伺服交流电机论文（精选11篇）
伺服交流电机论文 第1篇
关键词：步进电机,伺服电机,工作原理
随着我国经济迅猛发展, 中国逐渐成为世界的加工中心。随着步进电机和伺服电机的出现, 大大提升了控制回路的精度。步进电机它的旋转是以固定的角度 (称为“步距角”) 一步一步运行的, 其特点是没有积累误差, 所以广泛应用于各种开环控制。伺服电机是把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出, 其主要特点是, 当信号电压为零时无自转现象, 转速随着转矩的增加而匀速下降。
1 步进电机和伺服电机的工作原理
1.1 步进电机的工作原理
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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。
1.2 伺服电机的工作原理
伺服电机内部的转子是永磁铁, 驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场, 转子在此磁场的作用下转动, 同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器, 驱动器根据反馈值与目标值进行比较, 调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度 (线数) 。
2 步进电机和伺服电机的区别
2.1 控制的方式不同
步进电机是通过控制脉冲的个数控制转动角度的, 一个脉冲对应一个步距角。伺服电机是通过控制脉冲时间的长短控制转动角度的。
2.2 所需的工作设备和工作流程不同
步进电机所需的供电电源 (所需电压由驱动器参数给出) , 一个脉冲发生器 (现在多半是用板块) , 一个步进电机, 一个驱动器 (驱动器设定步距角角度, 如设定步距角为0.45°, 这时, 给一个脉冲, 电机走0.45°) ;其工作流程为步进电机工作一般需要两个脉冲:信号脉冲和方向脉冲。伺服电机所需的供电电源是一个开关 (继电器开关或继电器板卡) , 一个伺服电机;其工作流程就是一个电源连接开关, 再连接伺服电机。
2.3 低频特性不同
步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关, 一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时, 一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象, 比如在电机上加阻尼器, 或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳, 即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能, 可涵盖机械的刚性不足, 并且系统内部具有频率解析机能 (FFT) , 可检测出机械的共振点, 便于系统调整。
2.4 矩频特性不同
步进电机的输出力矩随转速升高而下降, 且在较高转速时会急剧下降, 所以其最高工作转速一般在300~600r/m in。交流伺服电机为恒力矩输出, 即在其额定转速 (一般为2000或3000 r/m in) 以内, 都能输出额定转矩, 在额定转速以上为恒功率输出。
2.5 过载能力不同
步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例, 它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的3倍, 可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力, 在选型时为了克服这种惯性力矩, 往往需要选取较大转矩的电机, 而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩, 便出现了力矩浪费的现象。
2.6 速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速 (一般为每分钟几百转) 需要200~400ms。交流伺服系统的加速性能较好, 以松下MSMA400W交流伺服电机为例, 从静止加速到其额定转速3000 r/min。仅需几ms, 可用于要求快速启停的控制场合。
3 步进电机和伺服电机在造型时的比较
3.1 步进电机在造型时的要点
3.1.1 选择保持转矩
保持转矩也叫静力矩, 是指步进电机通电但没有转动时, 定子锁住转子的力矩。由于步进电机低速运转时的力矩接近保持转矩, 而步进电机的力矩随着速度的增大而快速衰减, 输出功率也随速度的增大而变化, 所以说保持转矩是衡量步进电机负载能力最重要的参数之一。
3.1.2 选择相数
两相步进电机成本低, 步距角最少1.8度, 低速时的震动较大, 高速时力矩下降快, 适用于高速且对精度和平稳性要求不高的场合;三相步进电机步距角最少1.5度, 振动比两相步进电机小, 低速性能好于两相步进电机, 最高速度比两相步进电机高百分之30至50, 适用于高速且对精度和平稳性要求较高的场合;5相步进电机步距角更小, 低速性能好于3相步进电机, 但成本偏高, 适用于中低速段且对精度和平稳性要求较高的场合。
3.1.3 选择电机
应遵循先选电机后选驱动器原则, 先明确负载特性, 再通过比较不同型号步进电机的静力矩和矩频曲线, 找到与负载特性最匹配的步进电机;精度要求高时, 应采用机械减速装置, 以使电机工作在效率最高、噪音最低的状态;避免使电机工作在振动区, 如若必须则通过改变电压、电流或增加阻尼的方法解决;电源电压方面, 建议57电机采用直流24V-36V、86电机采用直流46V、110电机采用高于直流80V;大转动惯量负载应选择机座号较大的电机;大惯量负载、工作转速较高时, 电机而应采用逐渐升频提速, 以防止电机失步、减少噪音、提高停转时的定位精度;鉴于步进电机力矩一般在40Nm以下, 超出此力矩范围, 且运转速度大于1000RPM时, 即应考虑选择伺服电机。
3.1.4 选择驱动器和细分数
最好不选择整步状态, 因为整步状态时振动较大;尽量选择小电流、大电感、低电压的驱动器;配用大于工作电流的驱动器、在需要低振动或高精度时配用细分型驱动器、对于大转矩电机配用高电压型驱动器, 以获得良好的高速性能;在电机实际使用转速通常较高且对精度和平稳性要求不高的场合, 不必选择高细分数驱动器, 以便节约成本;在电机实际使用转速通常很低的条件下, 应选用较大细分数, 以确保运转平滑, 减少振动和噪音;总之, 在选择细分数时, 应综合考虑电机的实际运转速度、负载力矩范围、减速器设置情况、精度要求、振动和噪音要求等。
3.2 伺服电机在造型时的要点
3.2.1 负载/电机惯量比
正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能前提, 此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出, 伺服系统参数的高速跟惯量比有很大关系, 若负载电机惯量比过大, 伺服参数调整越趋边缘化, 也越难高速, 振动抑制能力也越差, 所以控制易变得不稳定;在没有自适应调整的情况下, 伺服系统的默认参数在1~3倍负载电机惯量比下, 系统会达到最佳工作状态, 这样, 就有了负载电机惯量比的问题, 也就是我们一般所说的惯量匹配, 如果电机惯量和负载惯量不匹配, 就会出现电机惯量和负载惯量之间动量传递时发生较大的冲击。
3.2.2 选择转速
电机选择首先应依据机械系统的快速行程速度来计算, 快速行程的电机转速应严格控制在电机的额定转速之内, 并应在接近电机的额定转速的范围使用, 以有效利用伺服电机的功率;额定转速、最大转速、允许瞬间转速之间的关系为:允许瞬间转速>最大转速>额定转速。伺服电机工作在最低转速和额定转速之间时为恒转矩调速, 工作在额定转速和最大转速之间时为恒功率调速;在运行过程中, 恒转矩范围内在转矩是负载的转矩决定;恒功率范围内的功率是负载的功率决定;恒功率调速是指电机低速时输出转矩大, 高速时输出转矩小, 即输出功率是恒定的;恒转矩调速是指电机高速、低速输出转矩一样大, 即高速时输出功率大, 低速时输出功率小。
3.2.3 选择转矩
伺服电机的额定转矩必须满足实际需要, 但是不需要留有过多的余量, 因为一般情况下, 其最大转矩为额定转矩的3倍。需要注意的是, 连续工作的负载转矩≤伺服电机的额定转矩, 机械系统所需要的最大转矩<伺服电机输出的最大转矩。在进行机械方面的校核时, 可能还要考虑负载的机械特性类型, 负载的机械特性类型一般有:恒转矩负载、恒功率负载、二次方律负载、直线负载、混合负载。
3.2.4 短时间特性 (加减速转矩)
伺服电机除连续区域外, 还有短时间内的运转特性如电机加减速, 用最大转矩表示;即使容量相同, 最大转矩也会因各电机而有所不同。最大转矩影响驱动电机的加速时间常数, 使用公式估算线性加速时间常数, 根据该公式确定所需的电机最大转矩, 选定电机容量。
3.2.5 连续特性 (连续实效负载转矩)
对要求频繁起动、制动的数控机床, 为避免电机过热, 必须检查它在一个周期内电机转矩的圴方根值, 并使它小于电机连续额定转矩, 其具体计算可参考其它文献。在选择的过程中依次计算此五要素来确定电机型号, 如果其中一个条件不满足则应采取适当的措施, 如变更电机系列或提高电机容量等。
4 步进电机和伺服电机的应用
步进电动机及其驱动器构成伺服驱动单元, 它与微型计算机可构成开环点位控制、连续轨迹控制甚至半闭环控制等。经济型数控机床以微型计算机为控制核心, ISO数控标准代码编程, 用软件实现数控装置全部功能, 采用大功率步进电动机直接驱动机床工作台, 组成了全数字化开环数控装置。伺服电机广泛应用于对精度有较高要求的机械设备, 如印刷设备、机床和CNC数控设备、装配线和材料夹持自动生产、印刷设备、打浆成纸及网面处理和自动机载系统包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求相对较高的设备。
5 结束语
伺服电机项目策划方案例文参考 第2篇
策划方案
MACRO 泓域咨询
报告说明
近20 年来我国一直是全球汽车行业增幅最大的市场。自 2000 年以来乘用车和轻型商用车在我国市场的销量大约增长了 10 倍，达到每年 2,000 万辆以上，年均复合增长率达到了 20%左右。根据中国汽车工业协会数据显示，2016 年我国汽车产量 2,811.9 万辆，销量 2,802.8万辆，我国汽车产销约为全球总产销量的 30%，已连续七年稳居全球汽车产销量首位。
本期项目总投资包括建设投资、建设期利息和流动资金。根据谨慎财务估算，项目总投资 43587.45 万元，其中：建设投资 36847.75万元，占项目总投资的 84.54%；建设期利息 480.20 万元，占项目总投资的 1.10%；流动资金 6259.50 万元，占项目总投资的 14.36%。
根据谨慎财务测算，项目正常运营每年营业收入 78700.00 万元，综合总成本费用 64027.18 万元，净利润 8855.10 万元，财务内部收益率 20.94%，财务净现值 1636.68 万元，全部投资回收期 5.52 年。本期项目具有较强的财务盈利能力，其财务净现值良好，投资回收期合理。
本期项目技术上可行、经济上合理，投资方向正确，资本结构合理，技术方案设计优良。本期项目的投资建设和实施无论是经济效益、社会效益等方面都是积极可行的。
实现“十三五”时期的发展目标，必须全面贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享、转型、率先、特色”的发展理念。机遇千载难逢，任务依然艰巨。只要全市上下精诚团结、拼搏实干、开拓创新、奋力进取，就一定能够把握住机遇乘势而上，就一定能够加快实现全面提档进位、率先绿色崛起。
报告的主要任务是对预先设计的方案进行论证，是投资决策前的活动，它是在事件没有发生之前的研究，是对事物未来发展的情况、可能遇到的问题和结果的估计，具有预测性。因此，必须进行深入地调查研究，充分地占有资料，运用切合实际的预测方法，科学地预测未来前景；做到运用系统的分析方法，围绕影响项目的各种因素进行全面、系统的分析，既要作宏观的分析，又要作微观的分析。
