觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 摘要 本設(shè)計電梯采用了線性調(diào)速的調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速 (術(shù)，并且 梯采用 制，有完善的自檢測、自診斷、自保護功能，因而十分安全可靠。而且本電梯是按照理想的電梯運行曲線，通過矢量控制軟件對電動機進行精確調(diào)節(jié)，因而電梯平穩(wěn)、舒適。另外，本設(shè)計采用交流調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速與同規(guī)格的傳統(tǒng)電梯相比，可節(jié)能 40%。 本設(shè)計還重點研究了電梯門機拖動控制系統(tǒng)的設(shè)計，包括兩大部分即硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，使其運行安全可靠、性能穩(wěn)定。本設(shè)計的門拖動控制系統(tǒng)采用了當(dāng)前最新的永磁同步伺服系 統(tǒng) ， 這 是本設(shè)計的重點和創(chuàng)新點。 本 設(shè)計的研究成果若在實際電梯工程中得到應(yīng)用，必將取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 關(guān)鍵詞： 調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速，可編程控制器（ 永磁同步電機，電梯門機 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 he LC it is is by so it is In 0% of s it a of is a in if to 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 目 錄 摘要 . 1 . 2 目 錄 . 3 第一章 引言 . 5 新設(shè)計： . 5 術(shù)要求： . 5 第二章 電梯的電力拖 動系統(tǒng)方案設(shè)計 . 7 梯門機拖動系統(tǒng)方案的創(chuàng)新性設(shè)計 . 7 電梯門機系統(tǒng)簡介 . 7 機拖動系統(tǒng)方 案設(shè)計 . 8 梯主拖動方案設(shè)計 . 14 、雙速交流電動機拖動系統(tǒng) . 14 交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速 拖動系統(tǒng) . 15 直流發(fā)電機 . 15 可控硅直接供電拖動系統(tǒng) . 15 頻變壓調(diào)速拖動系統(tǒng) . 15 第三章 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計 . 17 制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 . 17 制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)比較 . 19 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計 . 21 第四章 電梯控制系統(tǒng)框圖設(shè)計 . 22 電梯控制系統(tǒng)原理框圖設(shè)計 . 22 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 . 22 第五章 主要元器件選型 . 23 拖 動元器件的選擇 . 23 磁同步伺服系統(tǒng)的重點選擇 . 23 變頻器的選擇 . 26 旋轉(zhuǎn)編碼器的 選擇 . 26 可編程控制器的選擇 . 27 主拖動元器件的選擇 . 27 曳引電動機的選擇 . 27 變頻器的選擇 . 28 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇 . 30 光電開關(guān)的選擇 . 31 可編程控制器的選擇 . 31 他元器件的選擇 . 32 交流接觸器的選擇 . 32 電梯空調(diào)的選擇 . 32 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 紅外光幕的選擇 . 34 語音報站鐘的選擇 . 35 第六章 硬件電路設(shè)計 . 37 門拖動 I/O 接口電路設(shè)計 . 37 主拖動 I/O 接口電路設(shè)計 . 38 第七章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 . 41 門拖動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 . 41 門拖動系統(tǒng)原理 . 