和效能有重要意义。

　　[2]郭选明.试论电气控制设计中应注意的几个问题[J]煤炭技术，2012(10)

　　[5]包文礼，涂林鹏.两种典型的掘进机电控系统[J]科技资讯，2009，(22)

　　SR电动机控制方式的选择是依据转速的高、低来决定的。一般低速时采用电流斩波控制方式 (包括起动斩波模式、定角度斩波模式、变角度斩波模式) , 高速时采用角度控制方式, 中速时电流斩波和角度位置控制方式结合使用, 各种运行方式沿速度轴的合理分布如图1所示。其中0为起动斩波的最高限速;1为第一临界角速度 (最大功率下的最低转速或最大转矩下的最高转速) ;Cmax为电流斩波最高限速;2为第二临界角速度 (最大功率下的最高转速) ;Amin为变角度运行的最低限速。

　　在制定具体的控制策略时, 必须注意:系统采用斩波控制的实际速度小于电流斩波最高限速, 而系统采用角度控制的实际速度远大于Cm变ax角度运行的最低限速Amin。

　　SRD系统采用转速外环、电流内环的双闭环控制, ASR (转速调节器) 根据转速误差信号 (转速指令*与实际转速之差) 给出转矩指令信号T*, 而转矩指令可直接作为电流指令i*;ACR (电流调节器) 根据电流误差 (电流指令i*与实际电流i之差) 来控制功率开关。

　　(1) 控制电路整体硬件系统。控制系统是SRD系统的核心, 采用美国Microchip公司生产的dsPIC33FJ128MC706为主控芯片:处理各种输入信号;输出PWM信号用于控制功率器件的开关;响应各种保护信号, 做出相应保护措施;并实现通信。

　　(2) 功率电路。根据电机的相数和容量情况, 系统采用不对称半桥型主电路。每相有两只主开关和两只续流二极管。当两只主开关VT1和VT4同时导通时, 电源US向电机相绕组供电;当VT1和VT4同时关断时, 相电流经续流二极管VD1和VD4续流, 将电机的磁场储能以电能形式迅速回馈电源, 实现强迫换相。选用的功率器件是IGBT, 型号是1MBH60D, 选用的二极管是快速恢复二极管, 型号是DSEI30。

　　(3) 驱动电路。IGBT的驱动电路比较多, 由于专用集成电路具有使用方便、可靠性高、驱动性能好等优点, 而得到广泛应用。常用的IGBT专用驱动电路包括TLP250、EXB841和HCPL316J等。从成本和性能两个方面考虑, 本设计选用HCPL316J作为驱动芯片, 其特点为: (1) 可驱动IGBT最高为150A/1200 V级, 加扩流电路可驱动更高功率等级IGBT; (2) 光学隔离, 带故障反馈输出;16脚贴片封装, CMOS/TTL兼容, 500nS开关速度; (3) 软关断技术, 集成过流, 欠压保护;15V~30V宽压工作环境, -40℃~150℃工作温度。

　　系统软件采用标准C语言编写, 采用模块式结构。软件程序由主程序和中断服务程序组成。主程序主要用来进行初始化设置、转速计算以及键盘扫描。捕获中断用来更新速度检测标志, 为转速计算提供依据。定时器中断用来读取A/D转换值, 确定换相逻辑, 转速、电流双闭环调节以及串口通信数据的发送。

　　该系统直流母线r/min, 额定功率为4kW。图2为电机负载转矩为27NM, 电机起动时, 一相绕组的电压斩波波形和电流波形。图3为电机负载转矩为27NM, 电机在额定转速下运行时, 一相绕组的电压斩波波形和电流波形。

　　本文结合一台4kW的开关磁阻电机, 完成了以dsPIC为核心的开关磁阻电机控制系统的硬件结构及软件的设计。通过电流斩波和角度位置控制相结合的控制方式, 实现开关磁阻电机在额定负载下的调速要求。实验证明整个系统运行协调, 调速稳定, 驱动可靠, 保护能力强。

　　摘要：本文以一台三相12/8极开关磁阻电机 (4kW, 380V) 为基础, 介绍了一种基于dsPIC33FJ128MC706的新型驱动控制系统。重点介绍了开关磁阻电动机的基本控制方式和控制原理, 设计了控制系统的硬件电路, 并编写了相应的软件, 最后通过实验测出了系统在额定负载条件下, 电机起动和运行时的电流波形曲线。

　　[1] 孙建忠, 白凤仙.特种电机及其控制[M].中国水利水电出版社, 2005.

