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永磁傳動技術論文范文第1篇

關鍵詞：電動物流汽車；電機；現狀與趨勢

中圖分類號：F253.9 文獻標識碼：A

Abstract： With the development of China's express delivery business blowout， a rapid growth in the number of logistics vehicles. In the context of energy constraints， environmental pollution， our government put the development of electric vehicles as a logistics solution to energy and environmental problems and realize the sustainable development of one of the major initiatives， the auto production enterprises will also electric car logistics as an important strategic direction grab the commanding heights of the auto industry in the future， the key components of the motor for electric vehicle logistics is currently using more ac asynchronous motor， permanent magnet synchronous motor and switched reluctance motor， the motor has advantages and disadvantages of each. From the angle of technological development， permanent magnetic motor will be a development trend. At the same time， from the point of automotive electrical installation convenience， etc， will be electric logistics hub motor car driving mode of the ideal.

Key words： electric automobile logistics； the motor； current situation and trend

動物流汽車是新能源汽車中發展較快的一個類型。新能源汽車用的驅動電機要滿足頻繁啟/停、加減速，爬坡或低速時能提供較大轉矩，在高速行駛時提供小轉矩高轉速，而且變速范圍要寬。由于新能源汽車車載能源為動力電池，容量有限，為獲得最大的行駛里程，大多數車輛都采用了能量回饋技術，即在汽車制動時，通過控制器將車輪損耗的動能反饋到電池中，并使電機處于發電狀態，將發出的電輸送到電池中[1]。因此，電動汽車的驅動機不能單純的稱為電動機，而應稱為電機。

科技部要求新能源汽車技術研發將重點圍繞電機驅動與電力電子、動力電池與電池管理等6個技術方向展開?？己酥笜藶殡姍C控制器峰值功率密度≥17kW/L，最高效率≥98.5%，匹配電機額定功率20kW至60kW，功能安全滿足ISO26262標準ASCIL C級的要求，設計壽命達到15年或40萬公里；裝車應用≥10 000套[2]。

1 電動物流汽車對電機的要求

與工業生產機械、家用電器等的電機相比，電動物流汽車用驅動電機的工作比較特殊：

（1）電機工況復雜：電動汽車經常啟停、加減速、上下坡等，電機的輸出轉矩和功率變化頻繁。

（2）電機在沖擊、振動的環境下工作：電動汽車的顛簸和振動都會傳遞給電機，此外，電機還要承受汽車在緊急制動、急轉彎、急加速時的慣性力。

（3）車載電源能量有限：電動汽車的電源能源是有限的，當能量用盡時，需要停止運行，進行充電或添加燃料來恢復其消耗的能量。

（4）電機本身也是負載：電機及其控制器本身的質量也是車輛質量的一部分。

與工業用電機相比，針對電動物流汽車的驅動特點所設計的電機有著特殊的性能要求：

（1）電動物流汽車驅動電機要滿足頻繁的啟停、加減速、轉矩控制的動態性能要求較高，電機要有自動調速功能，能減輕使用者的操作強度，提高駕駛的舒適性，并且控制響應能達到與燃油車油門踏板同樣的要求。

（2）在允許范圍內盡量采用高電壓，可減小電機和逆變器及其它裝備的尺寸。

（3）為了減少整車的重量，通常取消多級變速器，這就要求在低速或爬坡時，電機可以提供較高的轉矩，通常來說要能夠承受4～5倍的過載。

（4）調速范圍要寬，還需要在整個調速范圍內保持較高的運行效率。

（5）電機設計時盡量設計為高額定轉速，同時盡量采用鋁合金外殼，各種控制器裝備的質量和冷卻系統的質量等也要求盡可能小，有利于減少電動汽車的重量。

（6）電動汽車應具有最優化的能量利用，具有制動能量回收功能，再生制動回收的能量一般要達到總能量的10%～20%。

（7）電機工作環境較差，要求電機要有很好的可靠性、耐高低溫和耐潮性好、噪聲低運行，同時還要保證電機的制造成本低。

（8）為保證安全，需要安裝高壓保護設備。

（9）結構要簡單以便于維修，價格還要低廉。

2 電動物流汽車常用電機類型

直流電機、交流異步電機、永磁同步電機和開關磁阻電機是電動物流汽車常用的動電機。直流電機應用最早，這種電機的特點是控制性能好、成本低，但其重量過大、效率低、電刷和滑環的存在增加維護成本，尤其是電刷的磨損會帶來安全隱患。

電動物流汽車對車用電機的要求不斷提出新的要求，隨著電控、機械制造和材料等技術的進步，交流異步電機、永磁同步電機和開關磁阻電機的性能將更為優越，是目前應用較為廣泛的電動物流汽車用電機。電動物流汽車常用電機的性能和優缺點比較及應用車型如表1、表2所示。

3 電動物流汽車用電機發展趨勢

3.1 永磁同步電機

由于永磁同步電機效率高、轉矩密度高、高效區寬、調速范圍寬、重量輕等優點，電機永磁化是未來電機的發展趨勢之一[4]。

3.2 輪轂電機

輪轂電機技術又稱為車輪內裝式電機技術，是一種將電機、傳動系統和制動系統融為一體的輪轂裝置技術。輪轂電機可采用永磁無刷、直流無刷、開關磁阻等電機類型。由于電機處于車輪輪轂內，受體積限制，要求電機為扁形結構，即電機短而粗。

輪轂電機具有：更方便的底盤布置，更靈活的供電系統，更好的汽車底盤主動控制性能，最優的驅動力分配等技術優點。

由于采用了電動輪驅動的形式，沒有了機械傳動系，使車廂的空間更大，底盤布置更靈活，底盤通用性增強。同時，汽車的電源供電系統無論是采用燃料電池、超級電容或者蓄電池，或者是它們的組合，都不受限制，原來的機械硬連接動力傳動形式也變為電纜進行供電的軟連接形式。