41 門拖動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 . 41 軟件調(diào)試 . 42 小結(jié) . 42 主拖動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 . 43 主拖動控制系統(tǒng)原理 . 43 主拖動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 . 43 程序設(shè)計說明 . 44 第八章 總結(jié) . 48 參考文獻 . 49 致 謝 . 50 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 第一章 引言 舒適的電梯系統(tǒng)應(yīng)該有較短的候梯時間，門運行快捷、安靜，使乘客不會覺得候梯和運行時間過長，因此，高效的電梯應(yīng)該有一個良好的門機驅(qū)動系統(tǒng)?；谝陨峡紤]，本設(shè)計將重點研究門控系統(tǒng)，計劃采用 目前最先進的永磁同步門控系統(tǒng)。 觀光電梯井道和轎箱一般為太陽直射，熱量在井道內(nèi)聚集，在夏季溫度較高時，電梯內(nèi)溫度遠遠高于人的舒適溫度。在觀光電梯內(nèi)安裝空調(diào)是必然的選擇 ，這也是本設(shè)計人性化設(shè)計之一。 本觀光電梯為某大型商廈設(shè)計，周圍環(huán)境嘈雜，計劃安裝語音到站鐘，用于中（英）文報上行、 下行、超載等語音，為乘客提供優(yōu)美的到站提示音，體現(xiàn)個性化設(shè)計。另外，為安全考慮，還應(yīng)設(shè)計好入口安全保護系統(tǒng)，計劃安裝 紅外線光幕式保護裝置，以保證乘客安全。 新設(shè)計 ： （ 1）永磁同步門控系統(tǒng)：目前最先進的門控系統(tǒng)，充分 體現(xiàn)了本觀光電梯的高檔性。 （ 2）入口安全保護：將安裝紅外線光幕式保護裝置，以提高安全可靠性。 （ 3）電梯專用空調(diào)： 觀光電梯內(nèi)安裝空調(diào) ，滿足人性化設(shè)計要求。 （ 4）語音到站鐘：在嘈雜的商廈中，大功率語音報站鐘是個性化的設(shè)計體現(xiàn) 本設(shè)計的電梯要求為某大型商場的觀光電梯 (因為乘客一般希望在轎內(nèi)多逗留片刻，以觀賞轎外風(fēng)景，所以不要求高運行速度，以低于同類客梯的速度為宜，故可 v=1m/s。樓層數(shù)為 10 層；額定載重量為 800 術(shù)要求： 1、電梯停止運行后，經(jīng)預(yù)定時間自動關(guān)閉通風(fēng)裝置和空調(diào)。 2、 考慮商場嘈雜，人性化的設(shè)計語音 到站鐘 。 3、入口安全保護 。 為保證乘客安全，應(yīng)設(shè)有 入口安全保護 ，例如安裝 紅外線光幕式保護裝置。 4、防超載裝置 。 當(dāng)電梯載重量超過額定載重量時，電梯停止運行并將門開啟，同時警告鈴響起警示 ，直到乘客疏散到額定范圍后繼續(xù)運行。 5、超速保護系統(tǒng) 。 當(dāng)電梯下降運行，速度超過額定速度 時，便自動切斷控制電源，超過額定速度 速器 安全鉗動作，防止轎廂繼續(xù)下滑，可靠地制停。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 6、轎內(nèi)指令的登記與清除。 7、轎外召喚的登記與清除。 有司機狀態(tài)下，廳外召喚不參與選向而由司機控制。無司機狀態(tài)下，轎內(nèi)指令具有優(yōu)先權(quán)，即電梯?？亢?，從電梯自動開門開始到自動關(guān)門結(jié)束前，轎內(nèi)指令優(yōu)先與召喚信號。這段時間內(nèi)，召喚信號不參與選向控制。 8、自動開關(guān)門 電梯到達預(yù)定層并停靠后應(yīng)自動將門打開。 電梯未平層后運行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。有專職司機狀態(tài)下，按下關(guān)門按鈕，關(guān)門后自動運行；無專職司機狀態(tài)下，延時后自動運行。 9、樓層指示。電梯運行層顯示為數(shù)字顯示。 10、自動選向 電梯應(yīng)根據(jù)所處樓層和轎內(nèi)指令確定的目的樓層（無司機狀態(tài)還應(yīng)包括召喚信號 確定的目的樓層）自動的選擇運行方向。實現(xiàn)順向截車和最遠層站的反向截車。 11、自動運行。運行過程中的加速、減速等速度變化應(yīng)該自動進行。換層、平層等位置控制應(yīng)該采用較、先進的相對計數(shù)方式。 12、應(yīng)具有各種相應(yīng)的安全保護以及報警、照明等功能。如電梯具 有消防運行控制，具有超載不開電梯功能，具有防夾人功能等。 13、電梯運行狀態(tài)由三擋位鑰匙開關(guān)實現(xiàn)。電梯運行狀態(tài)由司機，無司機和檢修三種狀態(tài)組成。檢修狀態(tài)時，點動控制開門，電梯慢速點動上下，以利于維修。 