　　[2] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社, 1994.

　　“分空间”是指系统或产品的内部空间可被划分为不同的功能区，包括分隔、分格和分层等。例如可以把长方形的餐盘分隔成多格以分别放置菜、饭和汤，称为分格餐盘，常用于公共餐厅和自助餐厅中。类似的还有分格饭菜碗、分格保鲜盒、绘画用的分格调色盘、分格零件箱、多格层保健药箱和多格储物箱等等，存放和取用东西时都很方便。分层不仅指实体的分层，还可以是虚体分层，如企业管理中的分层负责和分层授权。商品市场中的消费人群是按收入分层的，商家必须面向不同层次的消费人群来定位，明确目标顾客群。分层教学就是教师根据学生现有的知识、能力水平和潜力倾向把学生科学地分成几组各自水平相近的群体并区别对待、分类指导，从好、中、差各类学生的实际出发，确定不同层次的目标，进行不同层次的教学和辅导，组织不同层次的检测，使各类学生都得到充分的发展和提高。

　　不同的存储介质各有特点，就有存取速度的不同层次和其相应的应用场合。磁带具有容量大、成本低、可靠性高的特点，但是存取速度慢，适合大规模数据后备：光盘则存取速度中等，成本适当，适合离线档案管理、数字图书馆等，可用于对在线存储的数据进行备份，以防范可能发生的数据灾难；而磁盘的存取速度快，成本也较高，适合在线高速数据存取，是高速的数据存储设备，可满足计算平台对数据访问的速度要求。可以根据需要将企业数据分类、分层，将不重要的或者不常用的甚至是时间比较久的数据储存在磁带介质上：将不重要但经常用的数据放到普通硬盘上，将非常重要的数据保存在配置了独立冗余磁盘阵列而不会轻易造成数据损坏的磁盘上。分层存储的核心就是对不同情况的数据采取不同的保存方式和介质来储存。数据的分层存储可以灵活处置，当信息处于最重要时期时，将它放在价格昂贵的快速存储设备上，等一段时间后信息变得不重要时，就将它放在价格低廉的存储设备上：而将最后需要归档的数据存放到光盘上；从而在保持或提高服务水平的同时降低了硬件成本和管理成本。

　　为了生活方便，居民住宅通常按功能分设客厅、卧室、卫生间、厨房、储物间和车库等，而且按面积、质量和装修也分不同档次。

　　产品的一个部件或者系统的一个子系统在空间中分开放置的称为“分体”。单元楼房和公寓楼的门禁对讲系统必须是分体的。楼房的单元门口或楼门口设备包括键盘和开锁用的读卡器等的对讲主机；而包括视频屏幕和话机等设在室内。门禁对讲系统既方便了客人的来访，同时又防止了非法人员的闯入，保护了住户的安全。分体式液压千斤顶的手动泵和千斤顶是分开的，使用前才接好，体积小，特别适用于在空间位置狭窄的地方使用。夏天酷暑时人们用的空调器是利用制冷剂的循环蒸发冷凝工作而制冷的。由于其压缩机噪音大和为了向外散热，一般把压缩机和冷凝器移到室外，并用风扇强力冷却并将制冷剂冷凝放出的热量散放到室外，因而称为室外机；从室外机循环回的制冷剂因蒸发吸热而制冷，并用风扇吹出冷风到室内房间内来降温，蒸发器等放在室内，称为室内机。分体式太阳能热水器集热器与水箱分离，接受太阳能的集热器必须置于室外的屋顶或挂于阳台外壁，而水箱安装在室内或阳台内，可避免风吹雨打来延长寿命，也减少了热损失。