本报告为模板参考范文，不作为投资建议，仅供参考。报告产业背景、市场分析、技术方案、风险评估等内容基于公开信息；项目建设方案、投资估算、经济效益分析等内容基于行业研究模型。本报告可用于学习交流或模板参考应用。
目录
第一章
项目总论说明
第二章
项目建设背景及必要性分析
第三章
市场分析
第四章
建设规模与产品方案
第五章
选址分析
第六章
建筑工程方案
第七章
原辅材料及成品分析
第八章
工艺技术方案分析
第九章
环境保护分析
第十章
安全生产
第十一章
节能分析
第十二章
组织机构管理
第十三章
项目规划进度
第十四章
投资估算
第十五章
经济效益分析
第十六章
项目招标方案
第十七章
项目风险分析
第十八章
总结
第十九章
附表
附表 1：主要经济指标一览表
附表 2：建设投资估算一览表
附表 3：建设期利息估算表
附表 4：流动资金估算表
附表 5：总投资估算表
附表 6：项目总投资计划与资金筹措一览表
附表 7：营业收入、税金及附加和增值税估算表
附表 8：综合总成本费用估算表
附表 9：利润及利润分配表
附表 10：项目投资现金流量表
附表 11：借款还本付息计划表
第一章
项目总论说明
一、项目名称及项目单位
项目名称：伺服电机项目
项目单位：xxx 投资管理公司
二、项目建设地点
本期项目选址位于 xxx，占地面积约 147.15 亩。项目拟定建设区域地理位置优越，交通便利，规划电力、给排水、通讯等公用设施条件完备，非常适宜本期项目建设。
三、可行性研究范围及分工
1、项目提出的背景及建设必要性；
2、市场需求预测；
3、建设规模及产品方案；
4、建设地点与建设条性；
5、工程技术方案；
6、公用工程及辅助设施方案；
7、环境保护、安全防护及节能；
8、企业组织机构及劳动定员；
9、建设实施与工程进度安排；
10、投资估算及资金筹措；
11、经济评价。
四、编制依据和技术原则
1、《一般工业项目可行性研究报告编制大纲》;
2、《建设项目经济评价方法与参数(第三版)》;
3、《建设项目用地预审管理办法》;
4、《投资项目可行性研究指南》;
5、《产业结构调整指导目录》。
五、建设背景、规模
（一）项目背景
对于新进入者而言，由于国内微特电机低端市场竞争异常激烈，利润率非常低，企业生存较困难。如从低端市场向高端市场转变，由于技术门槛较高，难度非常大。
目前我国汽车市场产业仍处于发展阶段，与发达国家相比，我国汽车普及率仍然较低，2016 年每千人汽车保有量仅 149 辆，仅相当于德国的四分之一。随着我国国民经济的不断发展及人民生活水平的不断提高，未来我国的人均汽车保有量仍有的很大的提升空间，我国仍是最具发展潜力的汽车市场。
实现“十三五”时期的发展目标，必须全面贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享、转型、率先、特色”的发展理念。机遇千载难逢，任务依然艰巨。只要全市上下精诚团结、拼搏实干、开拓创新、奋力进取，就一定能够把握住机遇乘势而上，就一定能够加快实现全面提档进位、率先绿色崛起。
（二）建设规模及产品方案
该项目总占地面积 98099.90 ㎡（折合约 147.15 亩），预计场区规划总建筑面积 115757.88 ㎡。其中：生产工程 59383.79 ㎡，仓储工程 11691.55 ㎡，行政办公及生活服务设施 6945.47 ㎡，公共工程37737.07 ㎡。
根据项目建设规划，达产年产品规划设计方案为：伺服电机 40000套/年。
六、项目建设进度
结合该项目建设的实际工作情况，xxx 投资管理公司将项目工程的建设周期确定为 12 个月，其工作内容包括：项目前期准备、工程勘察与设计、土建工程施工、设备采购、设备安装调试、试车投产等。
七、建设投资估算
（一）项目总投资构成分析
本期项目总投资包括建设投资、建设期利息和流动资金。根据谨慎财务估算，项目总投资 43587.45 万元，其中：建设投资 36847.75万元，占项目总投资的 84.54%；建设期利息 480.20 万元，占项目总投资的 1.10%；流动资金 6259.50 万元，占项目总投资的 14.36%。
（二）建设投资构成
本期项目建设投资 36847.75 万元，包括工程建设费用、工程建设其他费用和预备费，其中：工程建设费用 32945.26 万元，工程建设其他费用 3091.93 万元，预备费 810.56 万元。
八、项目主要技术经济指标
（一）
财务效益分析
根据谨慎财务测算，项目达产后每年营业收入 78700.00 万元，综合总成本费用 64027.18 万元，税金及附加 2866.02 万元，净利润8855.10 万元，财务内部收益率 20.94%，财务净现值 1636.68 万元，全部投资回收期 5.52 年。
（二）主要数据及技术指标表
主要经济指标一览表
序号
项目
单位
指标
备注
占地面积
㎡
98099.90
约 147.15 亩
1.1
总建筑面积
㎡
115757.88
容积率 1.18
1.2
基底面积
㎡
57878.94
建筑系数 59.00%
1.3
投资强度
万元/亩
239.87
1.4
基底面积
㎡
57878.94
总投资
万元
43587.45
2.1
建设投资
万元
36847.75
2.1.1
工程费用
万元
32945.26
2.1.2
工程建设其他费用
万元
3091.93
2.1.3
预备费
万元
810.56
2.2
建设期利息
万元
480.20
2.3
流动资金
6259.50
资金筹措
万元
43587.45
3.1
自筹资金
万元
23987.45
3.2
银行贷款
万元
19600.00
营业收入
万元
78700.00
正常运营年份
总成本费用
万元
64027.18
“"
利润总额
万元
11806.80
”“
净利润
万元
8855.10
”“
所得税
万元
2951.70
”“
增值税
万元
2904.54
”“
税金及附加
万元
2866.02
”“
纳税总额
万元
8722.26
”“
工业增加值
万元
22708.56
”“
盈亏平衡点
万元
16973.11
产值
回收期
年
5.52
含建设期 12 个月
财务内部收益率
20.94%
所得税后
财务净现值
万元
1636.68
所得税后
九、主要结论及建议
该项目符合国家有关政策，建设有着较好的社会效益，建设单位为此做了大量工作，建议各有关部门给予大力支持，使其早日建成发挥效益。
第二章
项目建设背景及必要性分析
一、产业发展情况
1、行业竞争情况
微特电机是技术密集行业，其兴起于欧洲的德国、瑞士等国家，发展于日本，而后随着中国的改革开放，技术扩散逐步向我国转移。德国、日本等发达国家仍拥有微特电机行业的高端先进技术，是微电机先进技术的代表，在高端精密加工产品方面具有明显的优势，目前引领着微电机技术的发展方向；大部分一般性电机制造业已经向以中国为代表的发展中国家转移。目前，中国凭借着相对丰富的劳动力资源和较低的原材料成本，已成为世界微特电机的主要生产大国和出口国。
现阶段，发达国家生产的微特电机主要应用于工业自动化、汽车、军工、航天、家电、IT 等领域，如在工业自动化领域，代表性企业有西门子（SIEMENS）、施耐德（Schneider）、日本安川（YASKAWA）、松下（Panasonic）等；在办公领域，日本电产（NIDEC）、万宝至（Mabuchi）、美蓓亚（Minebea）、信浓（SHINANO）等；美国则在军事、航天电机领域占据较大优势，代表性企业有科尔摩根(KOLLMORGEN)
等。这些领域对生产微特电机的原材料品质、生产技术和制造工艺要求极高，利润也最为丰厚。
在单相罩极电机细分领域，不同产品规格存在较大技术差异。低端市场进入门槛较低，企业较多且规模普遍较小，竞争激烈；高端市场由于对产品性能、使用寿命、低噪音、安全及稳定性等要求极高，具有很高的技术壁垒，企业较为集中，目前参与国际市场竞争的电机厂商主要为德国依必安派特（EBM-PAPST）、意大利飞马（FIME）、美国史密斯（A.O.Smith）等，这些公司技术领先、设备先进、品质可靠，并且具备强大的研发与设计实力，竞争优势明显。近年来，我国部分本土企业不断增强自身的技术研发和创新实力，逐渐形成了一批具有较大生产规模、技术先进的企业。如大洋电机、方正电机、金龙机电、微光股份、科力尔等。这些企业除供应国内市场外，还积极参与国际业务竞争。
2、行业发展趋势
近年来，电力电子、微电子、计算机、控制等技术得到迅猛发展，催生了一系列新型微特电机，如永磁无刷直流电动机、交流伺服电动机、开关磁阻电动机、无刷双馈电动机等。
随着信息技术、材料技术、能源技术的进步，当前微特电机技术正在进入一个新的发展阶段，其发展趋势体现在以下几个方面：
（1）微型化、轻量化
为了适应日益微型化的电子信息产品，微特电机正向小型化、轻量化方向发展。这种发展既包括微特电机体积和重量的改变，也包括实现同一功能所需功率的降低。
为了达到微特电机小型、微型化的目的，一方面需要不断使用新型的高性能材料与电子元器件，提高电机的功率密度，另一方面还要不断研究新型的电机拓扑结构和运行原理。电机驱动与控制采用集成电路后，其最大优点是电路简化，有利于电机的轻薄短小化，并使驱动精度和可靠性提高。例如，以色列 GivenImaging 公司研制的 M2A 胶囊内镜，其微电机外形尺寸为 1126mmmm，重量仅 4 毫克，可在人体消化道内穿行。
（2）节能化、环保化
随着节能、健康、环保等理念受到信息处理设备、家电等终端产品消费者日益重视，微特电机作为其中主要的耗能部件，其能效水平、噪声振动、电磁干扰等节能、环保指标正在不断提升。
电机及系统运行效率的提升可释放巨大的节能降耗潜力,目前我国正在积极推动和扶持高效电机及电机系统节能工程的开展和实施，鼓励采用新型电机设计、新工艺及新材料，通过降低电磁能、热能、机械能的损耗，提高输出效率。
（3）机电一体化
随着电子技术，特别是微电子技术、计算机技术、材料技术、自动控制技术以及生物工程技术等在微特电机上的不断应用，现代微特电机已发展到以电子计算为控制核心，配置传感器等系列电力电子器件的新一代机电一体化系统。系统中电机与电源、驱动系统、控制系统紧密组合，整体性能和效率得到了大幅度的提升。
目前机电一体化微特电机系统的主要代表有交流伺服电机、开关磁阻电机等。这些电机以无刷电机作为基础，采用 IG-BT 和 MCT 等新型电力电子器件，同时采用数字信号处理器（DSP），软件方面则采用专家系统配置，其应用范围正在不断扩大。
（4）数字化及智能化
随着现代控制理论、半导体器件及电子信息技术的发展，微特电机呈现智能化、数字化发展趋势。微特电机智能化和数字化是指微特电机通过在其控制单元中采用可编程控制器实现电机速度和位置控制的数字化、逻辑化以及自我反馈和自我调节。随着物联网的发展，微特电机作为物联网的最底层也是最基础的终端驱动，必将朝着控制智能化、数字化的方向发展。
智能化、数字化的发展改变了人们对微特电机的认识，诞生了智能单元的概念，即把微特电机作为一个小型智能系统来定位和设计，使微特电机的发展与数字化、信息化发展的潮流相接轨。目前先进的微特电机系统已集成诊断、保护、控制、通讯等功能，可实现电机系统的自我诊断、自我保护、自我调速和远程控制等智能化操作。
（5）测试技术新型化发展
随着微特电机向微型化方向发展，其建模、仿真、优化设计的正确性、有效性需要使用微机械性能评测技术加以评价。由于微电机的重要零部件十分微小，产生的运动、位移微乎其微，无法用传统的测试方法测得相应指标。因此．必须开发微机械量传感测量技术．以适应新的测试需求。
（6）高可靠性方向发展
随着微特电机应用领域的不断拓宽，尤其是生保系统、汽车部件、航天等领域的应用，对微特电机的可靠性要求越来越高。国外有的汽车厂商制定的可靠性标准为不合格率 PPM（即不合格率不超过 10 的负次方），而有些场合，如人工心脏电机、汽车电动助力转向系统电机、载人宇宙飞
船使用的电机要求合格率 100%。
二、区域产业环境分析