14、在電梯轎廂運行過程中，轎廂上升（后下降）途中，任何方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應(yīng)，但如果某反向外呼梯信號前方再無其他內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)應(yīng)該外呼梯信號。 15、電梯應(yīng)當(dāng)具有最遠反向外呼梯響應(yīng)功能。如，在電梯轎廂在一樓，而同時有二層向下外呼梯信號。 16、設(shè)置停電時電梯就近平層和開門裝置。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 第二章 電梯的電力拖動系統(tǒng)方案設(shè)計 電力拖動系統(tǒng)是電梯的動力來源，它驅(qū)動電梯部件完成相應(yīng)的運動。在電梯中主要有如下兩個運動：轎廂的升降運動，轎門及廳門的開關(guān)運動。轎廂的運動由曳引電動機產(chǎn)生動力，經(jīng)曳引傳動系統(tǒng)進行減速、改變運動形式（將旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€運動）來實現(xiàn)驅(qū)動，其功率在幾千瓦到幾十千瓦，是電梯的主驅(qū)動。轎門及廳門的開與關(guān)則由開門電動機產(chǎn)生動力，經(jīng)開門機構(gòu)進行減速、改變運動形式來實現(xiàn)驅(qū)動，其驅(qū)動功率較小（通常在 200W 以下），是電梯的輔助驅(qū)動。本部分內(nèi)容主要是電梯的電力拖動系統(tǒng)方案設(shè)計 。 梯門機拖動系統(tǒng)方案的創(chuàng)新性設(shè)計 電梯門機系統(tǒng)簡介 在電梯系統(tǒng)中，為了使其能夠正常工作，也為了提高電梯系統(tǒng)的可靠性一般在電梯系統(tǒng)中都有一些附屬裝置，電梯門機系統(tǒng)即是其中一個。舒適的電梯系統(tǒng)應(yīng)該有較短的候梯時間，門運行快捷、安靜，使乘客不會覺得候梯和運行時間過長，因此，高效的電梯應(yīng)該有一個良好的門機驅(qū)動系統(tǒng)。 在電梯中，門機系統(tǒng)的主要任務(wù)是接收來自上位管理與調(diào)度系發(fā)送的門機控制信號，驅(qū)動門電動機運行，以控制電梯轎廂門和廳門的聯(lián)動開關(guān)。電梯門機系統(tǒng)主要由門電動機、門電動機控制器、門電動 機驅(qū)動裝置、門結(jié)構(gòu) (門系統(tǒng)機械部分 )、安全檢測系統(tǒng)、大廳內(nèi)乘客監(jiān)測系統(tǒng)等組成。下面簡單介紹各個組成部分及其速度曲線和運行過程。 (1) 梯門電機控制系統(tǒng)這部分主要由門電機控制器、門電機驅(qū)動裝置以及門電動機等組成。其中門電機控制器主要用來控制門電機，使其沿給定門機曲線運行，以快速、安靜、準確的開關(guān)電梯轎廂門和廳門。這部分如同一個小型的電機拖動控制系統(tǒng)。 (2) 電梯的門結(jié)構(gòu)此部分主要由門扇、導(dǎo)軌、廳門門鎖等構(gòu)成，目前主要采用單扇門和中分門兩種結(jié)構(gòu)。為了提高門系統(tǒng)的快捷性，高性能的電梯系統(tǒng)多采用中分門結(jié)構(gòu)。其中 門扇必須具有堅固、防火的特點；導(dǎo)軌用來支撐門扇，故必須表面光滑、堅固且足夠大，以便門扇可靠的移動；廳門門鎖必須滿足安全要求，當(dāng)門扇到達關(guān)門點時應(yīng)及時的鎖住門。這部分對乘客安全非常重要。 (3) 安全檢測在電梯控制系統(tǒng)中，為了避免乘客被正在關(guān)閉的門扇傷害，在門系統(tǒng)中大都設(shè)置安全檢測系統(tǒng)，以檢測關(guān)門時是否還有乘客從電梯門上通過。當(dāng)轎廂門正在關(guān)閉時，如果此時有乘客欲進、出入電梯轎廂 (包括乘客位于轎廂門前某段距離或乘客阻擋轎廂門關(guān)閉 )，則轎廂門應(yīng)該停止關(guān)閉，且重新打開。轎廂門打開則不必有此過程。目前的安全系統(tǒng)主要大 都采用光電式裝置 (如光敏元件 )，也有的采用電磁式裝置。 (4) 大廳內(nèi)乘客檢測系統(tǒng)在一些高性能的電梯系統(tǒng)中，都設(shè)置了大廳內(nèi)乘客檢測裝置，確定乘客是否全部進入電梯。當(dāng)乘客或物體仍在門檢測區(qū)域內(nèi)時，電梯的門系統(tǒng)能自動延時關(guān)門，確保乘客全部進入電梯。目前主要采用光電裝置和紅外光幕保護裝置來檢測乘客或物買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 體。有的門機系統(tǒng)還采用熱敏電磁裝置和圖像采集系統(tǒng)檢測乘客或物體，由于受到性能和成本的限制，應(yīng)用的并不多。 (5) 門過載保護裝置有的門系統(tǒng)設(shè)有門過載保護開關(guān)裝置，當(dāng)電梯在開關(guān)門過程中，因轎廂門受阻而導(dǎo)致動作力矩過大， 梯門會自動向反方向動作，從而達到保護門電機的作用。 (6) 速度曲線及運行過程電梯門機系統(tǒng)的速度曲線如圖 1示。速度曲線大致可分為四個階段：加速階段、勻速階段、減速階段和廳門鎖定階段。 為減速階段； 關(guān)轎廂門為例，在 電機得到控制信號 (一般為脈沖信號 )，經(jīng)過一段時間延遲，轎廂門開始動作，一直到 段時間為加速階段，其運行距離一般較短。從 始到 刻，為勻速階段。此時，如果有乘客在轎廂門前一定距離內(nèi) 或者在門扇中間阻擋轎廂門的關(guān)閉，則電機得到一個脈沖信號，則電機提前進入減速階段，如 刻所示，然后反轉(zhuǎn)，轎廂門重新打開。直到全部乘客進入轎廂，從時刻 始進入減速階段。在 廂門實 際已經(jīng)關(guān)閉。在 t 6- t 7 的門鎖定階段電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轎廂門被壓緊，門刀關(guān)門同時通過機械結(jié)構(gòu)關(guān)閉廳門直到 t 7 時刻，電機停止轉(zhuǎn)動，門關(guān)閉過程結(jié)束。 圖 1電梯門機運行速度曲線 以上簡要敘述了電梯門系統(tǒng)的組成和功能。在電梯門系統(tǒng)中，還有一個重要的 問題就是門保持時間的選擇。因為門的保持時間過長，會影響電梯的運行效率，而保持時間過短又不能保證乘客全部安全的進入轎廂。因此應(yīng)對門保持時間進行很好的選擇：在保證乘客全部安全進出電梯的情況下，盡可能的縮短電梯開關(guān)門時間。 機拖動系統(tǒng)方案設(shè)計 電梯門機拖動系統(tǒng)作為一個子系統(tǒng)，相對整個電梯系統(tǒng)來說，是不容忽視的。它是電梯系統(tǒng)中動作最頻繁，也是直接面對乘客的部分。因此在實際應(yīng)用中需要一個運行安全可靠、性能穩(wěn)定的電梯門機控制系統(tǒng)，其設(shè)計就顯得尤為重要。 一、各種門機拖動系統(tǒng)的比較 門機拖動系統(tǒng)從電流型式上 分為直流調(diào)速拖動和交流調(diào)速拖動兩大類，在交流調(diào)速拖動中，異步電動機門機調(diào)速拖動系統(tǒng)和同步電動機門機調(diào)速拖動系統(tǒng)已發(fā)展成為占有相當(dāng)比例的兩類調(diào)速拖動系統(tǒng)。目前有三大類門機拖動系統(tǒng)：直流電動機門機拖動系統(tǒng)、異步電動機t 4t 5t 6t 7紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 門機拖動系統(tǒng)、永磁同步門機拖動系統(tǒng)。 最老式的用傳統(tǒng)直流電動機調(diào)速的電梯門機一般由電動機配以繼電器、限位開關(guān)和電阻實現(xiàn)開關(guān)門的控制，由于控制簡單，調(diào)速性能好，變流裝置結(jié)構(gòu)簡單，長期以來在調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域里占統(tǒng)治地位。但是由于直流電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、故障多、維護困難且工作量大，經(jīng)常因火花大而影響生產(chǎn) ；機械換向器的換向能力限制了電動機的容量、電壓和速度 ;接觸式的電流傳輸又限制了直流電動機的使用場合；電樞在轉(zhuǎn)子上，電動機效率低，散熱條件差，冷卻費用高，這些固有的缺點限制了直流電動機向高轉(zhuǎn)速、高電壓、大容量方向發(fā)展。 在交流電網(wǎng)上，因異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠、壽命長、成本低，保養(yǎng)維護簡單等優(yōu)點，所以長期以來，在不要求調(diào)速的場合，異步電動機占有主導(dǎo)地位，例如風(fēng)機、水泵、普通機床的驅(qū)動中，人們廣泛使用交流異步電動機來拖動機械工作。但是，它調(diào)速性能差，起動轉(zhuǎn)矩小，過載能力和效率低，并且在這類拖動中，其旋 轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生需從電網(wǎng)吸取無功功率，故功率因數(shù)低，輕載時尤甚，這大大增加了線路和電網(wǎng)的損耗，無形中損失了大量電能。 當(dāng)前，電梯門機控制系統(tǒng)主要有由交流電機及其 速系統(tǒng)構(gòu)成的， 也有少數(shù)由直流電機及其調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的。這些系統(tǒng)均有其固有的缺陷。除整套系統(tǒng)的成本較高外，前者雖然體積小，壽命長，但控制較復(fù)雜，對控制系統(tǒng)中的處理器性能要求較高，而且如果為同步電機，在帶載情況下還易出現(xiàn)失步現(xiàn)象。