輪轂電機的控制響應快、精度高，并且每個驅動輪由各自的控制器控制，可以實現最理想的控制效果。輪轂電機也有比如密封和起步電流/扭矩間的平衡關系，以及轉向時驅動輪的差速問等題，但從電機驅動技術的特點和發展趨勢來看，輪轂電機將是電動物流汽車最理想的驅動方式。

4 結束語

2015年，我國快遞業務總量達到211億件，同比增長54%，相比去年提高8%。隨著整個快遞業務量的爆發，物流車輛的增長數量也得到了快速增長。在能源制約、環境污染等大背景下，我國政府把發展電動物流汽車作為解決能源及環境問題、實現可持續發展的重大舉措之一，各汽車生產企業也將電動物流汽車作為搶占未來汽車產業制高點的重要戰略方向[5]。在政府與企業的共同努力下，我國電動物流汽車近幾年展現出良好的發展勢頭。電機作為電動物流汽車上的關鍵零部件，其技術、產品品質等還要提升，行業標準還不完善，整個行業還處于起步階段，關鍵技術方面還落后于發達國家。因此，加快新一代電機等技術研發，已成為我國“十三五”規劃的重點突破方向。

參考文獻：

[1] 李登辰. 輪邊驅動電動汽車高速齒輪系統的設計與研究[D]. 青島：青島科技大學（碩士學位論文），2014.

[2] 劉重才. 電動物流車放量催生電機需求[N]. 上海證券報，2015-12-10（A06）.

[3] 陳藝端. 改進轉子結構互感耦合開關磁阻電機性能的研究[D]. 北京：北京交通大學（碩士學位論文），2014.

永磁傳動技術論文范文第2篇

論文摘要：交流電動機固有的優點是：結構簡單，造價低，堅固耐用，事故率低，容易維護；但它的最大缺點在于調速困難，簡單調速方案的性能指標不佳，這只能夠依靠交流調速理論的突破和調速裝置的完善來解決。本文論述了交流調速傳動的現狀和發展

交流傳動系統之所以發展得如此迅速，和一些關鍵性技術的突破性進展有關。它們是功率半導體器件（包括半控型和全控型）的制造技術、基于電力電子電路的電力變換技術、交流電動機控制技術以及微型計算機和大規模集成電路為基礎的全數字化控制技術。為了進一步提高交流傳動系統的性能，國內外有關研究工作正圍繞以下幾個方面展開：

1 采用新型功率半導體器件和脈寬調制（PWM）技術

功率半導體器件的不斷進步，尤其是新型可關斷器件，如BJT（雙極型晶體管）、MOSFET（金屬氧化硅場效應管）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的實用化，使得開關高頻化的PWM技術成為可能。目前功率半導體器件正向高壓、大功率、高頻化、集成化和智能化方向發展。典型的電力電子變頻裝置有電壓型交-直-交變頻器、電流型交-直-交變頻器和交-交變頻器三種。電流型交-直-交變頻器的中間直流環節采用大電感作儲能元件，無功功率將由大電感來緩沖，它的一個突出優點是當電動機處于制動（發電）狀態時，只需改變網側可控整流器的輸出電壓極性即可使回饋到直流側的再生電能方便地回饋到交流電網，構成的調速系統具有四象限運行能力，可用于頻繁加減速等對動態性能有要求的單機應用場合，在大容量風機、泵類節能調速中也有應用。電壓型交-直-交變頻器的中間直流環節采用大電容作儲能元件，無功功率將由大電容來緩沖。對于負載電動機而言，電壓型變頻器相當于一個交流電壓源，在不超過容量限度的情況下，可以驅動多臺電動機并聯運行。電壓型PWM變頻器在中小功率電力傳動系統中占有主導地位。但電壓型變頻器的缺點在于電動機處于制動（發電）狀態時，回饋到直流側的再生電能難以回饋給交流電網，要實現這部分能量的回饋，網側不能采用不可控的二極管整流器或一般的可控整流器，必須采用可逆變流器，如采用兩套可控整流器反并聯、采用PWM 控制方式的自換相變流器（“斬控式整流器”或 “PWM整流器”）。網側變流器采用PWM控制的變頻器稱為“雙PWM控制變頻器”，這種再生能量回饋式高性能變頻器具有直流輸出電壓連續可調，輸入電流（網側電流）波形基本為正弦，功率因數保持為1并且能量可以雙向流動的特點，代表一個新的技術發展動向，但成本問題限制了它的發展速度。通常的交-交變頻器都有輸入諧波電流大、輸入功率因數低的缺點，只能用于低速（低頻）大容量調速傳動。為此，矩陣式交-交變頻器應運而生。矩陣式交-交變頻器功率密度大，而且沒中間直流環節，省去了笨重而昂貴的儲能元件，為實現輸入功率因數為1、輸入電流為正弦和四象限運行開辟了新的途徑。