综合分析国际国内形势和省情、市情，“十三五”时期是我市经济社会发展的重大历史机遇叠加期，也是实现弯道超越的黄金机遇期。一是国家实施重大战略带来的新机遇。京津冀协同发展、“一带一路”、长江经济带建设等重大战略的实施，必然会带来更大的发展空间。京津冀协同发展战略是我市面临的最大、最直接的战略机遇。这一战略的实施，使京津冀城市群成为带动全国发展的主要空间载体。“一带一路”战略的实施，为河北打通开放新通道、打造国际产能新样板、实现新一轮高水平对外开放提供了重要机遇。长江经济带建设，也必将使我市沿海靠港、交通便利等方面的优势转换为竞争优势，对承接产业转移、产品出口等起到一定的促进作用。二是新理念、新业态、新模式、新技术带来的新机遇。当前，世界经济在深度调整中曲折复苏，新一轮科技革命和产业变革蓄势待发。中央提出创新、协调、绿色、开放、共享的发展新理念，必然衍生一些新举措、新政策，其中蕴含很多发展机遇和很大的发展空间。特别是“中国制造
2025”“互联网+”等行动计划的实施，孕育着新型产业、新兴业态与全新发展模式，为我市加快传统产业改造升级，促进新产业、新业态的产生和加速成长创造了有利契机。随着一些新技术产生，各种产业发展由“制造”向“智造”转变，必将会出台一系列扶持政策，对我市调整产业结构、推进产业技改升级都将起到积极的促进作用。三是现有资源优势所蕴含的新机遇。便利的区位优势赋予了我市对项目、资金、人才的强大吸引力。经过不懈努力，我市综合实力不断增强，产业优势日益凸显，电子机箱、管道装备、食品饮料等传统产业发展壮大，新能源车辆、汽车零部件等一些前景好、潜力大的战略新兴产业已见雏形，发展质量、发展速度明显提升，具备了一定的产业基础。通过持续推进招商引资和项目建设，我们成功引进了一批大项目、好项目，并陆续开工建设、达产达效，为今后发展积蓄了充足后劲。
在看到重大机遇和有利条件的同时，我们还要清醒地认识到发展过程中存在的问题和不足。一是综合实力还不够强，经济总量不大，产业结构不够优化，财政支撑能力不足，加快产业转型升级和项目投产达效的任务依然艰巨；二是创新能力不足，创新实践、创新成果、创新举措还不够多，全社会创新、创造和创业的活力还没有得到充分
释放；三是资源约束与环境问题集中显现，节能减排压力仍然较大，破解要素制约与发展矛盾的任务艰巨。
三、项目承办单位发展概况
面对宏观经济增速放缓、结构调整的新常态，公司在企业法人治理机构、企业文化、质量管理体系等方面着力探索，提升企业综合实力，配合产业供给侧结构改革。同时，公司注重履行社会责任所带来的发展机遇，积极践行“责任、人本、和谐、感恩”的核心价值观。多年来，公司一直坚持坚持以诚信经营来赢得信任。
面对宏观经济增速放缓、结构调整的新常态，公司在企业法人治理机构、企业文化、质量管理体系等方面着力探索，提升企业综合实力，配合产业供给侧结构改革。同时，公司注重履行社会责任所带来的发展机遇，积极践行“责任、人本、和谐、感恩”的核心价值观。多年来，公司一直坚持坚持以诚信经营来赢得信任。
面对宏观经济增速放缓、结构调整的新常态，公司在企业法人治理机构、企业文化、质量管理体系等方面着力探索，提升企业综合实力，配合产业供给侧结构改革。同时，公司注重履行社会责任所带来的发展机遇，积极践行“责任、人本、和谐、感恩”的核心价值观。多年来，公司一直坚持坚持以诚信经营来赢得信任。
四、行业背景分析
1、行业发展的有利因素
（1）国家产业政策支持
微特电机作为众多工业领域的关键部件，其性能水平直接影响国家工业机电产品、武器装备的优劣。一直以来我国在高精密微特电机领域与国际先进水平存在着较大的差距，成为我国从制造大国转变为制造强国的瓶颈之一。为此，国家近年来持续加大了对微特电机行业发展的支持力度，出台了一系列支持行业发展的政策，以推动微特电机行业整体技术水平的提升。
为推动微特电机实现产业升级，国家发展与改革委员会 2013 年 8月颁布的《产业结构调整指导目录（2011 本）》（2013 年修订）将高效节能家电开发与生产、机器人及成套系统、汽车电动空调、电制动、电动转向、电动汽车驱动电机、伺服电机及驱动装置等列为重点鼓励发展对象，享受国家政策、税收等方面的鼓励和扶持。
进入 2015 年以来，在全球“工业 4.0”概念引领的工业革命背景下，国务院在《政府工作报告》和《中国制造 2025》中都特别强调了智能制造的重要性，指出要加快发展智能制造装备和产品，组织研发、突破伺服电机及驱动器和减速器等智能制造的核心装置，推进工程化和产业化。
2011 年 7 月，中国电子元件行业协会发布《微特电机行业“十二五”发展规划纲要》，指出要创建具有自主知识产权的微电机产品，鼓励电机制造企业参与国际竞争，积极争取成功上市；在提高中、低档微电机产品质量和大规模生产的同时，高度重视高效率低能耗、高出力省材料、智能化、新型微电机开发和生产技术的攻关；形成电机、专用设备及自动化生产线、零部件和材料完整的具有国际水平的产业链结构；重点发展的产品包括无刷电机、新能源汽车驱动电机及控制器、机器人用微电机等。
2012 年 1 月，工信部出台《轻工业“十二五”发展规划》，指出要重点发展节能环保智能化高端家电产品，提高其在家电产品中的比重；提高小家电产品的工业设计和制造工艺水平。结合农村安居工程，鼓励企业加强对农村使用环境和消费习惯的分析，提供适合农村市场的厨卫、家具、家电、太阳能热水器、灯具、电动自行车等产品，改善农村居民生活条件。
国家的政策支持，为中国微特电机相关产业的持续快速发展提供了良好的政策环境。随着制造强国战略和智能制造的进一步推进，我国工业自动化，智能家电、节能电器、新能源汽车等领域迎来了一波发展浪潮，将持续带动微特电机行业的未来发展。
（2）巨大的市场需求给行业带来广阔的发展空间
微特电机行业是我国国民经济和国防现代化建设中不可缺少的基础产品工业。近年来，随着微特电机下游应用领域的快速发展，我国已经成为微特电机的生产和出口大国。
从下游应用领域看，目前我国家电市场进入更新换代为主的新消费时期，健康化、智能化、环保化的产品升级主旋律为市场注入了新的活力，消费升级衍生出来的高端家电消费需求正在持续增长。烤箱、咖啡机、搅拌机、面包机等西式小家电在国内市场逐渐兴起，亦将带动家电行业市场规模持续扩大。此外，随着农村居民收入的逐渐增加及城镇化水平的快速推进，家电在农村市场的销售空间依然广阔。家电行业持续稳定的需求将有利于微特电机提供良好的发展环境。
工业自动化近来已经成为了我国制造业升级的热门领域，“工业4.0”、“中国智造”等概念的提出，正开启了我国新一轮制造业发展大潮。随着我国人口红利的逐步消失，过去劳动力成本低的优势逐渐转变为企业的一大负担，为降低企业成本，弥补高劳动力成本带来的短板，企业必须加快生产制造自动化、半自动化升级速度，带动与之配套的伺服电机、步进电机快速增长。
（3）技术发展带来的产业升级
经过多年的发展，我国的工业化进程已经取得了长足进步，一些关键技术领域取得了突破。与微特电机生产相关的领域中，我国在零部件专业化生产、原材料自制以及专用设备制造等方面都得到了较大的发展，尽管与国外先进水平仍有差距，但是已为我国微特电机发展奠定了很好的基础，拉动了微特电机行业的产业升级。
在零部件专业化生产方面，中国微特电机零部件专业化生产水平已有长足进步。近年来，外资企业纷纷在中国建设生产基地，这也极大促进中国微特电机零部件制造水平的不断提升。中国已出现一批较高水平的零部件制造厂家，能制造转轴、换向器、含油轴承、精密滚珠轴承、电刷等微特电机相关零部件，产品满足国内市场的同时，还远销海外。
在原材料自制方面，过去中国微特电机关键材料的自制能力不足，不少材料主要依赖国外进口。近几年，这种状况有了很大变化，绝大部分材料已能自己生产，并形成一定规模。
在专用设备制造方面，中国微特电机的生产设备和测试设备制造能力有明显提高，不少设备的性能水平与国外设备的差距逐步缩小，比如绕线机、高速冲床、动平衡机、点焊机、综合测试仪、充磁机、换向器精车机等。
2、行业发展的不利因素
（1）行业竞争激烈
近年来，微特电机下游行业迅速发展，受其影响，我国中小规模微特电机企业数量不断增加，且主要集中在中、低端领域，技术水平不高，竞争力较弱。随着我国制造业产业升级进程加快，以及全球节能环保理念的普及，下游领域对微特电机产品的性能、质量、能效、使用寿命、环境适应能力等提出了更高要求，价格低廉已不是下游企业选择微电机产品首要考量因素，这使得中、低端微特电机市场份额受到了持续的挤压。可以预见，中国微特电机市场的竞争将会越来越激烈，仅仅依靠价格战的中低端微特电机企业将面临生存考验。
（2）主要原材料的价格波动
微特电机上游原材料主要是硅钢片、铜材，价格随市场需求的起伏波动较大。在经济上升周期中，上述主要原材料价格的上涨将给微特电机的生产带来较大的成本压力，并占用企业较多的流动资金。
（3）新产品、新技术开发能力与国际先进微特电机制造企业相比仍有一定差距
国内微特电机行业新技术、新产品开发和技术创新投入不足，没有形成强大的活力。另外，产学研结合度不足也导致了部分高新技术不能及时转化为生产力，从而制约了我国微特电机技术水平的提升。
目前，我国微特电机企业在高端微电机产品开发方面处于劣势地位，特别是一些技术含量高的精密微电机，在质量和性能上与国外尚有一定的差距，导致高端产品一直被外商或外资企业垄断。
（4）人工成本不断上升
近年来，我国劳动力成本持续较快增长。国家统计局的数据显示，2010-2015 年，全国单位就业人员年平均工资从 36,539 元提高到62,029 元，年均工资复合增长率为 11.16%。根据国务院发展研究中心预计，在“十三五”中期前我国普通劳动力工资仍将保持较快上涨速度，年均增速在 14%左右。
人工成本的不断上升，给行业发展带来不利影响，但行业内优势企业可以通过技术改进和自动化、半自动化生产，不断降低人工成本占比，且随着市场认可度和品牌知名度的不断提升，其向下游转移成本的能力也在不断增强，一定程度上可以缓解人工成本上升带来的压力。
第三章
市场分析
一、行业基本情况
1、上游行业状况对本行业的影响
行业原材料主要包括硅钢片、漆包线、纯铜等。上游原材料价格变动对本行业的产品定价政策、成本水平、销售业绩有直接影响，关联度较高。我国是钢材、铜材的生产大国，有着完整的工业生产体系，市场供给充足，原材料短缺风险较低。
（1）硅钢价格波动对本行业的影响
硅钢指含硅量 0.5%~4.8%的硅铁合金，是电工领域广泛使用的一种钢材。微特电机中的定子、转子主要原材料均为硅钢片。2013-2015 ，受国内外需求放缓、产能过剩等因素影响，国内钢铁行业持续低迷，价格指数不断下滑。据中国钢铁工业协会统计，协会会员 2013 年、2014 年钢材全年平均销售结算价格分别为 3,442 元/吨和 3,074 元/吨，呈不断下滑趋势。根据 2015 年中国钢铁行业运行情况报告，2015 年钢材价格指数较 2014 年继续下降 27.26%。
2016 ，在国内供给侧改革、去产能大背景下，国内钢材价格已有所回升，根据钢铁协会统计，2016 年，国内市场钢材平均综合价
格指数为 75.11 点，同比上升 12.39%。在多种因素的影响下，钢材价格波动剧烈，价格的上涨使得微特电机行业的生产成本将有所提高。
（2）铜价格波动对本行业的影响
铜作为大宗商品交易最为活跃的品种之一，其需求与国内外实体经济景气度高度相关，被喻为全球经济的“温度计”。2011 年以来，受中国经济增速放缓、欧美经济复苏受干扰，以及其他大宗商品指数下滑的拖累，铜价经历了一波下行走势，自 2011 年 7 月高位 72,000元/吨左右跌落至 2015 年 12 月底的 36,640 元/吨左右，累计降幅近50%。铜价格于 2016 年年初触底缓慢反弹并在四季度快速上涨，年末价格较年初上涨达 24.22%。
据国际铜业研究组织（ICSG）2015 年 7 月报告显示，未来几年全球铜冶炼产能将会继续增长，预估至 2018 年全球精炼铜产能可以达到3,020 万吨。在供给进一步增加、新兴经济体经济增速放缓、美国加息预期等负面因素影响下，预计未来铜价将会呈震荡走势。
2、下游行业发展状况对本行业的影响
微特电机作为工业制造领域必不可少的核心部件，广泛应用于电子信息制造、家用电器、汽车、视听设备、工业自动化、武器装备、医疗器械等领域，随着微特电机技术的迅速发展，未来应用领域将日
益广泛。目前，在微特电机下游应用行业中，使用量最大的为信息处理机器，约占 30%，汽车领域次之，占比 26%，家电领域占比 23%，视听设备占比约 17%，其他行业占比约 4%。
（1）本行业与家用电器行业关联性分析