而后者盡管控制簡單，但直流電機體積大，維護困難，壽命短，電刷結(jié)構(gòu)帶來電磁火花，易形成干擾。這些缺陷在電梯實際運行中就表現(xiàn)為電梯門開關(guān)不正常，維護工作量大等困擾操作人員的問題，進一步可造成嚴重經(jīng)濟損失甚至人身傷害。 相對而言，永磁同步電機結(jié)合了直流電機與交流同步電機的優(yōu)點，具有體積小，壽命長，控制簡單，調(diào)速精度高，且不會失步的特點。而且，從提高效率，節(jié)約能量方面看，永磁同步電機也有優(yōu)勢。據(jù)報道，美國 55%以上的電力是消耗在電動機運行上，因此提高電動機的效率很有意義。在所有類型電機中，永磁同步電動機的損耗最小、效率最高。有資料做過對比分析，對于 異步電機系統(tǒng)效率可達 但是同樣容量的永磁同步電動機效率可達 隨著電子技術(shù)的進步，電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件的價格不斷下降?？紤]綜合指標 (系統(tǒng)性能、重量、能量消耗等 )之后，永磁同步電機的應(yīng)用正處于上升趨勢，其主要的原因有： （ 1）高性能永磁材料的發(fā)展 1983 年問世的欽鐵硼永磁材料，由于其磁特性和物理特性優(yōu)異，成本低廉且材料來源有保證 (我國占有世界蘊藏量 8%以上的欽資源 )，所以在開發(fā)高磁場永磁材料 (特別是欽鐵硼永磁材料 )方面具有得天獨厚的有利條件，我國的欽鐵硼永磁材料特性水平已達到世界的先進水平，為永磁同步電機的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。 永磁材料的發(fā)展極大地 推動了永磁同步電動機的開發(fā)應(yīng)用。在同步電動機中用永磁體取代傳統(tǒng)的電勵磁磁極的好處是：簡化了結(jié)構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)子的滑環(huán)、電刷，實現(xiàn)了無刷結(jié)構(gòu)，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 縮小了轉(zhuǎn)子體積 :省去勵磁直流電源，消除了勵磁損耗和發(fā)熱。當(dāng)今中小功率的同步電動機絕大多數(shù)已采用永磁式結(jié)構(gòu)。 （ 2）新型電力電子技術(shù)器件和脈寬調(diào)制 (術(shù)應(yīng)用 電力電子技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)間重要的接口，是弱電與被控強電之間的橋梁。自1958 年世界上第一個功率半導(dǎo)體開關(guān)晶閘管發(fā)明以來，電力電子元件已經(jīng)歷了第一代半控式晶閘管，第二代有自關(guān)斷能力的半導(dǎo)體器件、第三代 復(fù)合場控器件直至 90 年代出現(xiàn)的第四代功率集成電路 導(dǎo)體開關(guān)器件性能不斷提高，容量迅速增大，成本大大降低，控制電路日趨完善，它極大地推動了各類電機的控制。 70 年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列產(chǎn)品，為交流電機的變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件。同時對同步電動機而言解決了起動問題。對最新的自同步永磁同步電動機，高性能電力半導(dǎo)體開關(guān)組成的逆變電路是其控制系統(tǒng)中必不可少的功率環(huán)節(jié)。 （ 3）電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展 集成電路和計算機技術(shù)是電子技術(shù)發(fā)展的代表，規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展完全改觀了現(xiàn)代永磁同步電動機的控制。隨著 電子技術(shù)的發(fā)展，各種集成化的數(shù)字信號處理器 (展很快，性能不斷改善，軟件和開發(fā)工具越來越多，數(shù)字式控制處理芯片的運算能力和可靠性得到了很大提高，出現(xiàn)了專門用于電機控制的高性能、低價位的 使以單片機為核心的全數(shù)字控制系統(tǒng)取代模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。計算機技術(shù)的應(yīng)用除了實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，便于故障監(jiān)視、診斷和保護等功能外，還可以用于計算機輔助分析和數(shù)字仿真。集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展對永磁同步電動機控制技術(shù)起到了重要的推動作用。它們的飛速發(fā)展促進了電機控制理論的發(fā)展與創(chuàng)新。 