隨著電壓型PWM變頻器在高性能的交流傳動系統中應用日趨廣泛，PWM技術的研究越來越深入。PWM利用功率半導體器件的高頻開通和關斷，把直流電壓變成按一定寬度規律變化的電壓脈沖序列，以實現變頻、變壓并有效地控制和消除諧波。PWM技術可分為三大類：正弦PWM、優化PWM及隨機PWM。正弦PWM包括以電壓、電流和磁通的正弦為目標的各種PWM方案。正弦PWM一般隨著功率器件開關頻率的提高會得到很好的性能，因此在中小功率交流傳動系統中被廣泛采用。但對于大容量的電力變換裝置來說，太高的開關頻率會導致大的開關損耗，而且大功率器件如GTO的開關頻率目前還不能做得很高，在這種情況下，優化PWM技術正好符合裝置的需要。特定諧波消除法（Selected Harmonic Elimination PWM——SHE PWM）、效率最優PWM和轉矩脈動最小PWM都屬于優化PWM技術的范疇。普通PWM變頻器的輸出電流中往往含有較大的和功率器件開關頻率相關的諧波成分，諧波電流引起的脈動轉矩作用在電動機上，會使電動機定子產生振動而發出電磁噪聲，其強度和頻率范圍取決于脈動轉矩的大小和交變頻率。如果電磁噪聲處于人耳的敏感頻率范圍，將會使人的聽覺受到損害。一些幅度較大的中頻諧波電流還容易引起電動機的機械共振，導致系統的穩定性降低。為了解決以上問題，一種方法是提高功率器件的開關頻率，但這種方法會使得開關損耗增加；另一種方法就是隨機地改變功率器件的導通位置和開關頻率，使變頻器輸出電壓的諧波成分均勻地分布在較寬的頻帶范圍內，從而抑制某些幅值較大的諧波成分，以達到抑制電磁噪聲和機械共振的目的，這就是隨機PWM 技術。 轉貼于

2應用矢量控制技術、直接轉矩控制技術及現代控制理論

交流傳動系統中的交流電動機是一個多變量、非線性、強耦合、時變的被控對象，VVVF控制是從電動機穩態方程出發研究其控制特性，動態控制效果很不理想。20世紀70年代初提出用矢量變換的方法來研究交流電動機的動態控制過程，不但要控制各變量的幅值，同時還要控制其相位，以實現交流電動機磁通和轉矩的解耦，促使了高性能交流傳動系統逐步走向實用化。目前高動態性能的矢量控制變頻器已經成功地應用在軋機主傳動、電力機車牽引系統和數控機床中。此外，為了解決系統復雜性和控制精度之間的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接轉矩控制、電壓定向控制等。尤其隨著微處理器控制技術的發展，現代控制理論中的各種控制方法也得到應用，如二次型性能指標的最優控制和雙位模擬調節器控制可提高系統的動態性能，滑模（Sliding mode）變結構控制可增強系統的魯棒性，狀態觀測器和卡爾曼濾波器可以獲得無法實測的狀態信息，自適應控制則能全面地提高系統的性能。另外，智能控制技術如模糊控制、神經元網絡控制等也開始應用于交流調速傳動系統中，以提高控制的精度和魯棒性。

3廣泛應用微電子技術

隨著微電子技術的發展，數字式控制處理芯片的運算能力和可靠性得到很大提高，這使得全數字化控制系統取代以前的模擬器件控制系統成為可能。目前適于交流傳動系統的微處理器有單片機、數字信號處理器（Digital Signal Processor--DSP）、專用集成電路（Application Specific Integrated Circuit--ASIC）等。其中，高性能的計算機結構形式采用超高速緩沖儲存器、多總線結構、流水線結構和多處理器結構等。核心控制算法的實時完成、功率器件驅動信號的產生以及系統的監控、保護功能都可以通過微處理器實現，為交流傳動系統的控制提供很大的靈活性，且控制器的硬件電路標準化程度高，成本低，使得微處理器組成全數字化控制系統達到了較高的性能價格比。

永磁傳動技術論文范文第3篇

【關鍵詞】數控車床；維護保養

1.數控車床維護保養工作的基本條件

數控車床的身價從幾十萬元到上千萬元，一般都是企業中關鍵產品、關鍵工序的關鍵設備，一旦故障停機，其影響和損失往往很大。但是，人們對這樣的設備往往更多地是看重其效能，而不僅對合理地使用不夠重視，更對其保養及維修工作關注太少，日常忽視對保養與維修工作條件的創造和投入，故障出現臨時抱佛腳的現象很是普遍。因此，為了充分發揮數控車床的效益，我們一定要重視日常維護工作，創造出良好的維修條件。

1.1人員條件

數控車床電氣維修工作的快速性、優質性關鍵取決于電氣維修人員的素質條件。

首先要有高度的責任心和良好的職業道德；知識面要廣，要學習并基本掌握有關數控車床的各學科知識，如計算機技術、模擬與數字電路技術、自動控制與拖動理論、控制技術、加工工藝以及機械傳動技術，當然還包括基本數控知識；應經過良好的技術培訓，數控技術基礎理論的學習，尤其是針對具體數控車床的技術培訓，首先是參加相關的培訓班和車床安裝現場的實際培訓，然后向有經驗的操作、維修人員學習，而更重要且更長時間的是自學；勇于實踐，要積極投入數控車床的維修與操作的工作中去，在不斷的實踐中提高分析能力和動手能力；掌握科學的方法，要做好維修工作光有熱情是不夠的，還必須在長期的學習和實踐中總結提高，從中提煉出分析問題、解決問題的科學的方法；學習并掌握各種電氣維修中常用的儀器、儀表和工具。

1.2物質條件

準備好通用的和專用的數控車床電氣備件；常備電器元件應做到采購渠道快速暢通；必要的維修工具、儀器儀表等，最好配有筆記本電腦并裝有必要的維修軟件；要有完整的數控車床技術圖樣和資料；數控車床使用、維修技術資料檔案。

1.3關于預防性維護

預防性維護的目的是為了降低故障率，其工作內容主要包括下列幾方面的工作：

要分配專門的操作人員、工藝人員和維修人員，所有人員都要不斷地努力提高自己的業務技術水平；建檔針對每臺車床的具體性能和加工對象制定操作規章，建立工作與維修檔案，要經常檢查、總結、改進；建立日常維護保養計劃，保養內容包括坐標軸傳動系統的、磨損情況，主軸等，油、水、氣路，各項溫度控制，平衡系統，冷卻系統，傳動帶的松緊，繼電器、接觸器觸頭清潔，各插頭、接線端是否松動，電氣柜通風狀況等等，及各功能部件和元件的保養周期。