在家用电器领域，微特电机是家用电器的关键部件之一，其性能直接影响到家用电器的技术性能，如家电的能效比、性价比、噪声振动等。在家用电器中大量使用着各种电机，主要是用作驱动，其次是控制。当前在各类家用电器中广泛使用的电机主要为单相电容电机、单相罩极电机、直流无刷电机、串激电机等。
中国家电行业和企业在全球产业中的比重和作用不断扩大。近年来，除了传统大家电产品结构升级趋势明显之外，小家电及新兴家电是家电行业未来新的增长点，有望引领家电行业实现快速增长。以烤箱为例，根据中怡康监测数据显示，2016 年 1-8 月，我国嵌入式烤箱零售额达到 12 亿元，同比增速为 59.80%。目前我国小家电和新兴家电产品仍处于市场的导入期，普及率远低于大家电产品，增长空间巨大。家用电器行业增长，将带动配套电机市场同步增长，目前家电用微电机占微电机总需求量的 23%左右。
（2）本行业与信息处理设备产业关联性分析
信息处理设备产业是研制和生产电子设备及各种电子元件、器件、仪器、仪表的工业，具体细分为投资类产品、消费类产品和元器件产品三个大类，涵盖信息的输入、存储、处理、输出、传递等环节，具体包含计算机、通信设备、元器件等电子产品。微特电机在信息处理设备中往往担负着精密控制和驱动功能，如计算机上的硬盘驱动器、手机上的振动电机等。
2015 年，我国规模以上电子信息产业企业个数约为 6.08 万家，其中电子信息制造业企业 1.99 万家，软件和信息技术服务业的企业 4.09万家。全年完成销售收入总规模达到 15.4 万亿元，同比增长 10.4%；其中，电子信息制造业实现销售收入 11.1 万亿元，同比增长 7.6%；软件和信息技术服务业实现销售收入 4.3 万亿元，同比增长 16.6%。
我国主要电子信息产品产量稳步增长。2016 年，我国共生产手机、微型计算机和集成电路 21.0 亿部、2.9 亿台和 1,318.0 亿块，除微型计算机产量略有下滑外，手机、集成电路分别增长 16.02%、21.25%。
电子信息制造领域微特电机需求量正随着全球信息化发展而高速增长，当前需求量约占微特电机总需求量的 31%。
（3）本行业与汽车产业关联性分析
在汽车应用领域，微特电机作为汽车上的关键零部件之一，每辆经济型汽车配备 30 台以上小电机，高级轿车至少配备 60 台以上小电机，豪华型轿车配备近100 台小电机。汽车用微特电机主要分布于汽车的发动机、底盘、车身三大部位及附件中，除此之外，电机还是电动汽车的动力系统。世界各汽车制造商都十分重视电动汽车的开发，电动汽车已小批量投入市场。目前，汽车用微特电机占总需求量的 26%左右。
近20 年来我国一直是全球汽车行业增幅最大的市场。自 2000 年以来乘用车和轻型商用车在我国市场的销量大约增长了 10 倍，达到每年 2,000 万辆以上，年均复合增长率达到了 20%左右。根据中国汽车工业协会数据显示，2016 年我国汽车产量 2,811.9 万辆，销量 2,802.8万辆，我国汽车产销约为全球总产销量的 30%，已连续七年稳居全球汽车产销量首位。
目前我国汽车市场产业仍处于发展阶段，与发达国家相比，我国汽车普及率仍然较低，2016 年每千人汽车保有量仅 149 辆，仅相当于德国的四分之一。随着我国国民经济的不断发展及人民生活水平的不断提高，未来我国的人均汽车保有量仍有的很大的提升空间，我国仍是最具发展潜力的汽车市场。
（4）本行业与视听设备产业关联性分析
在视听设备领域，微特电机主要用于录音机、录像机、摄像机、照相机、DVD，以及数字式摄录一体机和家庭影院等等，所有视听产品使用的电机约占微特电机总需求量的 17%左右。该领域目前使用的电机大部分为有刷永磁直流电动机，随着视听产品的薄型化、高速化，无刷电机在该领域将不断增加配套量。目前，音响、视像设备已经成为消费类电子产品新的经济增长点，各类配套微特电机产品的总产量和质量都有较快的发展和提高。
（5）本行业与其他下游行业关联性分析
目前超微型电机在医疗器械的应用领域越来越广泛。医疗领域是微机械电子技术应用最具代表性的领域，微创伤内窥诊疗、精密显微外科手术机械及微机器人等都需要体积很小、功率又足够大的高度灵巧、高度柔顺性的超微型电机。超微型电机是微机械电子系统的关键执行和驱动部件，随着超微型电机制造水平不断完善和成熟，其产量和应用领域不断扩大，其市场潜力是巨大的，有望成为新的经济增长点。
随着工业现代化和武器装备现代化的发展需求，微特电机在工业自动化领域和军事领域中扮演越来越重要的角色。该类微特电机品种繁多，技术含量高，系统综合程度高。
二、市场分析
1、微特电机技术涉及学科门类广泛
微特电机技术涉及的学科和技术领域包括了电机技术、材料技术、计算技术、控制技术、微电子技术、电力电子技术、传感技术、网络技术等，属多学科、多技术领域交叉的综合技术，是典型的机电一体化产品，技术含量比传统电机高出许多，没有一定的技术积累和雄厚资本支持，很难取得成果。
2、属于技术和劳动密集型行业
微特电机行业是技术密集型和劳动密集型行业。当前微特电机行业的制造技术随着 ERP 数字化管理系统的推广有了本质的提高。目前主要的技术包括：焊接技术、合金加工技术、冲压加工技术、装配技术、检测技术等。
3、行业分工精细化
微特电机行业向专业化、模块化分工制造趋势十分明显。国内已有多家铸件制造、钢板件焊接、机械加工、铁心冲压、线圈制造等专
业化部件生产企业。微特电机制造企业向大型机加工、电加工、总装集成、提升规模方向发展。
4、新的质量检测技术的应用
在微特电机质量检测方面，传统的检测技术在面对当前新型、高精密电机的检测难免有所不足，微特电机的发展促进并产生了新的检验技术。如金属材料的机械性能及理化检验；绝缘材料的机械性能和电气性能检测；超声波、磁粉、着色等对焊缝质量的检测；零部件尺寸、形状位置度公差检测；绕组制作的匝间脉冲、对地及相间耐压检测；VPI 绕组电容及泄漏电流的检测；转子动平衡检测。
5、行业的周期性
微电机的应用需求会受经济周期波动的影响，在经济形势良好、呈现上升态势时，电机需求量随之上升；在经济下行周期时，需求量会出现一定程度的下降。
6、行业的区域性
目前，欧美、日本等国家拥有先进的微电机设计和制造技术，其国内除从事部分高端微电机生产外，部分制造能力已向发展中国家转移。以中国为代表的发展中国家承接日本、德国等发达国家的产业转
移，目前中国已成为世界微特电机的主要生产国和出口国，其产量约占世界总产量的 70%。
就我国微特电机产业分布而言，大致呈现“东强西弱”格局，主要集中在人力资源丰富和交通便利的珠江三角洲、长江三角洲、环渤海湾三大区域，特别是广东、浙江、江苏等省份。随着中西部商业环境改善以及东部沿海地区企业运营成本上升，目前国内产业分布有向中西部转移的趋势。
7、行业的季节性
在微特电机应用的一些领域中，如工业生产、信息处理、交通运输、消费电子和国防等领域，对微特电机的需求跟随应用行业的波动而波动，因此在这些场合中，基本不随季节变化。随季节变化的主要是一些暖通行业，如风扇、电热器、空调、冷风机会受到冷暖气候的变化而出现销售波动，此外一般节假日是家电销售旺季，从而对微特电机的需求产生一定的影响，导致各季销售不完全均衡。
8、资质认证壁垒
微特电机作为机电的关键部件，广泛应用于家用电器、汽车、视听设备、医疗器械等人们日常接触频繁的产品中，出于使用安全考虑，很多国家规定电机产品必须获得销售国安全认证后方可在该国销售，以保护消费者权益。如美国 UL 认证、德国 VDE 认证和 TUV 认证、欧盟CE 认证、中国 CCC 认证等。另外欧美市场出于环保考虑还特别要求必须获得欧盟 RoHS 指令及 REACH 认证。其中 RoHS 指令严格限制使用铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯（PBB）和多溴二苯醚（PBDE）等六种有害物质；REACH 认证要求企业使用无毒无害化合物等。通过上述认证和标准的生产企业需具备较高的工艺技术储备、良好的生产管理、高素质的研发人才和技术工人，这对新进者构成了直接的市场准入壁垒。
9、客户壁垒
微特电机下游领域主要是家用电器、电子信息制造、工业自动化、汽车等行业，这些行业市场集中度较高，微特电机的主要订单一般集中于大型跨国企业和国内上市公司手中。国际知名厂商面对全球中高端客户，对微特电机品质要求较高，对供应商的技术水平、装备条件、资金实力、人员素质、产品环保、供货经验、品质管控等要求严格。
要进入这类优质客户的供货商行列，一般要经过长期严格的供应商审查过程。在审查过程中，除对产品的质量、价格、交货期有较高要求外，还对公司的设备、环境、内控体系、财务状况甚至社会责任设有较高的标准。因此要通过大客户的供应商审查非常困难，过程繁琐且耗时冗长。
国际高端客户对电机厂商的审查流程是非常严格的，即便所有程序顺利进行，进入合格供应商的时间也在 3 年以上。若中间某个环节审查未获通过，审查流程将从头开始，整个认证程序甚至需要花费 5年以上的时间。然而，一旦通过了国际高端客户的认证成为其合格或者优选供应商，合作关系将会长期稳定，形成战略性合作伙伴关系。对于行业新进入者而言，获得优质大客户订单，特别是要进入中高端市场比较困难，存在着实质性的客户壁垒。
10、技术壁垒
微特电机品种较多，不同品种之间的技术特征差异较大。同品种又存在众多不同的规格，不同规格之间亦存在非常大的技术要求差异，特别是在高端市场领域，由于对产品性能、使用寿命、安全及稳定性等要求非常高，具有非常高的技术壁垒。
以单相罩极电机为例，应用在烤箱、微波炉、壁炉、冰柜等家用电器的单相罩极电机必须具备对高温、潮湿等恶劣环境的适应性，并且还需满足高使用寿命、低噪音、安全稳定的要求。因此，要配套此类高端厨房电器，就需要对单相罩极电机的结构设计、原材料选用、制造工艺等方面进行技术创新。目前国内仅有极少数创新能力较强、技术储备深厚、生产工艺及设备领先的企业可以满足上述要求。
对于新进入者而言，由于国内微特电机低端市场竞争异常激烈，利润率非常低，企业生存较困难。如从低端市场向高端市场转变，由于技术门槛较高，难度非常大。
11、规模壁垒
近年来，微特电机整体技术水平不断提升，种类不断延伸，下游客户对微特电机的性能、结构设计要求越来越高，企业必须投入较多的人力、资金进行方案设计、产品研发、购置大量先进生产设备和检验设备，才能满足客户要求。因此，企业需持续稳定获得大批量订单，进行较大规模的产品生产，才能在生产效率、采购成本、管理费用等方面凸显优势，脱离小规模低端市场的激烈竞争困境，分摊固定成本，提高单位产品边际收益。行业新进入者，若无法获得大量订单形成规模化生产，则在激烈的市场竞争中难以生存。
第四章
建设规模与产品方案
一、建设规模及主要建设内容
（一）项目场地规模
该项目总占地面积 98099.90 ㎡（折合约 147.15 亩），预计场区规划总建筑面积 115757.88 ㎡。
（二）产能规模
根据国内外市场需求和 xxx 投资管理公司建设能力分析，建设规模确定达产年产伺服电机 40000 套，预计年营业收入 78700.00 万元。
二、产品规划方案及生产纲领
本期项目产品主要从国家及地方产业发展政策、市场需求状况、资源供应情况、企业资金筹措能力、生产工艺技术水平的先进程度、项目经济效益及投资风险性等方面综合考虑确定。具体品种将根据市场需求状况进行必要的调整，各年生产纲领是根据人员及装备生产能力水平，并参考市场需求预测情况确定，同时，把产量和销量视为一致，本报告将按照初步产品方案进行测算。
第五章
选址分析
一、项目选址原则
项目选址应符合城乡规划和相关标准规范，有利于产业发展、城乡功能完善和城乡空间资源合理配置与利用，坚持节能、保护环境可持续利用发展，经济效益、社会效益、环境效益三效统一，土地利用最优化。
二、建设区基本情况
项目建设选址区位优势得天独厚，是区域核心功能区的重要组成部分。交通体系开放便捷，周边 10 分钟车程范围内，有高速公路 4 条、高速公路出入口 6 个，多条国道在区内通过，立体化交通网络通达。
项目建设地自然生态环境良好，园区绿化率达 50%以上，空气和水质优于国家标准；项目建设地配套功能设施完备，基础功能设施达到“十通一平”，建有大型商务写字楼、会议中心、星级酒店等，能够提供会议、住宿、餐饮、医疗、休闲等服务。