70 年代人們對交流電 機提出了矢量控制的概念。這種理論的主要思想是將交流電機電樞繞組的三相電流通過坐標變換分解成勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，從而將交流電動機模擬成直流電動，獲得與直流電動機一樣良好的動態(tài)調(diào)速特性。 目前，交流永磁同步電動機由于其體積小、重量輕；結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠；損耗小，效率高等一系列優(yōu)點，越來越引起人們重視。永磁電機幾乎遍及航空，國防，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和 日常生活的各個領(lǐng)域。如汽車工業(yè)，電機現(xiàn)以永磁電機為主 ;數(shù)控和精密機床也大量應(yīng)用永磁電機 ;信息產(chǎn)業(yè)中永磁電機的應(yīng)用面廣、類型多 ;家用電器中永磁電機取代異步電機的地方 也不少，如空調(diào)器己開始用永磁直流無刷電動機帶動空調(diào)壓縮機和通風(fēng)機，洗衣機用永磁直流無刷電動機帶動洗衣桶旋轉(zhuǎn)等。隨著高磁場永磁材料價格和電動機轉(zhuǎn)子制造價格降低，以及驅(qū)動系統(tǒng)的理論研究和實踐應(yīng)用的不斷完善與提高，永磁同步電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)將會得到進一步的發(fā)展及應(yīng)用。可以毫不夸張地說，永磁同步電動機己從小到大，從一般控制驅(qū)動到高精度的伺服驅(qū)動，從人們?nèi)粘Ｉ畹礁鞣N高精尖的科技領(lǐng)域作為最主要的驅(qū)動電機出現(xiàn)，而且前景會越來越明顯。 為便于比較，永磁同步電動機與其它電動機的綜合特性比較如下表 1 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 表 1三種伺服系統(tǒng)控制方案比較 伺服系統(tǒng) 直流伺服系統(tǒng) 永磁同步伺服系統(tǒng) 異步交流伺服系統(tǒng) 電機結(jié)構(gòu) 有電刷和換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 比較簡單 簡單 最大轉(zhuǎn)矩約束 整流火花，永磁體退磁 永磁體退磁 無特殊要求 發(fā)熱情況 轉(zhuǎn)子發(fā)熱，不利 只有定子線圈發(fā) 熱，有利 定轉(zhuǎn)子均發(fā)熱， 需要采取措施 高速化 稍有困難 比較容易 容易 大容量化 難 稍微困難 容易 制動 容易 容易 較容易 控制方法 簡單 稍復(fù)雜 復(fù)雜 磁通產(chǎn)生 永磁體 永磁體 二次感應(yīng)磁通 環(huán)境適應(yīng)性 受火花限制 好 好 維護性 較麻煩 無 需保護 無需保護 以上分析可以看出，在工業(yè)應(yīng)用及民用中，永磁同步電動機在快速性、可控性、可靠性、體積小、重量輕、節(jié)能、效率、耐受環(huán)境和經(jīng)濟性等方面具有明顯優(yōu)勢。但是隨著交流伺服在國內(nèi)的成熟發(fā)展，三相交流電機伺服控制器控制三相永磁伺服電機應(yīng)用于電梯開門機將是一大趨勢，它是繼 動技術(shù)后的、更新一代的驅(qū)動和控制技術(shù)。 正是在這一背景下，電梯技術(shù)的門控電機也逐漸向永磁無刷化方向發(fā)展。隨著我國國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，高層建筑如雨后春魚般涌現(xiàn)，對電梯的需求就越來越大以及對電梯系統(tǒng)的性能要求也越來越高。然而，據(jù)統(tǒng) 計，電梯故障的 75%出在轎門處，即電梯門控系統(tǒng)。 因此對電梯門控系統(tǒng)，具有相當(dāng)高的要求。開發(fā)硬件體積小、運行可靠、開關(guān)快速性、智能化更高、易維護的門機控制系統(tǒng)是勢在必行的，發(fā)展永磁同步電動機控制系統(tǒng)是一大趨勢，它不僅能實現(xiàn)了門機的全電動控制 (包括檢測門位移參數(shù)的閉環(huán)控制 )，而且開關(guān)門無碰撞、噪聲小，開關(guān)速度快；另外相對于數(shù)控機床方面伺服控制系統(tǒng)，伺服控制精度不要求那么高，成本也相對低很多；同時也采用了限位開關(guān)位置檢測和光幕傳感器，起到多重保護功能；最后買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 很容易實現(xiàn)門機堵轉(zhuǎn)力矩保護，實現(xiàn)多重保護措施，安全性和可 靠性相當(dāng)高。 