2.數控車床維護保養工作內容

數控車床具有集機、電、液為一體的自動化機床，經各部分的執行功能最后共同完成機械執行機構的移動、轉動、夾緊、松開、變速和換刀等各種動作，可見做好數控車床的日常維護保養將直接影響機床性能。數控車床日常維護主要包括機床本體、主軸部件、滾珠絲杠螺母副、導軌副、電氣控制系統、數控系統等維護。

2.1外觀保養

每天做好機床清掃衛生，清掃鐵屑，擦干凈導軌部位的冷卻液。下班時所有的加工面抹上機油，防止生銹；每天注意檢查導軌、機床防護罩是否齊全有效；每天檢查機床內外有無磕、碰、拉傷現象；定期清除各部件切屑、油垢，做到無死角，保持內外清潔，無銹蝕。

2.2主軸的維護

在數控車床中，主軸是最關鍵的部件，對機床的加工精度起著決定性作用。它的回轉精度影響到工件的加工精度，功率大小和回轉速度影響到加工效率。主軸部件機械結構的維護主要包括主軸支撐、傳動、等。

定期檢查主軸支撐軸承：軸承預緊力不夠，或預緊螺釘松動，游隙過大，會使主軸產生軸向竄動，應及時調整；軸承拉毛或損壞應及時更換；定期檢查主軸恒溫油箱，及時清洗過濾器，更換油等，保證主軸有良好的；定期檢查齒輪，若有嚴重損壞，或齒輪嚙合間隙過大，應及時更換齒輪和調整嚙合間隙；定期檢查主軸驅動皮帶，應及時調整皮帶松緊程度或更換皮帶。

2.3滾珠絲杠螺母副的維護

滾珠絲杠傳動由于其有傳動效率高、精度高、運動平穩、壽命長以及可預緊消隙等優點，因此在數控車床使用廣泛。其日常維護保養包括以下幾個方面：

定期檢查滾珠絲杠螺母副的軸向間隙：一般情況下可以用控制系統自動補償來消除間隙；當間隙過大，可以通過調整滾珠絲杠螺母副來保證，數控車床滾珠絲杠螺母副多數采用雙螺母結構，可以通過雙螺母預緊消除間隙；定期檢查絲杠防護罩：以防止塵埃和磨粒黏結在絲杠表面，影響絲杠使用壽命和精度，發現絲杠防護罩破損應及時維修和更換；定期檢查滾珠絲杠螺母副的：滾珠絲杠螺母副劑可以分為脂和油兩種。脂每半年更換一次，清洗絲杠上的舊脂，涂上新的脂；用油的滾軸絲杠螺母副，可在每次機床工作前加油一次。

2.4導軌副的維護

導軌副是數控車床的重要的執行部件，常見的有滑動導軌和滾動導軌。導軌副的維護一般是不定期，主要內容包括：

檢查各軸導軌上鑲條、壓緊滾輪，保證導軌面之間有合理間隙。根據機床說明書調整松緊狀態，間隙調整方法有壓板間隙調整間隙、鑲條調整間隙和壓板鑲條調整間隙等；注意導軌副的：導軌面上進行后，可以降低摩擦，減少磨損，并且可以防止導軌生銹。根據導軌狀況及時調整導軌油量，保證油壓力，保證導軌良好；經常檢查導軌防護罩：以防止切屑、磨?；蚶鋮s液散落在導軌面上引起的磨損、擦傷和銹蝕。發現防護罩破損應及時維修和更換。

2.5電氣控制系統的日常維護

數控車床電氣控制系統是機床的關鍵部分，主要包括伺服與檢測裝置、PLC、電源和電氣部件等，其日常維護包括以下幾個方面：

（1）定期檢查電氣部件，檢查各插頭、插座、電纜、各繼電器觸點是否出現接觸不良，短路故障；檢查各印制電路板是否干凈；檢查主電源變壓器、各電機絕緣電路是否在1MΩ以上。平時盡量少開電氣柜門，保持電氣柜內清潔。

（2）伺服電動機的維護。

應用于進給驅動的伺服電動機多采用交流永磁同步電動機，其特點是磁極是轉子，定子的電樞繞組與三相交流電樞繞組一樣，但它有三相逆變器供電，通過轉子位置檢測其產生的信號去控制定子繞組的開關器件，使其有序輪流導通，實現換流作用，從而使轉子連續不斷地旋轉。轉子位置檢測器與轉子同軸安裝，用于轉子的位置檢測，檢測裝置一般為霍爾開關或具有相位檢測的光電脈沖編碼器。

【參考文獻】

[1]李葉龍.數控機床與PLC的關系[J].赤峰學院學報（自然科學版），2009，（06）.

永磁傳動技術論文范文第4篇

摘要：為提高伺服系統中無刷直流電機的控制效果，設計了以DSP為核心的無刷直流電機控制系統方案。本控制系統的主要優勢在于利用數字信號處理器的高速實時運算處理功能，易于實現各種高效的控制算法，很好地解決了伺服系統中PWM信號的生成、電動機速度反饋和電流反饋等問題。并結合模糊控制算法進行了仿真研究，達到無刷直流電機的高精度伺服控制的目的。

關鍵詞：無刷直流電機；DSP；PWM控制；Simulink仿真

在伺服傳動系統中，無刷直流電動機(BLDCM)是一種新型的無級變速電動機，其結構簡單可靠、維護方便、運行效率高及慣量小和控制精度高等優點，廣泛應用于伺服控制精密數控機床、加工中心、機器人等領域[1]。隨著BLDCM應用領域的推廣，對系統的動靜態性能、魯棒性、控制精度等要求越來越高。