综合分析国际国内形势和省情、市情，“十三五”时期是我市经济社会发展的重大历史机遇叠加期，也是实现弯道超越的黄金机遇期。一是国家实施重大战略带来的新机遇。京津冀协同发展、“一带一路”、长江经济带建设等重大战略的实施，必然会带来更大的发展空
间。京津冀协同发展战略是我市面临的最大、最直接的战略机遇。这一战略的实施，使京津冀城市群成为带动全国发展的主要空间载体。“一带一路”战略的实施，为河北打通开放新通道、打造国际产能新样板、实现新一轮高水平对外开放提供了重要机遇。长江经济带建设，也必将使我市沿海靠港、交通便利等方面的优势转换为竞争优势，对承接产业转移、产品出口等起到一定的促进作用。二是新理念、新业态、新模式、新技术带来的新机遇。当前，世界经济在深度调整中曲折复苏，新一轮科技革命和产业变革蓄势待发。中央提出创新、协调、绿色、开放、共享的发展新理念，必然衍生一些新举措、新政策，其中蕴含很多发展机遇和很大的发展空间。特别是“中国制造2025”“互联网+”等行动计划的实施，孕育着新型产业、新兴业态与全新发展模式，为我市加快传统产业改造升级，促进新产业、新业态的产生和加速成长创造了有利契机。随着一些新技术产生，各种产业发展由“制造”向“智造”转变，必将会出台一系列扶持政策，对我市调整产业结构、推进产业技改升级都将起到积极的促进作用。三是现有资源优势所蕴含的新机遇。便利的区位优势赋予了我市对项目、资金、人才的强大吸引力。经过不懈努力，我市综合实力不断增强，产业优势日益凸显，电子机箱、管道装备、食品饮料等传统产业发展
壮大，新能源车辆、汽车零部件等一些前景好、潜力大的战略新兴产业已见雏形，发展质量、发展速度明显提升，具备了一定的产业基础。通过持续推进招商引资和项目建设，我们成功引进了一批大项目、好项目，并陆续开工建设、达产达效，为今后发展积蓄了充足后劲。
在看到重大机遇和有利条件的同时，我们还要清醒地认识到发展过程中存在的问题和不足。一是综合实力还不够强，经济总量不大，产业结构不够优化，财政支撑能力不足，加快产业转型升级和项目投产达效的任务依然艰巨；二是创新能力不足，创新实践、创新成果、创新举措还不够多，全社会创新、创造和创业的活力还没有得到充分释放；三是资源约束与环境问题集中显现，节能减排压力仍然较大，破解要素制约与发展矛盾的任务艰巨。
2019 年，坚持稳中求进工作总基调，深入贯彻新发展理念，落实高质量发展要求，深化供给侧结构性改革，统筹推进稳增长、促改革、调结构、惠民生、防风险、保稳定，全力建设“高质量产业之区、高品质宜居之城”，经济高质量发展动能持续增强，社会大局保持和谐稳定，人民群众获得感、幸福感、安全感显著提升。
2020 年，是“十三五”规划的收官之年，是全面建成小康社会的决胜之年。当前，世界经济格局复杂多变，但中国稳中向好、长期向
好的基本态势没有改变，坚持从全局谋划一域、以一域服务全局，对标对表抓落实，沉心静气谋发展，努力推动经济社会各项事业再上台阶。
三、创新驱动发展
不花钱巧修伺服电机 第3篇
经维修人员检查后发现，停机时，一层印刷单元对应的驱动器显示的错误代码为F219。根据该印刷机的故障维修手册，F219代表电机因过热而关机，导致错误的原因有：①电机过载，电机所需的有效转矩已超过其允许的转矩，且过载时间过长；②电机温度监控线出现短路；③速度控制回路工作不稳定。
對于原因①，可以通过更换电机来判断；对于原因②，可以通过检查线路来判断；对于原因③，可以通过检查控制环参数来判断。
综合考虑，判断故障点最快最简单的方法就是将一层印刷单元和二层印刷单元的电机连接线接头进行调换，同时保持电机和驱动器不动。调换后开机印刷，发现错误代码显示在二层印刷单元的驱动器上，原一层印刷单元的驱动器配合二层印刷单元的电机并没有问题。再用万用表测量电机到驱动器的连接线，没有发现短路，由此确定是电机出了问题，排除故障原因②和③。考虑到当时是冬季，气温低，而印刷机开机不久就出现这种现象，不太可能是电机过载，所以我们怀疑是电机内部的温度检测装置出了问题。联系维修工程师后，得知过热保护传感器是装在电机的定子上，很难更换，维修费用也很贵。
后来我们拆装电机时发现，电机内部其实有两副过热保护传感器（见图1），除了损坏的那个，还有一个备用的，具体接线如图2所示。原来电机过热保护接线是接在3和4接线柱上的，而只要将这两根线接到5和6接线柱上，就能启用备用的过热保护传感器，电机就能正常使用了。我们更换接线后电机已正常使用好几个月，没有出现问题。
此次维修不仅没花一分钱，还省去了来回拆卸和安装电机的麻烦，没有耽误生产，因此笔者特将此法分享给各位同行，以供参考。
交流伺服电机振动故障分析与解决 第4篇
交流伺服系统包括:伺服驱动器、伺服电机和一个反馈传感器 (一般伺服电机自带光电编码器) 。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行;驱动器从外部接收参数信息, 然后将一定电流输送给电机, 通过电机转换成扭矩带动负载, 负载根据自己的特性进行动作或加减速, 传感器测量负载的位置, 使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较, 然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致, 当负载突然变化引起速度变化时, 编码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器, 驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化, 并重新返回到设定的速度。
交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统, 负载波动和速度矫正之间的时间滞后响应非常快。
2 交流伺服电机振动故障分析
以下对交流伺服电机振动故障的分析主要从机械方面和电气方面进行。
2.1 机械方面
2.1.1 电机两端和丝杠轴承座上的轴承磨损后间隙过大, 或者轴承缺少润滑脂后轴承滚动体和保持架磨损严重造成负载过重。轴承磨损后间隙过大会造成电机转子中心和丝杠中心存在同轴度误差, 使机械系统产生抖动。轴承滚动体和保持架磨损严重会造成摩擦力增加, 导致“堵转”, 在不至于导致“过载报警”的情况下, 由于负载过重, 会增加伺服系统的响应时间, 从而产生振动。
2.1.2 电机转子不平衡。电机转子的动平衡制造时有缺陷或者长时间使用后质量变差, 就会产生形如“振动电机”一样的振动源。
2.1.3 转轴弯曲。转轴弯曲的情况类似于转子不平衡, 除了会产生振动源之外, 也会产生电机转子中心和丝杠中心的同轴度误差, 使机械传动系统产生抖动。
2.1.4 联轴器制造缺陷或使用后磨损会造成联轴器两部分的同轴度误差, 特别是使用铸造的刚性联轴器, 由于本身的制造精度差, 更容易产生同轴度误差导致振动。
2.1.5 导轨的平行度在制造时较差会导致伺服系统无法到达指定位置到无法停留在指定位置, 这时伺服电机会不停的在努力寻找位置和系统反馈间徘徊, 使电机连续的振动。
2.1.6 丝杠与导轨平面的平行度误差。丝杠在安装过程中与导轨所在平面有平行度误差也会使电机由于负载不均匀产生振动。
2.1.7 丝杠弯曲。丝杠弯曲后丝杠除了受到轴向推力外还会受到变化的径向力, 弯曲大时径向力大, 弯曲小时径向力小, 同样这种不应该存在的径向力也会使机械传动系统产生振动。
2.2 电气方面
导致交流伺服电机电气方面的原因主要是伺服驱动器的参数调整上。
2.2.1 负载惯量。
负载惯量的设置一般与负载的大小有关, 过大的负载惯量参数会使系统产生振动, 一般的交流伺服电机可以自动测量系统的负载惯量。
2.2.2 速度比例增益。
设置值越大, 增益越高, 系统刚度越大, 参数值根据具体的伺服驱动器型号和负载情况确定, 一般情况下, 负载惯量越大, 设定值越大, 在系统不产生振动的情况下, 设定值尽量较大, 但是增益越大, 偏差越小, 越容易产生振动。
2.2.3 速度积分常数。
一般情况下负载惯量越大, 设定值越大, 系统不产生振动的情况下, 设定值尽量较小, 但是降低积分增益会使机床响应迟缓, 刚性变差。
2.2.4 位置比例增益。
设置值越大, 增益越高, 刚度越大, 相同频率指令脉冲条件下, 位置滞后量越小, 数值太大可能会引起电机振动。
2.2.5 加速度反馈增益。
电机不转时, 很小的偏移会被速度环的比例增益放大, 速度反馈产生相应的转矩, 使电机来回抖动。
3 交流伺服电机振动故障根据现场判断解决
知道了哪些方面会导致交流伺服电机产生振动故障, 实际维修中如何将故障范围进一步缩小进而锁定故障原因是个难点, 需要结合具体的现场信息来综合判断。
3.1 故障发生在新设备开机调试后, 发生在这个时段内的故障最复杂, 可能是由于机械制造方面的原因, 也有可能是参数调整不正确的原因, 需要一步步的排除, 排除的原则是先排除简单的, 后排除复杂的, 如果是数控系统装有两台以上相同的驱动器和交流伺服电机, 其中一台电机产生振动, 可以采用最简单的“对换法”将两台交流伺服电机的伺服驱动器对换, 利用此法可以快速判断问题是否出在伺服驱动器参数设置上。
3.2 故障发生在设备运行使用很长时间以后, 这种情况基本可以排除伺服驱动器参数设置问题, 因为如果参数设置不当, 早就应该反映出问题。
3.3 故障发生在刚刚开机后, 如果刚刚开机交流伺服电机就产生振动, 这种情况下可以确定是在数控系统自动寻在机床原点时发生了机械卡阻导致电机不能到达指定位置或到达指定位置后产生反复, 这种情况下一般是机械故障。
3.4 故障发生在机床正在加工工件时, 这样的情况首先考虑是由于加工时负载增加而导致的振动, 围绕负载增加检查原因。
3.5 故障连续规律发生或断续无规律发生, 故障连续发生时说明导致电机振动的故障原因一直存在, 而断续无规律发生时说明导致电机振动的故障原因有时会发生变化, 这种情况如果负载没有很大的变化基本可以排除伺服驱动器参数设置的原因。
4 结束语
导致交流伺服电机的振动故障是多方面复杂的原因, 从实际操作中总结发现机械故障或机械故障导致的电机故障原因比例较大, 在排除这类故障时需要掌握交流伺服系统的工作原理, 了解哪些原因容易引起电机振动故障, 同时结合现场情况综合判断, 才能彻底解决交流伺服电机的振动故障。
参考文献
[1]寇宝泉.交流伺服电机及其控制技术.机械工业出版社, 2012.
[2]宋家成.数控机床电气维修技术.中国电力出版社, 2009.
[3]钱平.伺服系统[M].机械工业出版社, 2005 (02) .
伺服交流电机论文 第5篇
宇鑫自动化：盘点2014伺服电机采购流程（精简版）
伺服产品主要用于对电机的速度、位移及倾转角度进行控制，在不同行业，伺服用于不同的机器，相关最终客户也有区别。不过大多数伺服应用环境多为需要连续16~24小时不间断工作的环境，因此要求伺服需接近“零故障”运行，对质量的要求较高。同时，目前受国际贸易总额锐减以及人民币汇率上升等因素影响，中国的设备出口额总体上呈现下降趋势，设备价格也在下降，因此设备厂商非常注重伺服的性价比，由此来控制产品价格，提高产品市场竞争力。
新的季度，新的采购计划即将制定。如果您的设备正进行更新与升级，期待获得更好的控制效果与精度，又或是您正着手向中高端市场进军，抢占更高端市场份额。深圳宇鑫自动化有限公司（日本电产三协伺服电机一级代理商）为您推荐伺服领域中一些中高端产品，据数据统计，在这些中商端交流伺服电机产品中，日系产品依然最受客户亲睐。目前，日系产品主要代表有三协伺服、松下、安川等。
如果您正对伺服电机选定还在发愁，也可以尝试以下流程：
采购计划→品牌选择→样品试用→小批量采购→大量采购 采购计划：根据生产计划安排采购计划，设定产品采购数量，通常耗时1个月。
品牌选择：电气工程师和机械工程师根据OEM设备的设计图纸进行产品设计及零部件选型，此步骤为伺服产品选定的核心环节，通常耗时1个月。
样品试用：向伺服供应商或经销商采购样机进行测试（通常采购样机是免费的），此步骤为伺服产品选定的核心环节；通常耗时1~2个月。
小批量采购：小批量的采购并进行使用，一般耗时为2~3个月，如果用户为大型OEM设备商，则耗时有可能更长。
伺服交流电机论文 第6篇
【摘 要】利用西门子现场总线Profibus技术和力士乐伺服控制技术来实现全钢子午线轮胎高精度胎面定长裁断控制系统。
【关键词】胎面定长裁断，Profibus技术，力士乐伺服控制技术