　　按不同时间间歇地工作、做不同工作或为不同对象服务就是“分时”。由于地球有昼夜和季节之分，人分时地在白天生活工作、夜晚休息睡眠，并且有节假日。用电因而有峰谷期之分。为了节约电能就有了用电谷期价低的分时计价政策。蓄热式分时工作的节电家用电器如蓄热式电热水器、电冰箱、电暖器及蓄热式电锅炉等都是利用分时计电价而采用分时工作，用电峰期蓄热，谷期工作的办法来节省电费的。而分时蓄冷空调器则是利用低谷期电来制冰蓄冷，而在用电高峰期时以融冰供冷来满足空调负荷要求；时尚服装、旅游和民航等有淡旺季，也就有淡季打折的服装、旅游费和机票，也是分时计价；酒店业有淡旺季，淡季客房利用率低，就创造出分时度假(即分时休闲旅游)。游客可用锁定的价格，按每年若干天，共若干年的时间，一次性购买度假村公司的别墅或宾馆的一个房间的使用权，并享有转让、馈赠、继承等权益及对公共配套设施的优惠使用权。游客还可以将购买的分时度假村的使用权，去交换隶属于该公司全球服务网络的任何一家度假村或宾馆的一个房间的使用权，从而达到异地休闲旅游目的。高速公路、机场、地铁、车体和楼顶等户外广告过去有极度分散、发布期长的问题。户外大牌广告的传统发布周期一般为一年，但根据调研，其影响效果最佳时间为7周，这样就形成了广告资源的浪费。户外分时广告通过分时间、多点位、大范围、高频次、灵活性的投放模式，根据广告主的需求来进行户外广告的投放并利用电子商务平台，使分散的户外广告资源实现整合，实现户外广告的精准投放，也使分别以1个月、2个月和3个月为期的大面积覆盖的户外广告投放成为可能，从而降低了广告成本，为广告主创造最大的投放价值。在发光二极管显示屏中，通过分时轮流控制各个数字管的公共极端，就可使各个数字管轮流显示，每位数字管的点亮时间为1～2毫秒，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，因此只要扫描的速度足够快，就不会有闪烁感，能够节省大量的输入／输出端口，而且功耗更低。对锌电解过程进行最优调度的分时供电，不仅能够最大限度地减少用电费用，降低生产成本，还能为稳定电网负荷、确保发供电设备安全运行以及功率因素的提高作出贡献。电脑数值控制器能定量地定位和定速控制多台步进电机的多段分时运行，用于能精确加工出复杂零件的数控复合加工机床和雕刻机、切割机、焊接机及纸箱打样机等的自动控制中。

　　如果能够既分空间又分时，将会带来更多的益处。在北京奥运会期间，既在空间上划分出奥运专用车道，又在时间上进行分时分段地实施交通通行管理，如采用汽车按单双号分天限行等，在广大市民的支持下有效地保证了奥运会开闭幕式和比赛交通的畅通。计算机的多用户分时操作系统如Linux和Unix操作系统，是将系统处理机的时间与内存空间按一定的时间间隔，微观上轮流地切换给各终端用户的程序在不同时刻轮流使用中央处理器。由于时间间隔很短，使宏观上每个用户并不感到有别的用户存在，这样一台计算机主机就可以供许多个终端的用户使用，同时可有效增加计算机时间和空间资源的使用率。

　　巧分时空法是适用于各个领域的通用发明方法。空间和时间是系统或产品的宝贵资源，加以适当划分或分开使用，可以提高系统的空间和时间的利用率，并方便产品的使用或节能。

　　为实现电力机车交流电机速度控制系统的实现, 构建如图1所示电力机车交流电流速度调控系统框架结构图。硬件主要由PLC控制器、PWM驱动器、H桥和电力机车交流电机组成和速度传感器五部分组成。工作时通过速度传感器采集电力机车交流电机理论速度和实际运行速度, 计算出理论速度和实际速度的差值参数, 将参数输入PLC模糊逻辑模块模糊化处理, 以PWM占空比的信号形式输出, 控制电力机车交流电机三相H电桥的驱动电压, 实现电力机车交流电机转速的精确控制。