本文以三相四極無刷直流電動機為研究對象，結合PID控制和模糊控制各自的優勢，設計了一套基于TI 公司的C2000系列TMS320F2812 DSP為核心的全數字永磁無刷直流電動機的閉環調速系統，以期滿足BLDCM伺服控制系統的高精度、快速性、穩定性和魯棒性的要求。

1總體方案設計

系統設計采用三相四極無刷直流電動機PWM控制方案，逆變橋的通電方式采用兩兩導通方式。該系統主要由三相四極無刷直流電動機、控制器、電子開關電路和位置檢測器四部分組成[2]。其結構框圖如圖1所示。

功率驅動方式采用三相Y型全橋驅動電路，如圖2所示。本系統實現的關鍵就是通過位置環、速度環和電流環三閉環結構最終實現位置的伺服控制。從閉環結構上看，位置環在最外面，是本系統的主環，電流調節環和速度調節環在里面，兩者都是為位置環而服務，電流調節器和速度調節器采用PI調節器，位置調節器采用PID調節器，以TMS320F2812微控制器為控制核心，以功率MOSFET管構成逆變器。通過改變逆變器開關器件的PWM占空比來改變電機電樞端電壓，以實現電機轉速的調節[2-4]。

2硬件設計

圖3給出了基于TMS320F2812 DSP的無刷直流電機控制系統硬件結構框圖。

本系統主要由輔助電源、控制器及電路、電動機驅動電路、檢測電路和系統保護電路等幾部分組成。無刷直流電動機的調速原理為：TMS320F2812控制器通過捕獲單元捕捉無刷直流電動機轉子位置傳感器HALL1、HALL2、HALL3高速脈沖信號，檢測轉子轉動位置，并根據轉子的位置發出相應的指令改變PWM信號的當前值，進而改變直流電機驅動電路(三相橋式逆變電路IGBT)中功率管的導通順序，實現電機轉速和轉動方向的控制。

下面重點介紹系統中的轉子位置檢測電路、相電流檢測電路、驅動電路、系統保護電路等。

2.1轉子位置檢測電路

本設計方案中，位置檢測環節采用了3個位置間隔120°分布的霍爾傳感器，由霍爾器件所輸出的轉子位置脈沖信號送到功率變換電路后，經處理后送入DSP的CAP單元，DSP通過讀取霍爾元件的狀態值，來確定轉子的當前位置，再通過改變PWM的占空比改變MOSFET管的導通順序，改變 IGBT 的導通順序，實現電機的換相和電機轉速的調節[5]。

霍爾位置傳感器輸出的信號先由阻容濾波電路處理，然后再經過六路施密特觸發反相器SN74HC14N整形后送入DSP的CAP單元進行處理計算。由于霍爾位置傳感器輸出為5V電平信號，為了與DSP的3.3V電平相匹配，需要進行電平邏輯轉換，在此通過施密特觸發器輸出端串聯匹配電阻的方法來實現。三相霍爾位置檢測電路如圖4所示。

2.2相電流檢測電路

在對電路中電流信號進行檢測時，由于霍爾元件輸出的電流較小，故采用在直流側母線中串采樣小電阻的方法，先將電流信號轉化為電壓信號，然后再經過放大隔離處理后送入模數轉換器A/D。其中光耦隔離器件選擇的是6N137。電流檢測電路圖如圖5所示。

其中R22(0.05Ω/3W)為直流側母線端的采樣電阻，首先將電阻兩端的壓降信號經過阻容濾波電路濾波，然后經過運算放大器放大，以滿足TMS320F2812中A/D轉換單元的采樣范圍(0～3V) 的要求。電路中采用了單路高精度雙極性運算放大器OP07。圖中的二極管D6起穩壓保護作用，確保AD0的輸入電壓在0～3V的范圍內，另外，通過光藕合器6N137將干擾路徑切斷，減小噪聲的干擾。

2.3驅動電路

驅動電路采用IR公司生產的高性能三相橋式逆變器驅動芯片IR2136，它只用一路驅動電源便可同時輸出6路驅動信號，且IR2136擁有完善的保護功能，使整個電路更加簡單可靠。

由于IR2136芯片本身沒有邏輯信號與功率信號之間相互隔離功能，因此本設計中DSP產生的6路PWM脈沖信號經光耦隔離后才作為IR2136的6路脈沖輸入，進而控制MOSFET管的導通和關斷。通過輸出端口HO1、HO2、HO3分別控制三相逆變橋電路的上橋臂T1、T3、T5的導通和關斷，通過輸出端口LO1、LO2、LO3分別控制三相逆變橋電路的下橋臂T4、T6、T2的導通和關斷，從而實現控制電機轉速的正反轉。圖6為由IR2136構成的驅動電路。

2.4系統保護電路

在無刷直流電動機控制系統中，保護電路可以保護控制器DSP免受過壓、過流的影響，還可以保護電機的驅動電路免遭破環[6]。整個系統的保護電路由隔離電路和驅動保護兩部分組成。

(1)隔離電路的設計

光耦隔離電路的作用是避免主回路中的強電信號對控制回路中的弱電信號造成干擾，實現不同電壓之間的信號傳輸。如圖7所示(以一路PWM信號為例)，該隔離電路可實現對DSP的6路PWM輸出信號與IR2136之間光耦隔離，并實現驅動和電平轉換功能。