【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0111-01
全钢子午线轮胎生产过程中胎面定长裁断是其关键工序之一，胶料投入挤出机后压出并经牵引拉伸、冷却及定长裁断后得到轮胎胎面。胎面裁断定长检测的控制过程是一个先裁断定长、后单条称重的控制过程。开发一套具有高切割精度（包括加工端面倾斜度和光洁度及定长剪切长度的精确度）、能够适应较高裁断速度的胎面裁断装置，不管从提高产量、减少废品率还是从提高原料的利用率来说都显得极为重要。
一、电气控制部分组成
该控制系统采用Profibus现场总线传输效率最高的单主站线型网络拓朴结构，根据整条生产线的要求，选用了西门子S7-315-2DP为主控PLC，其中PLC作为DP主站。2台驱动电机的力士乐DKC伺服控制器和2个绝对位移编码器接入力士乐CLM1.4-LAP位置控制器，位置控制器本身带有DP接口，可以直接连接在PROFIBUS总线上，作为现场总线控制系统的从站，并且可通过主站完成远程参数配置。控制台上各种操作和显示要求较多，裁断长度的设定与实际值，刀架左右移动的行程及速度，手动控制信号，以及某些系统参数的修改通过TP270来完成，TP270是西门子公司的基于Windows平台的功能强大的操作终端。
二、软件设计及分析
本系统软件设计主要包括三大部分：
PLC控制程序及PLC和位置控制器CLM的通信程序的设计，其中包括系统 Profibus-DP 网络组态、系统硬件组态、控制程序设计等；
力士乐位置控制器裁断伺服控制程序；
监控程序的设计，主要包括系统运行需要的监控主界面、裁断控制界面、报表生成和数据查询界面等人机界面的设计。
1. PLC控制程序设计
系统中以西门子S7-315-2DP作为Profibus现场总线主站提供与力士乐位置控制器CLM直接而便利的高速循环通信服务，通讯速率高、控制适时性好、抗干扰能力强且编程简单。在PLC编程软件STEP7中导入位置控制器CLM设备数据库文件（IN2_04eb.gsd），完成硬件网络组态，为位置控制器分配网络地址，该地址必须与控制器参数中设置的相同，在组织块OB中选用SFC14“DPRD_ DAT”，SFC15“DPWR_ DAT”系统功能块向位置控制器接收/发送过程数据。
在位置控制器参数B007中设置与主站的总线通讯率，参数B008中设置从站网络地址，并选择参数过程数据对象（PPO）类型，这样系统的现场设备与PLC之间通过Profibus-DP总线可以完成数据的读写和控制数据的传输，如控制字、状态字、给定值和实际值等。除过程数据外，Profibus-DP也传输传动系统的参数设置和诊断信号。
2. 位置控制器CLM的伺服程序设计
力士乐位置控制器CLM是一种紧凑型、模块化二/四轴数控系统，直接驱动力士乐DKC伺服驱动器完成交流伺服电机的精确定位运行，本系统中二套力士乐DKC伺服驱动器分别完成传送带定长传送和裁断刀架横移的控制。位置控制器带有丰富的指令集，可在其操作面板或装有编程软件（MotionManger）的计算机上完成控制程序的编写。
裁断伺服控制程序主要由总线Profibus通讯、传送皮带控制和裁断刀架控制三部分组成。控制器与PLC之间控制和状态信息的传送由总线通讯程序完成，控制器接收PLC传送的控制信息如速度值、长度值和操作指令等，同时将运行状态信息传送给PLC进行分析、显示；传送带控制程序完成传送带伺服电机运行的速度和位置控制，进行胎面裁断的精确定长和平稳快速运行；裁断刀架控制程序完成裁断刀架横向移动切割和其辅助装置的控制，保证裁刀动作的正常执行，得到较好的切割端面。
3. 监控系统设计
系统以PLC为第一主站和以工业PC为第二主站，其中工业PC作为上位机，提供良好的人机交互环境，实现对整条生产线的生产管理和监控，并实现连接到车间级INTRANET网络。第一主站（主控PLC）是整个胎面生产线控制系统的核心，实现生产过程数据的采集和处理，以及控制信号的发送与工业PC的通讯，以便于操作人员监控现场的设备。整个系统的操作、工作状态及测量分析结果在工业PC上进行图形显示监控，通过现场总线由PLC上传相关数据信息，处理系统报警，存储历史数据，生成各类报表，并进行图形显示及人机对话，向PLC下传相关控制命令，从而实现监控计算机与现场设备之间的信息管理。
裁断控制人机界面采用TP270触摸屏，通过Profibus总线与PLC主机连接。对于触摸屏的编程，采用西门子公司提供的ProTool/ProCS组态软件进行编程组态。ProTool/ProCS完整的图形用户界面加上软件本身自带的项目组态向导允许用户方便地创建面向对象、基于符号的各种项目。在ProTool/ProCS中界面上的操作单元与执行器之间通过PLC利用变量进行通讯，即在HMI可以直接读或写的PLC上的存储地址。软件设计思想是在完成基本人机交互功能的基础上，设计了一套让操作者能够自学习操作规程的软件系统。通过人机界面，操作者即能设置一些基本的参数。自动运行按照设备设计的动作流程进行自动运行控制时，一些需要调整的参数，如速度、位置等可以方便的在触摸屏上进行调整、修定。异常停止当定位模块、伺服驱动器、行程开关以及机器异常时伺服马达都应该立即停止运转，并产生异常码显示在触摸屏上，以便维修人员及时了解发生的问题。
三、结束语
本控制系统充分利用了西门子PLC、Profibus现场总线技术和力士乐伺服控制等先进技术，系统采用分布式开放结构，响应速度快，组态灵活，控制功能完善，操作简单规范。控制精度达到±1mm，实践证明该套基于Profibus-DP现场总线的控制系统安全可靠，故障率低，产品完全满足下道工序的高标准要求，具有较高的生产和管理自动化水平，提高了生产效率，创造了较好的经济效益。
参考文献：
伺服交流电机论文 第7篇
关键词：交流伺服电机,负载转矩,负载惯量,功率
交流伺服电机是现代数控机床的关键零部件, 合理选配驱动系统中的交流伺服电机不但节约成本, 而且能使机床结构紧凑, 并大大提高机床的质价比。大型重载机床因其承载能力大、切削力大、惯性大等, 在选配交流伺服电机时, 设计人员应综合考虑交流伺服电机的参数、性能、散热方式等指标。
1 交流伺服电机性能的基本要求
(1) 电机在整个转速范围内都能平滑地运转, 转矩波动要小, 特别在低速时应仍有平稳的速度而无爬行现象。 (2) 电机应有一定的过载能力, 以满足低速、大转矩的要求。 (3) 为了满足快速响应的要求, 电机必须具有较小的转动惯量、尽可能小的机电时间常数和启动电压。 (4) 电机应能承受频繁的启动、制动和反转。 (5) 电机应有良好的散热系统。
2 交流伺服电机选配的基本原则[1,3]
(1) 当机床做空载运行时, 在整个速度范围内, 加在交流伺服电机轴上的负载转矩应在电机连续额定转矩范围内, 即应在电机的转矩速度特性曲线的连续工作区。 (2) 最大负载转矩加载周期以及过载时间都应在电机的转矩速度特性曲线的准许范围内。 (3) 加在电机轴上的负载惯量大小对电机的灵敏度和整个交流伺服电机的精度将产生影响, 推荐负载惯量JL正好等于交流伺服电机的惯量JM, 达到负载与转矩的最佳匹配, 或者是1≤JL/JM≤2.5。 (4) 加减速转矩应限定在驱动系统峰值转矩的80%以内。
3 负载转矩的计算
加在电机轴上的负载转矩主要包括切削转矩和驱动系统的摩擦转矩, 计算公式[1]为:T= (p F/2πη) +Tf (1) 式中, T为加到电机轴上的负载转矩, N·m;F为沿丝杠轴向移动工作台和工件所需的推力, N;η为驱动系统的效率;p为丝杠螺距, m;Tf为丝杠螺母加到电机轴上的摩擦转矩, N·m;推力F决定于工作台及工件重量、丝杠螺母及导轨摩擦系数以及水平及垂直方向的切削力, 以水平方向为例, 切削时F=Fq+μMg, 其中Fq为总切削力, N;M为工作台和最大工件的总重量, kg;μ为丝杠螺母摩擦系数;g为重力加速度, 9.8m/s2。
4 负载惯量的计算
负载惯量指驱动系统的所有作旋转运动和直线运动的部件的惯量折算到电机轴上的惯量总和, 通过计算各部件的惯量, 并叠加起来即是负载惯量。为了简化计算, 可以忽略联轴器等。
(1) 驱动系统的滚珠丝杠在绕其中心旋转时惯量, 计算公式[1]为:
(2) 工作台及工件运动的惯量, 计算公式[2]为:
式中:Jg为工作台及工件运动的惯量, kg·m2。
5 加减速转矩的计算
加减速转矩计算公式[3]为:
式中:Ta为加减速转矩, N·m;Nmax为电机最高转速;JL为转换到电机轴上的负载惯量, kg·m2;JM为电机惯量, kg·m2;S为工作台快速移动时加减速时间, ms。
6 选择举例
已知某机床参数:丝杠螺距40mm;丝杠长度5000mm;丝杠直径80mm;工作台快移速度10m/min;工作台和最大工件总重量30000kg;驱动系统效率0.9;丝杠螺母摩擦系数0.005;导轨块的总摩擦系数0.01;驱动系统减速比1:8;快速移动时加速时间常数80ms。
6.1 电机最高转速计算
快移速度的电机转速必须严格限制在电机的最高转速之内, 计算公式为:
式中:Nmax为电机最高转速, r/min;Vm为工作台快移速度, m/min;i为驱动系统传动比。计算得到:Nmax=10×8/0.04=2000r/min。
6.2 负载转矩计算
施加于电机轴上的负载转矩用式 (1) 计算得到:
6.3 负载惯量计算
应用式 (2) 计算丝杠惯量为:Js=3.14×7.85×103× (0.08) 4×5/ (32×9.8) =161×10-4kg·m2;应用式 (3) 计算工作台及工件惯量为:Jg=30000×9.8×0.01× (0.04/ (2×3.14) ) 2/9.8=122×10-4kg·m2;电机轴上的负载惯量:JL=Js+Jg=160+122=282×10-4kg·m2。
6.4 运转功率计算
运转功率计算为:P0=2πNmaxT×10-3/60=2×3.14×2000×38.7×10-3/60=8.1k W。
6.5 加速功率计算
加速功率计算为:Pa= (2πNmax×10-3/60) 2×JL/t= (2×3.14×2000×10-3/60) 2×2.8/0.08=1.5k W。
6.6 电机选择
电机选择的基本条件[4]为: (1) T≤电机额定转矩×80%; (2) Pa+P0≤电机额定输出功率; (3) Nmax≤电机额定转速; (4) JL≤伺服系统的允许负载惯量; (5) Ta≤电机峰值转矩的80%。根据以上计算数据, 可暂选用西门子2000r/min系列的8.7k W 1FT6108-8AC7交流伺服电机。查手册知电机参数如下:额定输出功率:12.1k W;额定转速:2000r/min;额定转矩:55N·m;峰值转矩:180N·m;电机惯量:260×10-4kg·m2。
6.7 电机参数确认
(1) 应用式 (4) 计算所需加速转矩为:Ta=2×3.14×2000× (0.016+0.0124) / (60×0.08) +38.7=113.1N·m<峰值转矩×80%。
(2) 应用式 (4) 计算所需减速转矩为:Ta=2×3.14×2000× (0.016+0.0124) / (60×0.08) -38.7=35.6N·m<峰值转矩×80%。
(3) 验算惯量比为:JL/JM=282/260=1.1, 符合要求。
(4) 验算功率为:Pa+P0=8.1+1.5=9.6<电机额定输出功率, 符合要求。
(5) 验算转矩为:T=38.7=电机额定转矩×71%, 符合要求。
从以上计算分析结果可得:暂选用的电机满足驱动系统的设计要求, 这样就为电机的最终确定提供了可靠的数据。
7 结语
现代数控机床交流伺服电机的选配是一项非常重要的工作, 该项工作须在开始机床结构设计之前, 应结合设计任务书中给定的机床参数来完成。通过上述计算负载转矩和负载惯量的方法可以很轻松地完成交流伺服电机的选择, 该方法在实际的机床设计中被设计人员广泛应用。
参考文献
[1]张培彦, 等.浅谈在数控机床设计中伺服电机的选择[J].中国科技信息, 2008 (17) :134, 136.
[2]张耀满, 等.高加速度数控机床关键技术问题研究[J].机械加工与机床, 2005 (6) :55-57.
[3]张青, 等.数控机床进给系统交流伺服电机选择[J].制造技术与机床, 1998 (7) :18-20.