　　如图1是电力机车交流电机速度控制系统的整体框架结构图, 由模糊化模块、规则库模块和去模糊化模块三部分组成。其中模糊化处理过程由电力机车交流电机速度控制系统将输入、输出处理单元转换成模糊化的变量来进行处理, 并检测的速度误差。系统的速度误差变化量定义为系统模糊逻辑控制器的输入信号变量, 将系统模糊逻辑控制器输出信号u定义成PLC可编程控制器的输出变量来进行处理。在进行铁路电力机车电机调速控制的研究中, 为减少可编程控制器PLC系统计算和存储空间的限制对研究的影响选择S形隶属函数和Z形隶属函数。电力机车交流电机模糊逻辑控制器我们采用了模糊数学中模糊化规则进行处理, 没有采用数学方程进行决策的判断和处理。系统中对规则数量和模糊变量中的模糊子集划分相互一致, 但是对误差模糊集和误差变化量模糊集则采用7个语言术语进行处理, 共有7×7=49个模糊规则来对电力机车交流电机的速度控制系统进行控制变量的表示和处理。

　　系统中为精确控制电力机车交流电机转速, 系统中专门设计了去模糊化的模块。系统通过这个模块的处理最终可以实现系统输出变量转换为非常具体数值变量, 更具有量化处理的能力。对系统PLC控制器输出变量值的在模糊化逻辑控制器中分别进行模糊化处理、模糊规则化处理和去模糊化过程处理后将能得到的电力机车交流电机模糊控制系统的数值。

　　应用PLC进行编程, 其程序的主体如下所示。通过此程序可计算出模糊变量输出的隶属度。

　　采用加权平均算法进行去模糊化处理, 系统使用可编程控制器PLC进行编程, 主体为:

　　第三步, 系统的可编程PLC控制器采用模糊算法将计算出的输出信号变量输入到系统上端的PWM控制驱动器中, 再经过H桥电路来精确地控制铁路电力机车交流电机速度的输出, 实现铁路电力机车交流电机转速精控制的目的。

　　MATLAB软件进行仿真研究不仅能够实现动态系统的建模、仿真, 而且还能进行传真系统综合分析与评价, 本系统的电力机车交流电机控制系统的结构包括电力机车交流电机、PLC控制器、PWM驱动器等, 其中主要使用传真PLC控制器模糊规则, 并通过系统的输出信号调整电力机车交流电机调速驱动信号的占空比比例关系。

　　假设电力机车交流电机转速为1750 r/min, 分别在不同的负载下启动实验电机工作, 观测电力机车交流电机转动速度的变化曲线, 从而可以计算出电力机车交流电机转速上升时间、稳定时间和过冲性能等重要的参数。最终经过综合比较我们发现和多数交流电机的调速特性一致, 铁路电力机车交流电机表表现出在加载的负载大情况下, 电机调速的速度上升时间表现出比较长的特点, 同时速度的稳定时间和过冲率却很小;但当加载的负载比较小的时候, 铁路电力电机的电机启动时加速的加速度小, 速度提升较慢, 但稳定性好。

　　铁路电力机车交流电机转速控制可使用西门子公司生产的可编程控制器PLC上得到了实现, 并经过验证取得了良好的效果。系统中可编程控制器PLC控制器输出PWM电机驱动信号的占空比例, 并应用此信息来调节电力机车交流电机的桥型调速电路的电压值, 实现铁路电力机车交流电机的调速;最后为验证结果的可靠性, 应用计算机仿真系统对典型电力机车交流电机上的调速过程和结果进行分析和研究, 仿真的实验结果证实PLC可编程控制器在电力机车交流电机速度精确控制方面有一定的实用效果, 具有推广使用的实用价值。

　　摘要：针对电力机车交流电机转速精确控制问题, 构建以PLC模糊逻辑平台为基础的电力机车交流电机转速控制系统, 按电力机车交流电机的设定速度和实际反馈速度, 获取速度误差和误差变化量, 通过PLC实现变量模糊化和去模糊化处理, 根据输出的脉冲宽度调制信号实现电力机车交流电机速度的精确控制, 仿真实验验证系统能够实现电力机车交流电机在不同的负载下转速的精确控制。