(2)功率驅動保護電路的設計

功率驅動保護電路包括自保護電路和過電流過電壓保護電路。為保證系統中功率轉換電路和電機驅動電路安全可靠工作，DSP還提供PDPINTA輸入信號，利用它可方便地實現系統的各種保護功能[6]。各路故障信號經過光耦隔離后送入到PDPINTA引腳，圖8給出具體保護電路。例如：當有過壓或過流現象時，IR2136的引腳FAULT會輸出制動信號，拉低PDPINTA引腳輸入電平，此時DSP 內部定時器停止計數，所有的PWM輸出引腳全部置為高阻態，同時也產生一個中斷信號，通知CPU有異常情況發生，這就是IR2136的硬件保護功能。

3系統與上位機的通訊

系統中用 SCI 接口完成與上位機的通訊功能，采用RS-232接口實現通信。通過上位機可以給定位置量，同時控制過程中電機的速度、電流、位置反饋量等參數，也可以實時地發送給上位機顯示；SPI接口完成串行驅動數碼管顯示的功能。通過數字 I/O 擴展的鍵盤設定位置給定量，并由數碼管顯示。

4系統仿真

本文對速度環采用增量式PID控制和參數自整定模糊PID控制兩種控制算法，利用北京雅合全公司生產的型號為45ZWN24-25的三相四極無刷直流電動機，對實驗結果進行分析。圖9、圖10分別對應兩種算法在電機啟動時的轉速響應曲線。

分析電機啟動時轉速啟動曲線可知，兩種控制算法都有一定的超調。增量式PID控制算法電機啟動達到穩態的時間大約為2.8s，超調量為8.27%；而參數自整定模糊PID控制算法電機啟動達到穩態的時間大約為2.2s，超調量為4.58%，可見，采用參數自整定模糊PID控制算法之后，有效地降低了超調量，縮短了電機啟動的時間，提高了電機的控制精度。

5結束語

本文設計了以TMS320F2812為核心的數字直流伺服系統，很好地解決了高精度伺服控制系統中PWM信號的生成、電機速度反饋及電機電流反饋問題，并實現了保護功能，使系統硬件得到了極大地簡化，提高了系統的可靠性。并結合參數自整定模糊PID控制算法實現了電機的高精度伺服控制，實驗結果驗證了該方法的有效性。

參考文獻

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作者簡介

永磁傳動技術論文范文第5篇

論文關鍵詞：電氣工程技術；電氣學科；發展史

一、電氣工程技術的發展史

電氣工程（Electrical Engineering）是現代科技領域核心學科之一，傳統的電氣工程定義為用于創造產生電氣與電子系統的有關學科的總和。21世紀的電氣工程概念已經遠遠超出這一范疇，如今電氣工程涵蓋了幾乎所有與電子、光子有關的工程行為。電氣工程的發展程度直接體現了國家的科技進步水平，因此，電氣工程的教育和科研在發達國家大學中始終占據重要地位。

1.電磁學理論的建立及通訊技術的發展

大自然中的雷電使人類對電有了最早、最樸素的認識，天然磁石吸鐵是人類對磁現象的最早觀察，然而，人類對電磁現象的研究始于16世紀的英國，1663年德國科學家蓋利克發明了摩擦起電的儀器，1729年英國科學家發現電荷可以通過金屬傳導等等，這是人類對電的早期實驗，之后又出現了一系列具有里程碑意義的發現與發明。

（1）庫侖定律。1785年法國物理學家庫侖通過扭秤測量靜電力和磁力總結出：兩個電荷之間的作用力與它們間距離的平方成反比，與它們所帶電荷量的乘積成正比，這就是著名的庫侖定律。這一發現的歷史意義在于它標志著人類對電磁現象的研究從定性階段進入了定量階段。

（2）“伏打電池”。1799年意大利物理學家伏特經過反復實驗發現把任何潮濕物體放到兩個不同金屬之間都會產生電流，一年后伏特發明了世界上第一個電池，自此人類對電的研究由靜電擴大到了動電，開辟了電學研究的新領域。

（3）奧斯特發現電流的磁效應和安培右手定則。1820年奧斯特偶然發現通電鉑絲周圍的小磁針發生輕微晃動，之后他經過反復實驗證實了這一發現。其后安培進行了更深入的研究，提出了右手定則，發現了電流方向與磁針轉動方向之間的關系。安培還通過實驗發現了兩個通電導體和兩個通電線圈之間相互作用的規律，從而奠定了電動力學的基礎。

（4）法拉第發現電磁感應。英國科學家法拉第是第一個成功完成磁生電實驗的人，并歸納出產生感應電流的五種情況：一是變化著的電流；二是變化著的磁場；三是運動的穩定電流；四是運動的磁場；五是在磁場中運動的電線。法拉第把這一現象叫做“電磁感應”。電磁感應的發現使生產電成為可能，至今，發電機、電動機、變壓器都是運用電磁感應原理工作的。

（5）麥克斯韋建立電磁場理論。英國數學家、物理學家麥克斯韋總結了前人的一系列成果，用數學方程式表示電磁場，建立了完整的電磁理論體系，揭示了光、電、磁本質上的統一，并預言了電磁波的存在。1873年他出版的電磁場理論經典著作《電磁學通論》是里程碑式的自然科學理論巨著。

任何科學發明與發現都是許許多多的科學家不懈努力的成果，德國物理學家歐姆、高斯、赫茲，美國物理學家亨利，俄國物理學家楞次等等都為電磁理論的形成作出過貢獻，本文不在一一類舉。

電磁理論的建立為無線電通信揭示的發展奠定了基礎，19世紀通信技術取得了突破性成果，先后發明了有線電報、有線電話和無線通信。

2.電工技術的初期發展

人類社會發展歷程中經歷了三次工業革命，對人類的進步起到了巨大的作用。第一次工業革命從18世紀中葉到19世紀中葉，以瓦特發明的蒸汽機為標志，以機械化為特征，中心在英國；第二次工業革命從19世紀后半期到20世紀中葉，以工業生產電氣化為主要標志，其成果是電力、鋼鐵、化工“三大技術”與汽車、飛機和無線電通信“三大文明”，其中心在美國和德國；第三次工業革命從20世紀中葉到21世紀初，以社會生產、生活信息化為特點，又叫新技術革命。第二次工業革命就是從電工技術初創和應用開始的。