圆筒型直线伺服电机研究 第8篇
关键词：直线电机,圆筒型,伺服电机
1 引言
本文中的圆筒型直线伺服电动机是笔者公司为国外食品加工机械企业开发研制的新产品,该电机可以直接安装在食品加工设备的载料架上,带动载料架做往复运动。
永磁直线电机在直线运动系统中是直驱式的,不需要其他传动机构,因此其以结构简单、系统体积小、速度快、效率高、精度高等优势,在直线伺服系统中得到了广泛的应用。目前,圆筒型永磁伺服直线电机主要分为三大类:一类为电机的初级绕组无铁芯无磁轭式结构;另一类为无铁芯有磁轭式结构;第三类就是有铁芯有磁轭的结构。这三类电机各有不同的特点,在同体积同状态下,三类电机的输出推力依次增大,但由于第三类电机存在着齿槽效应,致使推力波动大,特别是低频下更是如此。前两类电机因为不存在齿槽效应,所以推力波动较小,系统的控制精度相对更高些。
2 圆筒型永磁直线伺服电动机结构及设计方案
圆筒型永磁直线伺服电动机由初级(圆饼式线圈、控制盒等)及次级(外管、永磁体、磁极等)组成。电机工作时,可以初级固定,次级带动负载运动;也可以次级固定,初级带动负载运动。
根据客户要求,在项目研发的初期,我们采用了第二类设计方案,这样既避免了齿槽效应引起的推力波动和定位力矩,同时又减少了漏磁,提高了电机输出的推力。样机经过用户试验,电机在停电的状态,由于次级与磁轭之间存在吸力,移动初次级之间的相对位置时出现阻滞现象,因为该设备可能会在停电的状态使用,所以只能取消磁轭。但这样给电机的设计带来了更大的难度。在体积不变的前提下,为了达到用户的性能指标要求,且尽可能地降低温升,我们对电机结构及电磁方案进行了反复研究、计算和试验。为了最大限度地提高单位面积的电机出力,我们将电机骨架设计成整体结构并采用耐高温的绝缘材料,这样有效地提高了槽的利用率,促进了性能参数的实现。机壳设计采用导热性好的铝压铸材料,为了提高散热效果,机壳外表面上设计有特殊的高散热筋片,以增加散热面积。为了保证初次级同心(气隙均匀),减小初次级间的摩擦阻力,端盖上除安装有滑动轴承外,端盖设计有油槽,利用虹吸现象供给轴承润滑油,以保证轴承与次级之间良好的润滑效果,这样不仅可以减小摩擦阻力,降低机械损耗,而且可以提高轴承的使用寿命。
设计中我们在固定绕组参数的前提下,进行次级的优化设计计算,通过研究永磁体的宽度、半径对磁场谐波大小的影响规律,不断地调整永磁体的宽度,减小三次谐波,最终确定了最佳的永磁体与磁极的宽度比例及电机绕组的设计参数,经样机试验效果良好,之后为了改善电机制造的工艺性,我们又对绕组参数进行了调整。经试运行,调整后的样机效果非常好,完全达到了用户的要求,得到了用户的认可和好评。
控制上我们采用霍尔元件对电机的位置进行检测,并通过两个芯片对霍尔元件的检测结果进行整理验算,然后反馈给控制器,以实现对电机闭环控制的效果。
工艺上我们采用了电机初级装配后进行环氧浇注,通过环氧树脂将绕组线圈与机壳连接为一体,大大提高了绕组的散热效果,有效地降低了电机的温升,提高了电机的可靠性和使用寿命。同时可以使电机适用于比较恶劣的环境,如在室外、潮湿的环境下电机可以正常工作。
次级结构两端各设计有一个堵头,其靠近端部的位置设计有弧型沟槽,外管装配时采用滚压的方法将外管压入沟槽内,然后端部封头压边,以保证外管及内部零件成为一体。同时在一端的堵头上设计有螺纹孔,次级两端封头后在一端堵头上安装顶丝,以保证里面的零件不发生窜动现象。
另外,该类电机还可以用于驱动电动门,如电梯门、城轨列车门、高速列车及其他需要电动开关门的系统。我们正在对于这方面的应用进行研发,相信很快就会实现产业化的应用。
3 结语
交流伺服系统的冗余控制研究 第9篇
现代武器装备研制的重要技术之一就是保证武器系统具有较高的稳定性和可靠性, 而采用冗余技术能有效地提高系统的稳定性。冗余技术就是通过配置多余的同等功能的部件, 并通过一定的冗余控制逻辑使它们之间能够协调地同步运行, 从而使系统应用功能的实现得到多重保证[1]。本文基于某型号远程火炮控制系统中交流伺服系统部分的研制, 采用双CPU方案实现冗余控制, 通过增加冗余资源来换取系统可靠性, 当主控制处理器出现故障时, 备用控制处理器能够实时自动地接管整个控制系统, 从而保证系统不受停机损失。
1 交流伺服系统原理
该交流伺服系统主要由控制计算机、交流伺服电机、测速装置、伺服放大器、模拟负载等设备组成。控制计算机根据火控系统给出的目标位置, 计算出所需的控制电压数字信号, 通过D/A转换模块将数字信号转换成模拟信号后, 输入到伺服放大器中进行信号调理, 然后输入给交流调速系统, 利用速度闭环环节调节电机的转速, 通过减速器转化为合适的转矩带动模拟负载的运动。模拟负载的实际位置由旋转变压器测得, 然后经RDC模块将模拟信号转换成数字信号, 传送回控制计算机中, 构成完整的位置闭环控制系统, 如图1所示。
2 双CPU冗余技术
双CPU冗余技术就是在系统中增加备用CPU模块, 一旦工作CPU模块发生故障, 控制系统可以快速切换到备用CPU模块, 从而保障系统的正常工作。根据冗余部件的备份状态可以分为冷备份冗余技术和热备份冗余控制技术。冷备份冗余技术就是在系统设计时, 多配置CPU模块作为备份, 一旦正在运行的CPU模块发生故障时, 能及时更换, 减少系统修复时间[2]。这种冗余方案中备用的CPU模块并没有安装在控制设备上, 其弊端就是出现故障时候, 需要系统停止工作, 人工进行切换。本文采用热备份冗余技术, 如图2所示, 热备份冗余就是两个CPU模块同时在线工作, 一个主CPU模块, 一个从CPU模块。主CPU模块按照系统要求正常工作, 从CPU模块处于热备份状态, 实时监控主CPU模块状态, 一旦检测到主CPU模块出现故障时, 从CPU模块便可自动接管主CPU模块工作, 系统不受停机影响。
3 基于TMS320F28335的双CPU冗余控制的实现
主、从CPU均选用TI公司的浮点型DSP, TMS320F28335, 来可以实现系统的位置伺服控制, 与上位机进行通信, 接受上位机发出的指令和数据, 同时将RDC模块的实时位置信号, 经过控制算法的计算得到合适的控制电压, 然后经过D/A转换, 将数字信号转化为模拟信号输出。
3.1 冗余硬件的构成
双CPU冗余控制系统的硬件构成如图3所示, DSP1、DSP2接受到同一个实时位置信号, 采用相同的控制算法, D/A转换采用Maxim公司的高精度D/A芯片Max5134, 输出的模拟电压, 一方面通过多路模拟开关Max14763切换主输出或是备用输出到负载, 另一方面均通过Maxim公司的高精度A/D芯片Max11049, 将D/A芯片输出的模拟电压转化为相对应的数字量, 传回各自的DSP, DSP1、DSP2之间, 通过Cypress公司的双口RAM芯片Cy7c028实现实时通讯。DSP2通过双口RAM芯片实时监控DSP1的输出, 当DSP1正常工作时, 多路模拟开关选通主输出连接到负载, 当DSP2判定DPS1出现故障时, 控制多路模拟开关选通备用输出连接到负载, 从而实时接管DSP1的工作, 实现系统的连续工作。为了保证DSP1、DSP2前段采样的完全同步, 必须两个DSP系统有相同的时钟源, 故两个DSP系统由同一个时钟源驱动, 接受同一个输入信号, 且两个DSP系统采用相同的控制算法, 运行相同的程序。
3.2 故障的判断与定位
在双CPU冗余控制系统中, 两个CPU拥有系统的全部输入, 对于任何一个输入信号而言, 系统都会获得两组采集值。在正常情况下, 两组采集值应该保持一致, 当出现故障时, 两组采集值会产生较大偏差[3]。因此, 本文将解析冗余故障的检测方法引入到双CPU故障检测中, 提出了解析冗余的双CPU故障检测算法, 其实现原理如图4所示。
在解析冗余的双CPU故障检测算法中, 两个CPU在当前时刻对同一个输入信号量进行采集, 可以不建立数学模型获取参数估计值, 并得到采集结果xn, yn, 且xn为yn的观察特征值, yn同样xn的观察特征值, 其故障检测步骤如下:
1) 计算xn和yn的残差val (xnyn) , 如果val (xnyn) <θ, 则判定两个CPU采集的数据一致, 系统无故障, 可取xn作为采集值, 其中θ为相似度门限值, 该值根据实际系统需求而定, 如果val (xnyn) <θ不满足, 则判定系统出现故障, 然后进行故障定位。
2) 获取两CPU前m次采集结果, ……., ……., 并计算CPU1的历史残差:
和CPU2历史残差:
3) 判断val (xn, xn|1) 和CPU1的历史残差平均值是否一致, 判断val (yn, yn|1) 和CPU2的历史残差平均值是否一致。若:
则判定CPU1故障, 并选择yn作为当前时刻采集值, 其中|为历史残差门限值, 若:
则判定CPU2故障, 并选择xn作为当前时刻采集值。
4 故障仿真模拟
当系统正常工作或DSP1正常而DSP2出现故障时, 多路模拟开关应一直选通主输出, 即DSP1的输出到负载, 如图5所示。
对冗余系统性能和功能进行验证的一条重要途径就是进行故障仿真模拟, 本文采用人为手段设置硬件故障, 出于对硬件成本和硬件复杂性的考虑, 通过短时间中断DSP1的数据采集模块的工作, 检验系统能否实时切换备用输出, 即DSP2的输出到负载。仿真结果如图6所示, 成功通过控制多路模拟开关选通备用输出到负载, 保证了系统的连续工作。
5 结语
本文设计了一套基于双DSP的冗余控制系统, 并进行了仿真模拟实验, 实验结果表明, 该系统通过较小的硬件配置成本, 增加了整个交流伺服系统的稳定性和可靠性, 系统出现故障时, 不需要停机进行人工手动切换, 从而保证了系统工作的连续性。
摘要：由于火炮控制系统中对交流伺服系统的高可靠性要求, 提出了双CPU的冗余控制方案。基于TI公司的一款浮点型DSP, 采用两片TMS320F28335为主芯片的硬件冗余方案, 运用解析冗余的双CPU故障检测法判别故障并进行故障定位, 实现冗余热切换, 从而保证了系统工作的连续性。
关键词：交流伺服系统,冗余控制,双CPU
参考文献
[1]闻新, 周露.控制系统的故障诊断和容错控制[M].北京:机械工业出版社, 1998:214.
[2]衡军山.基于双CPU的冗余研究与实现[J].机床与液压, 2008, 36 (7) :8-10.
交流伺服系统参数辨识策略研究 第10篇
在电机驱动应用领域里,要求系统对负载变化和速度改变有很好的动态响应,以及对电机参数变化有良好的鲁棒性。然而永磁同步电机(PMSM)转动惯量和负载转矩的变化会严重影响系统的性能,为达到伺服系统高精度控制的良好动态和静态特性,需要在线辨识系统的负载转矩和转动惯量,同时相应地调节控制器的参数。
转动惯量辨识采取的方法主要分为离线辨识和在线估算两大类。离线辨识是通过点击转速给定端施加特定的速度给定信号,测得电机实际速度的稳态和动态响应,再通过周期积分[1]或者线性最小二乘法[2]等辨识出电机的转动惯量。转动惯量的在线估算则是通过分析电机对外部的扰动信号响应通过观测器法得到信号,再采取诸如卡尔曼滤波器[3],最小方差扩展递归算法[4]得到转动惯量的估计值。本文采用离线方法辨识伺服系统的转动惯量和负载转矩。
1 PMSM的数学模型
假设永磁材料的电导率为零,转子上没有阻尼绕组,相绕组中感应电动势波形为正弦,并且忽略铁芯饱和,不计涡流和磁滞损耗,则面装式PMSM在d-q坐标系下电压方程为
电磁转矩方程为
Te=pn[Ψfiq+(Ld-Lq)idiq] (2)
电机运动方程为
式中:ud,uq分别为d,q轴定子电压;id,iq分别为d,q轴定子电流;Ld,Lq分别为d,q轴定子电感;p为微分算子;Ψf为永磁体基波励磁磁场交链过定子绕组的磁链;ωr为转子电角速度;B为粘滞摩擦系数;Te为电磁转矩;Tl为负载转矩;J为转子和所带负载的总转动惯量;ωm为电机机械角速度[5]。
2 转动惯量、负载转矩辨识算法
在电机运动方程式(3)中,可以通过测量得到的参数有电磁转矩信号Te以及电机的机械角速度信号ωm,需要通过已知信号进行参数估算和辨识的量是负载转矩Tl、总转动惯量J和风载摩擦系数B,因为辨识的主要目的是得到负载转动惯量,所以将与转动惯量辨识值无关的量合并为一项。
其中,
由式(5)可以看出,转动惯量只有在速度发生变化时才能对输出转矩有影响,而扰动转矩中又包含和转动惯量无关的项Bωm(t)和Tl,因此需要选特定的速度给定信号,并利用数学方法消除无关项。
要消除转动惯量辨识无关项,首先要做出如下假设。
与PMSM伺服系统电流环时间常数相比,负载转矩变化缓慢,在中断处理中可视为常量,由于电流环响应迅速,而电机转速变化属于速度环的响应,时间常数相对电流环来说比较大,因此这个假设在实际工况中成立。
选取一个周期为T的测试速度信号即ωm(t)=ωm(t+T),将测试速度信号的微分量
ΔJ
(6)
对式(6)左边第2项即风载摩擦引起的扰动转矩积分项进行如下处理:
可以得到,该扰动转矩在一个周期下的积分作用为零。同样道理,对式(6)左边的第3项,即负载扰动转矩作同样处理,则可以得到负载转矩在一个周期的积分累积作用也为零。消除与转动惯量辨识的无关项,式(6)可简化为
则式(8)表明,通过选取恰当的周期速度给定信号,可以消除与转动惯量辨识无关的变量,对式(8)做进一步整理和变化,可以得到总转动惯量辨识的理论递推式:
综合上述,只要选取合适的速度周期信号,就可以比较准确地辨识出伺服系统的总转动惯量和负载转矩,考虑实际应用场合对电机和机械结构的保护,本文选择加减速比较平滑、幅值较小的正弦信号作为周期速度参考信号。
3 转动惯量、负载转矩辨识方案
永磁同步电机采用转子磁场定向的双环控制策略,实现定子电流的励磁分量和转矩分量的线性解耦,PMSM双环控制结构框图如图1所示。
根据上面提到的辨识算法,搭建负载扰动转矩的辨识结构框图和总转动惯量的辨识结构框图如图2、图3所示。
4 仿真结果与分析
采用Synopsys公司开发的专业仿真软件Saber作为仿真平台,搭建PMSM双环控制系统仿真模型,同时搭建转动惯量和负载转矩的辨识模块,其Saber仿真结构图如图4所示。
为保证电流环对电网电压波动的及时抗干扰能力和速度环有良好的抗负载扰动能力,按照工程设计方法,将电流环和速度环都校正成典型Ⅱ型系统,电流环和速度环都采用数字PI控制器。为确保系统的控制精度和防止采样频率过高引起累积误差,电流环的采样周期为0.1ms,速度环的采样周期为0.5ms,逆变器开关频率为10kHz,永磁同步电机主要参数如下。
额定功率1.57kW,额定转速2000r/min,定子电阻0.6Ω,定子电感3.1mH,额定电流6A,转动惯量0.96×10-3kg·m2,极对数2,机械时间常数0.66ms,电磁时间常数5.2ms。
系统主要由功率驱动模块、控制算法模块、电机模型、负载、独立的负载转动惯量模块、负载转矩辨识模块和总转动惯量辨识模块组成。其中,功率驱动模块实现220V交流电压不控整流成310V的直流电压,再利用SVPWM驱动信号输出逆变电压,给PMSM供电。控制算法模块主要用代码实现Clarke 变换、Park变换和其逆变换、SVPWM、电流调节器和速度调节器等功能。
仿真参数为:给定正弦速度激励信号的幅值100r/min,周期0.2s,仿真时间2s,电机负载转矩7N·m,负载的转动惯量3×10-3kg·m2,则电机的总转动惯量为3.96×10-3kg·m2。下面为给定正弦速度下的仿真结果及说明。
辨识的好坏很大的因素取决于速度的跟随,图5给出了速度给定信号和速度反馈信号的波形,从图5中可以看出两个波形几乎重合,跟随性能良好。
负载转矩的辨识结果如图6所示,在第1个辨识周期0.2s之前,负载扰动转矩辨识波形有很大的波动,这是因为第1个辨识周期转动惯量的初值为0,也就是电机的电磁转矩被认为全部用来克服负载转矩。而在1个周期之后,已经有转动惯量的辨识值输入到转矩辨识模块,但是与实际转动惯量还是有误差,反映到转矩辨识上就表现为正弦的转矩辨识结果。辨识结果在第1个周期之后就已经基本趋于7N·m,辨识误差小于1%,辨识结果有效。
图7为总转动惯量辨识结果的仿真波形,在第2个周期的辨识结果3.93×10-3kg·m2就已经非常接近实际值,辨识误差小于1%,辨识结果与实际值相吻合。在第2个周期以后的辨识值与实际值十分接近,所以辨识值基本成一条直线。产生稳态误差的原因有很多,其中主要的原因在于速度跟随当中一些细微的误差,从而导致电机角速度反馈波形不是理想的正弦周期信号。
仿真参数为:仿真时间2s,负载转矩7.5N·m,负载转动惯量8.0×10-3kg·m2,则总转动惯量8.96×10-3kg·m2。
从图8可以看出,在第1个周期J=0时,输出转矩被认为全部用来克服负载转矩,在第2个周期总转动惯量辨识值为
内,辨识结果有效。
从图9看出,第2个辨识周期辨识出来的总转动惯量J=8.85×10-3kg·m2与实际值存在一定的误差,其主要原因是因为第1个周期的电机转速相对来说没有很好地跟随给定。稳定之后的辨识误差在0.5%以内,辨识结果有效。
5 结论
本文提出了交流永磁同步伺服系统机械参数辨识算法,基于电机运动方程的转动惯量和负载转矩的辨识算法具有实时性好、收敛速度快等优点,此外,该算法可以辨识的负载范围宽,对物理实现有很好的理论指导意义,并且通过Saber仿真结果验证了这种方法的可行性和有效性。
参考文献
[1]Shinichi Kobayashi,Ichiro Awaya,Hiroshi Kuromaru,et al.Dynamic Model Based Auto-turning Digital ServoDriver[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,1995,42(5):462-465.