二、永磁同步電動機的分類 根據(jù)永磁同步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式不同，可將其分為兩大類：一類是他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)；另一類是自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)。他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)中所用的變頻裝置是獨立的，其輸出頻率直接由速度給定信號決定，屬于速度開環(huán)控制系統(tǒng)。他控式變頻調(diào)速雖然能夠解決永磁同步電機的起動問題，但仍存在失步、振蕩等問題，因此永磁同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)一般采用自控式運行。 根據(jù)逆變器組成器件和工作方式的不同，可將自控式永磁同步電機作如下簡單分類：一類電機為晶閘管無換向器電機，又稱為負載換向同步電機調(diào) 速系統(tǒng)：另一類電機稱為自控式永磁同步電動機或者永磁無刷直流電動機。 根據(jù)電動機反電勢的波形形狀又可分為無刷直流電動機 (簡稱 速系統(tǒng)和三相永磁同步電動機 (簡稱 速系統(tǒng)兩種，它們的區(qū)別在于前者的感應(yīng)電動勢為梯形波，電流為方波，而后者的感應(yīng)電動勢和電流都為正弦波。盡管 調(diào)速系統(tǒng)位置傳感器簡單、成本較低、材料利用率高、控制簡單等優(yōu)點，但由于其原理上存在固有缺陷，使得轉(zhuǎn)矩脈動較大，鐵心附加損耗較大，因此只適用一般精度及性能要求低的場合 ;而 需要勵磁電流，逆變器供電的情況下，不 需要阻尼繞組，效率和功率因數(shù)都比較高，而且體積較之同容量的異步電機小，能克服 統(tǒng)的不足，常用于高精度、高性能的場合。 三、 服系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 縱觀 服系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，國內(nèi)外在圍繞提高 能及性價比目標從不同角度著手進行了大量的研究和實踐，并取得了一些令人可喜的成果；尤其是近年來圍繞提高其伺服控制器性能目標在系統(tǒng)控制策略上作了大膽的探索和研究，提出了一些新的思路，采用了一些具有智能性的先進控制策略并取得了一些具有實用性意義的成果。但是 身就是具有一定非線性、強禍合性及 時變性的“系統(tǒng)”，同時其伺服對象也存在較強的不確定性和非線性，加之系統(tǒng)運行時還受到不同程度的干擾，因此按常規(guī)控制策略很難滿足高性能服系統(tǒng)的控制要求 )a)。為此，結(jié)合控制理論新的發(fā)展，引進一些先進的“復(fù)合型控制策略”以改進 服系統(tǒng)控制性能。 隨著微電子學(xué)及計算機控制技術(shù)的發(fā)展，高速、高集成度、低成本的微處理器問世及商品化，使全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)成為可能。通過微機控制，可使電機的調(diào)速性能有很大的提高，使復(fù)雜的矢量控制得以實現(xiàn)，大大簡化硬件，降低成本，提高控制精度，還能具有保護、顯示、故障監(jiān) 視、自診斷、自調(diào)試及自復(fù)位等功能。另外，改變控制策略、修正控制參數(shù)和模型也簡單易行，這樣就大大提高了系統(tǒng)的柔性、可靠性及實用性。近幾年，在先進的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中已采用高速數(shù)字信號處理芯片 (稱 。目前，多家公司都推出了專門用于電機控制的 的指令執(zhí)行速度達到每秒數(shù)百兆以上，且具有適合于矩陣運算的指令，可實時產(chǎn)生平滑的參考信號，適應(yīng)不同的控制要求，完成系統(tǒng)速度環(huán)、電流環(huán)以及位置環(huán)的精密快速調(diào)節(jié)和復(fù)雜的矢量控制算法，并產(chǎn)生高分辨率的 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 輸出 ;集成的 電機控制所需的外設(shè)，如 A/D. 1/O、定時器、 生器、串口通訊等等，使得應(yīng)用 系統(tǒng)所需器件很少，可靠性增強，且可以滿足越來越小型化的要求 ;在極端環(huán)境溫度條件下，仍具有良好的穩(wěn)定性和線性性，可提供可預(yù)計的輸出特性。這些特性保證了用于電機控制的算法，如 制、矢量控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制等可以高速、高精度的完成。因此，采用高性能數(shù)字信號處理器的全數(shù)字交流永磁伺服系統(tǒng)是交流伺服系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一。 