（1）直流發電機的誕生。1831年英國企業家研制出了史上第一臺發電機——蒸汽動力永磁發電機；1832年法國科學家匹克斯發明了世界上第一臺直流發動機；1866年西門子發明了自激式勵磁直流發電機；1870年格拉姆發明了實用自激直流發電機，結構可靠，電流穩定，輸出功率大，被各國廣泛采用作為照明燈電源。

（2）遠距離輸電和電力工業技術體系的初步建立。1875年法國巴黎火車站建成世界上最早的一座火力發電廠。愛迪生不僅發明了燈泡，他還在1882年建立了美國第一家直流發電廠，裝有6臺直流發電機，通過電纜輸送照明用電，不過當時的最大輸送距離只有1.6km。之后愛迪生還建立了一座水電站，形成了電力工業體系的雛形。

（3）交流發電機電荷電動機的誕生。1876～1878年俄國人亞布洛切科夫成功試驗了單相交流輸電技術。1885年，英國工程師菲爾安基設計的第一座交流單相發電站建成。同年，美國人威斯汀豪率領的團隊完成了交流發電、供電系統，并創建了交流配電網。1883年，美籍電氣工程師特斯拉發明了世界上第一臺感應電動機，5年后他又發明了兩相異步電動機和交流電傳輸系統。1888年，俄國工程師德布羅夫斯基和德爾伏發明了三相交流制。1891年，德國安裝了世界上第一臺三相交流發電機，并建成了第一條三相交流輸電線路。自此，三相異步電動機得到了廣泛應用，電能逐步取代了蒸汽成為動力源，電力工業得到了迅速發展。

3.電工理論的建立

（1）電路理論的建立。關于電路的早期研究有：1778年伏特提出了電容的概念，給出了導體上儲存電荷的計算方法Q=CU；1826年歐姆發表了歐姆定律；1831年法拉第提出了電磁感應定律；1832年亨利提出了磁通量計算公式。

1845年德國物理學家基爾霍夫提出了關于任意電路中電流、電壓關系的基本定律：電流定律（任意時刻電路中任何一個節點的各條支路電流的代數和為零）；電壓定律（任何時刻電路中任意一個閉合回路的各元件電壓的代數和為零）。這兩個定律發展了歐姆定律，奠定了電路系統分析的基礎。

1853年英國物理學家湯姆遜推導出了電路震蕩方程，并得出了萊頓瓶發電過程中電流在反復震蕩且不斷衰減的結論，并計算出震蕩頻率與R、L、C參數之間的關系，奠定了動態電路分析的基礎。1855年，湯姆遜還建立了長距離電纜的等效電路模型。

1893年美籍電氣學家施泰因梅茨提出了計算交流電路的方法——“相量法”，其實用、易懂，至今在分析正弦交流電路時依然沿用此法。

其間，赫爾姆霍茲提出的等效發電機原理、基爾霍夫建立的長距離架空線路參數電路模型、亥維賽德找出的求解電路暫態過程運算法、傅立葉用數學方法建立的熱傳導定律等等都對電工理論的豐富和完善起到了重要作用。

（2）電網絡理論的建立。通信技術的興起推動了電網絡理論的發展。1924年，福斯特給出了電感和電容二端網絡的電抗定理，建立了由給定頻率特性設計電路的電網絡理論。

1945年美國科學家伯德總結出了分析線性電路和控制系統的頻域分析方法。1953年梅森創建了采用信號流圖分析復雜回饋系統的方法，并被廣泛應用。20世界50年代美國科學家達默制成了第一批集成電路，從此電路理論中增加了對含源器件的電路分析和綜合。20世紀70年代在L.O.Chua等科學家的努力下，器件建模理論逐漸日趨完善。20世紀中期計算機的出現使電網絡的計算機輔助分析和設計成為電路理論研究中的基本手段。

4.新技術革命對電氣工程技術的推動

20世紀中葉開始的第三次技術革命又稱為新技術革命，以核能、宇航和電子計算機這三大技術為主要標志。這個時期的主要理論是信息論、系統論和控制論，這三大理論的創立為通信工程技術和現代科學技術的研究提供了全新的科學方法。

（1）計算機的升級換代對電氣工程技術的推動。自19世紀第一臺計算機問世以來，經過幾十年的發展，計算機給人類社會帶來了翻天覆地的變化，人類社會從此走進了信息時代。1952年出世的第一代計算機使用的是真空電子管，不僅體積巨大，而且耗電量驚人。1959年～1963年生產的第二代計算機用晶體管替代了真空電子管，大大提高了運算速度，減少了耗電量，減小了體積，運用在了軍事和科研領域。1964年～1970年生產的第三代計算機用集成電路替代了晶體管，不僅極大地提高了運算速度而且降低了成本，計算機開始進入到了普及階段。1971年至今生產的第四代計算機使用了超大規模集成電路，實現了計算機網絡化，計算機普及到了個人。計算機的升級換代推動了控制技術的發展，形成了計算機管理生產系統，提高了生產效率和產品質量。

（2）電子信息技術的發展。電子信息技術是計算機技術和電信技術相結合而形成的技術手段。20世紀通信技術得到了迅猛發展，人類社會生活也由此發生了巨大變革，人類從此進入信息時代。