[2]Lin W M,Su T J,Wu R C,et al.Parameter Estimation ofInduction Machines under No-load Test[C]∥IEEE Confer-ence on Industrial Electronics and Applications,2010,5th:1762-1767.
[3]Choi J-W,Lee S-C,Kim H-G.Inertia Identification Algo-rithm for High-performance Speed Control of Electric Mo-tors[J].IEE Proc.-Electr.Power Appl.,2006,153(3):379-386.
[4]Hong Seok-Joon,Kim Heui-Wook,Sul Seung-Ki.A NovelInertia Identification Method for Speed Control of ElectricMachine[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,1996,25(8):1234-1239.
面向对象的直流伺服电机仿真分析 第11篇
近年来, 基于计算机的建模与仿真方面的研究得到了稳定的发展。传统的物理系统建模与仿真是利用Fortran, C 或ACSL等面向过程的结构化语言直接编写的, 描述系统微分方程的推导、编码、调试和求解都需人工参与。目前, 系统建模大多使用图形化仿真程序和仿真语言, 典型的方法有2种:①使用方块图建模软件, 如采用Matlab/Simulink进行物理系统的建模, 这种方法需要将描述系统行为的微分代数方程手工推导为状态方程的形式, 对于大型复杂系统来说, 这个过程是非常困难的;②利用单一领域的图形化与基本部件模型库进行建模与仿真, 如采用AVL Tycon进行发动机配气机构的仿真优化, 此类专用软件的开放性较差, 且需要开发人员掌握高级编程语言进行二次开发。
同时, 很多单一的机械产品已经向机、电、液、控集成的复杂产品方向发展, 因此多领域物理系统建模与仿真技术成为了开发此类复杂产品的关键技术。国外近几年可视化建模与仿真的系统研究与应用进展迅速。每一种仿真软件都有自己的优点, 但是在处理涵盖多领域系统的模型时, 总是存在或多或少的问题, 还不能对任意复杂的机、电、液、控集成的产品进行统一建模与仿真。在多领域物理系统建模与仿真中最引人注目的是仿真语言Modelica的出现[1]。
本研究介绍物理建模语言Modelica, 对直流电机建模分析, 并采用PID控制器对电机输出转角伺服控制。
1 Modelica与SimulationX
基于Modelica语言的多领域建模仿真技术已成为各国纷纷研究的热点, 该技术也日益成为多物理系统建模仿真的流行方式[2,3]。如Dynasim公司的Dymola, PELAB公司的MathModelica, Avant公司的Saber等。SimulationX是德国ITI公司开发的基于Modelica语言的一种多学科领域系统工程建模和仿真平台, 2008年10月推出了3.1版本, 它的主要特点有:
(1) 在统一的平台上实现了多学科领域系统工程建模和仿真:包括机械、液压、气动、热、电和磁等物理领域。不同领域模块之间直观的物理连接方式使得SimulationX 成为多学科领域系统工程建模和仿真的理想环境之一。
(2) 仿真模型的扩充或改变都可通过图形用户界面 (GUI) 来进行, 不需要编写任何程序代码。SimulationX提供了一个标准化、规范化和图形化的二次开发平台。
(3) 保留了3个层次的建模方式:数学方程级、方块图级、基本元素和元件级;模块名称参数和变量清晰, 不同的用户可以根据自己的特点和专长选择适合自己的建模方式或多种方式组合使用。
2 直流电机建模
2.1 整体建模思想
直流电动机以其平滑的调速性能、宽广的调速范围、较大的起动扭矩和制动转矩以及较高的过载能力得到了广泛的应用[4]。采用SimulationX/Modelica的模块化建模思想以及面向对象的建模技术, 能够很好的实现机电产品的统一建模与仿真分析。本研究利用SimulationX中已有的Electronics, Mechanics, Signal Blocks等领域库, 分别建立了元件模型, 然后再按照其实际的物理连接, 建立了电机模型, 通过标准化接口实现了不同系统之间的连接。同时对电机转角进行控制, 输入预设转角信号, 通过PID控制器实现电机伺服控制, 最后使用OptiY对模型内部PID控制参数进行优化, 使模型满足设计要求。
2.2 电机数学模型
直流有刷电机物理元件模型如图1所示, 其电路方程为:
电机的反向感应电动势为:
电机的电磁转矩为:
电机转速为:
模型方程为:
式中 R—电机电阻;L—电机电感;J—转动惯量;ku—反向电动势常数;kt—电磁转矩常数。
2.3 直流电机建模
该直流电机物理模型元件主要包括控制电压、电阻、电感、电流传感器、感应电动势、转矩、转动惯量、转速传感器等[5]。根据直流电机实际工作原理, 从SimulationX模型库内找出相应元件, 输入参数如下:R=10 Ω, L=0.2 H, J=0.41 kg·m2, ku=2, kt=2。
Modelica语言的non-causal特性可以有效的解决不同系统之间交互所带来的问题。在表达多领域模块间相互作用或耦合时, 尽量保证模块的数学独立性, 即描述研究对象行为的全部方程或计算流程都在模块中实现[6]。为此, 本研究引入势变量和流变量的概念, 并根据势和流之间的关系, 定义了一般意义下的电学模块和惯性模块等。电学模块中采用了统一的电学接口, 其中电压为势变量, 电流为流变量;惯性模块中, 转角和转速为势变量, 力矩为流变量。任何交汇点流变量的和为0, 势变量的值相等。
直流电机的方块图模型如图2所示, 它是根据电机数学状态方程建立的。同样, 借助于SimulationX强大的二次开发工具Typedesigner, 基于Modelica语言直接建立电机模块。根据如图2所示的电机模型状态方程, 笔者建立了直流电机二次开发元件, 如图3所示, 该元件能够被应用到更为复杂的多领域系统模型中。
3 直流电机伺服控制
为了满足控制精度, 需要对直流电机的转角位置进行控制, 本研究通过给定转角直流伺服电机的目标位置信号对电机输出转角位置进行PID控制。由Ziegler Nichols整定法[7]得出特征参数Gcrit和Tcrit;然后根据经验公式计算出PID控制器的控制参数, 即比例系数GP、积分时间常数TI、微分时间常数TD。
直流电机加上PID控制之后的模型如图4所示, 其中Preset为电机转角目标位置信号, 特征参数Gcrit=100, Tcrit=0.44 s, 控制参数为GP=0.6·Gcrit=60, TI=0.5·Tcrit=0.22 s, TD=0.12·Tcrit=0.053 s。
4 仿真结果分析
设置仿真时间为10 s, 仿真算法为BDF-method, 对直流伺服电机模型进行仿真, 可得到直流电机空载阶跃响应曲线, 如图5所示 (其中, 曲线y-Preset为电机目标位置, 曲线Motorinertia为电机实际工作位置) 。6 s后电机位置出现较大波动, 超调量较大, 则需要对PID控制参数重新设定。
优化前的误差结果如图6所示。本研究采用OptiY软件对电机模型的控制参数GP, TI和TD进行优化, 使误差结果MSE保持在合理范围内。将电机的仿真模型导入OptiY中, 设置优化参数和结果比较。OptiY优化模型示意图如图7所示。
优化结果分别如图8和图9所示, 此时GP=431.957, TI=471, TD=398.996。从图中可以看到电机在阶跃响应过程中超调量小, 反应迅速灵敏, 该组控制参数能较好得实现该直流电机的伺服控制, 提高仿真精度。
5 结束语
本研究基于面向对象的多领域仿真平台SimulationX建立了直流电机的数学和仿真模型, 对电机输出转角进行PID控制。为了获取最优化的伺服控制参数, 对仿真结果进行了分析, 在OptiY优化软件中导入SimulationX模型, 设置了优化目标和优化变量, 得出了最优的控制参数。仿真结果表明该模型能够较好地反映直流伺服电机运行时的动态特性, 提高了对电机的设计与优化效率。
参考文献
[1]李炯.面向对象的发动机建模与仿真研究[D].太原:华北工学院动力机械及工程学院, 2003.
[2]陈晓波, 熊光楞, 郭斌, 等.基于HLA的多领域建模研究[J].系统仿真学报, 2003, 15 (11) :1537-1542.
[3]吴义忠, 刘敏, 陈立平.多领域物理系统混合建模平台开发[J].计算机辅助设计与图形学学报, 2006, 18 (1) :120-124.
[4]张琛.无刷直流电机的原理及其应用[M].2版.北京:机械工业出版社, 2004.
[5]JEON Y S, MOK HS, CHOE G H, et al.A New Simula-tion Model of BLDC Motor with Real Back EMF Waveform[C]//Proceeding from Computers in Power Electronics, 2000:217-220.
[6]FRITZSON P.Principles of object-oriented modeling andsimulation with Modelica 2.1[M].NewYork:IEEE Press, 2003.
【伺服交流电机论文】相关文章：
数控系统伺服电机控制论文04-15
数控系统伺服电机控制论文提纲09-11
数控系统伺服电机控制论文参考文献09-22
伺服电机控制06-12
伺服电机应用06-21
伺服电机的无线控制06-30
伺服控制系统论文题目04-01
伺服电动机论文题目04-08
伺服产品生产管理论文04-27
液压伺服系统研究论文04-25