國外最新推出的高性能交流伺服系統(tǒng)幾乎全都實現(xiàn)了數(shù)字化，并且都采用了 16 位或 32位高速信號處理器芯片 ，有的還采用了運算速度更快的 片。國內(nèi)在這方面的研制工作也取得了長足的進步，目前己有全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)的系列產(chǎn)品問世。但我國的電機控制技術(shù)，與國外還有很大的差距，并且這種差距又有逐漸增大的趨勢。 四、 服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及意義 永磁同步（ 服驅(qū)動技術(shù)是一門包含著豐富內(nèi)容的綜合性技術(shù)，自世界上第一臺伺服控制系統(tǒng)出現(xiàn)以來，伺服驅(qū)動技術(shù)就一直不斷發(fā)展，尤其是各種現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生和廣泛的具體應(yīng)用，一方面為高性能伺服驅(qū)動系統(tǒng)的研制提供了理論依據(jù)，另一方面也使高性能伺服系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化、智能 化、微型化成為可能。高性能伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在： (1) 永磁同步電機的應(yīng)用越來越廣泛。永磁同步電機具有體積小、重量輕、功率密度大、效率高、轉(zhuǎn)子消耗小等一系列優(yōu)點，在醫(yī)療器械、儀器儀表、化工輕紡以及家用電器等方面正得到日益廣泛的應(yīng)用，并且成為新一代的航空，航天和航海用電機，加上我國又是永磁材料的生產(chǎn)大國。所以，在我國永磁電機的應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。 (2) 高性能控制策略廣泛應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)。傳統(tǒng)控制器的設(shè)計通常需要被控對象有非常精確的數(shù)學(xué)模型，而永磁電機是一個非線性多變量系統(tǒng)，難以精確的確定其 數(shù)學(xué)模型，按照近似模型得到的最優(yōu)控制在實際上往往不能保證最優(yōu)，受建模動態(tài)，非線性及其他一些不可預(yù)見參數(shù)變化的影響，有時甚至?xí)鹂刂破焚|(zhì)嚴重下降，魯棒性得不到保證，所以有必要研究一種新型的高性能的控制策略，來彌補這種缺陷和不足。隨著高性能的微處理器應(yīng)用于 服系統(tǒng)，在控制上由通常所采用的 制規(guī)律，開始轉(zhuǎn)向現(xiàn)代控制理論，如自適應(yīng)控制、人工智能、模糊控制、變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等新型控制系統(tǒng) ;而且采用高性能控制策略的控制系統(tǒng)具有很好自適應(yīng)能力和抗干擾能力，能夠在參數(shù)時變及干擾等惡劣的工況下保證系統(tǒng)良好的 動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。 (3) 伺服系統(tǒng)向著全數(shù)字化的方向發(fā)展。全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)就是將伺服電機的位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)控制和監(jiān)控通訊功能全部由軟件完成。交流伺服系統(tǒng)全數(shù)字化之后不僅使其控制系統(tǒng)的體積大大縮小，可靠性明顯提高，而且還便于一些自適應(yīng)控制等先進控制策略的實現(xiàn)，極大增強了 服系統(tǒng)設(shè)計與使用的柔性，可滿足高精度數(shù)控機床、機器人、特種加工裝備精細進給的需要，代表 服系統(tǒng)的發(fā)展水平和主導(dǎo)方向。 (4) 交流伺服系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的基于單片機的電機控制系統(tǒng)，需要買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 較多的外部硬件，運算速度 不高，難以實現(xiàn)一些較為復(fù)雜的控制算法，實時性很難得到保證，因而隨著對控制性能越來越高的要求和控制方法復(fù)雜度的提高已經(jīng)很難適應(yīng)實際的要求。制器由于其本身的特點成為永磁電機控制的必然選擇。 有超強的數(shù)據(jù)處理能力和很快的數(shù)據(jù)處理速度，由 實現(xiàn)控制算法，大大的簡化了硬件，降低了成本，提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