1920年人們發現電離層對無線電短波有反射作用。1935年人們發現了雷達并廣泛應用于軍事和民用通信領域。1964年美國發射了第一顆地球同步靜止軌道通信衛星，突破了大氣層對無線電波的屏蔽，實現了宇宙范圍的無線電通信。20世紀70年代計算機網絡系統的建立使人們開始通過互聯網獲取信息。20世紀80年代以后尋呼機和移動電話逐步得到廣泛使用，現今信息服務業已成為世界上發展最快的新興行業之一。

電氣工程技術發展史再次印證了這樣兩個真理：一是任何理論的創立和技術的進步都要靠眾多科學家甚至一代代人的不懈努力而實現，特別是在學科相互融合交叉的今天。二是科學技術的每一次重大突破都會導致生產力的跨越式發展和人類社會的巨大進步，科技是第一生產力，創新是社會發展的推動力。

二、電氣學科的形成與發展

按我國高等教育學科劃分，電氣信息學科類屬工學門類（門類編號08），其下設五個一級學科：電氣工程（一級學科編號0808）、電子科學與技術（0809）、信息與通信工程（0810）、控制科學與工程（0811）和計算機科學與技術（0812）。這五個學科有著相同的學科基礎，都是研究電磁現象及其應用的基礎學科與技術工程的綜合，電能的突出優點在于：它既是易于傳輸的工業動力，又是非?？煽康男畔⑤d體。電子科學與技術、信息與通信工程和計算機科學與技術都是從電類專業派生出來的弱電學科，在19世紀末電工科學技術已形成了電力與電信兩大分支。

我國電氣工程一級學科下設五個二級學科：電機與電器（二級學科編號080801）、電力系統及其自動化（080802）、高電壓與絕緣技術（080803）、電力電子與電力傳動（080804）、電工理論與新技術（080805），電氣工程包含的專業基礎理論有電路原理、模擬電子、數字電子、微機原理與接口技術、單片機原理、自動控制原理、電磁理論、MATLAB仿真等。專業理論有電力系統及其暫態分析、電力電子、電機學、高電壓與絕緣、電力拖動、輸配電、工廠企業供電、電力市場等。

19世紀末歐美大學先后設立了電氣工程（Electrical Engineering）專業，100多年來，其名稱雖然沒變，但內涵已隨著科技的飛速發展有了非常大的變化。過去歐美的電氣工程專業是以電力工程為主，現在電子技術和計算機已成為該專業的核心，美國一些著名高校甚至已不開設電力工程研究方向。有些大學把計算機技術從電氣工程系分離了出去，單獨成立了計算機科學系。

我國的電氣工程始于1908年上海南洋公學的電機電工學科，就是上海交大的前身，距今也有100多年的歷史了。1917年該校的電機?？圃O立了電訊門，即我國最早的無線電專業，如今的電子信息及計算機專業群都是由此發展演化而來的。1932年，清華大學設置了電機系。建國后，我國建立了一大批以工科為主的多科性大學，其中大多設立了電機工程系。1977年以后，大部分高校的“電機工程系”陸續更名為“電氣工程系”，近幾年來，部分高校又把“電氣工程系”發展成為“電氣工程學院”。我國的電氣工程雖然與國外名稱相同，但內涵有很大區別，我國大學一般都是強弱電分開，即電氣類與電信類分設在不同的學院。

100多年以來，電氣工程學科已發展成為覆蓋多門類交叉學科、應用領域廣闊的完善的學科，形成了強弱電結合、軟硬件結合、機電結合的學科特點。

國外發達國家電氣工程學科的發展呈現以下趨勢：

（1）在學科中融入大量信息技術知識。在全球信息化的當今，信息技術以指數速度進步，它曾對電氣工程學科的發展起到了巨大的推動作用，還將為電氣工程領域的技術創新提供工具與技術支持，對電氣學科的發展產生了決定性作用。國外發達國家的著名大學（如耶魯大學、麻省理工學院等）大都把電氣工程、通信工程、計算機工程放在同一學院，以利于在電氣工程學科中融入大量的信息技術知識。

（2）與其他學科不斷交叉融合，拓展了研究領域，大量的研究都是在跨學科領域開展的。

（3）與企業聯系密切，科技成果轉換能力強，引領產業技術更新。

三、電氣技術的發展趨勢

與電氣工程學科相關的產業主要有電力工業、電氣裝備制造業以及幾乎所有使用電力的行業，電氣技術的發展與應用也主要集中在這些行業。

1.可再生能源技術

1995年全球可再生能源僅占一次能源的18%，預測到2050年可再生能源要占一次能源的22%，21世紀，光伏技術、風電技術、生物質發電技術等得到了快速發展。下面著重介紹人類的未來能源——氫能?？茖W家們一直致力于研究把氫能作為人類未來的能源，氫能有其他能源無與倫比的優勢：

（1）清潔。其反應后的生成物為水和氮化氫，對環境沒有污染。

（2）儲量豐富。地球上的海水所含的氫用來發電就夠人類用數億年。

（3）熱值高。單位重量的發熱量叫熱值，氫的熱值是汽油的3倍，煤炭的4倍?，F在世界上很多國家正在斥巨資研究這一能源，但目前還處在實驗室階段，距工業應用還有一段距離。

2.輸電信技術

超導技術在電氣工程中的廣泛應用已成為發展趨勢。

（1）超導儲能系統。將電能轉換為電磁能，利用超導線圈儲存起來。超導儲能系統是除電池儲能系統之外的又一儲能系統，其使用將提高電網的安全性。

（2）超導故障限流器。利用超導體超導與正常狀態的轉變特性，快速限制電力系統故障短路電流，保障電網安全。

（3）超導大容量電纜?？纱蟠蠼档洼旊娺^程中的電耗，提高能源效率。

靈活交流輸電技術（FACTS）。用大功率電子器實現對電力系統電壓、參數、功率、相位角等的實時調節控制，以實現電力系統的安全穩定性和輸電過程中的能耗。