控制及驱动范文

控制及驱动范文（精选11篇）

控制及驱动 第1篇

伺服驱动系统研究的主要内容是机械运动过程中涉及的力学、机械学、动力驱动、伺服参数检测及控制等方面的理论和技术问题。新一代超大口径射电望远镜工程FAST (five-hundred meter aperture spherical radio telescope) 是一种典型的机电一体化系统, 以交流伺服电机驱动柔索并联机构做高精度空间扫描运动[1,2]。在电驱动柔索并联机构系统中, 伺服驱动系统是其重要组成部分, 另外, 该伺服驱动机构本身也是一个完整的机电一体化系统, 因此, 进行完整系统动态性能分析, 也应该考虑伺服驱动系统的动力学[3]。

近年来, 模糊滑模控制 (FSMC) 的研究引起科技工作者的广泛兴趣[4,5]。滑模控制是一种公认的鲁棒控制方法, 系统的动特性可以通过滑模设计来预先设定, 无论是线性系统还是非线性系统, 滑模控制都显示出良好的控制特性。但实际控制中, 滑模控制的抖动和高增益控制仍然限制着滑模控制的实际应用。模糊逻辑控制本质上是一种非线性控制, 研究结果充分显示了模糊控制系统的强稳定性和鲁棒性[6]。由模糊逻辑控制与滑模变结构控制结合而成的模糊滑模控制融两者优点于一身, 将模糊控制融入到滑模控制中能够有效削弱其颤动。因此, 近年来, 模糊滑模控制理论与方法在电力驱动控制领域倍受青睐[7]。基于以上分析, 本文在建立交流伺服驱动系统动态模型的基础上, 设计了一种模糊滑模控制方法, 把滑模控制和模糊控制结合起来, 不仅保证了控制系统的快速性和鲁棒性, 而且能够有效地削弱滑模控制的颤动。

1 交流伺服驱动系统动态建模

由交流伺服电机驱动的 FAST柔索并联机构的执行机构主要包括交流伺服电机、联轴器、减速器、制动器和卷筒机等。交流伺服电机实质上是一个两相感应电动机[8], 由定子和转子两部分组成。

交流伺服电机的输出经弹性联轴器连接至减速器 (两级摆线轮减速器) 的输入轴, 而减速器的输出轴则通过十字滑块联轴器与卷筒机相连。由于机器在运行过程中的意外掉电有可能造成安全伤害等事故, 故在减速器的输入端安装电磁制动器, 它可在掉电时自动锁死整个机械系统, 避免意外事故的发生。所有这些部件都通过底架连接起来, 而底架则固定到地基上。在建立这类机械系统的数学模型时, 往往需要采用折算的方法, 将复杂的传动系统加以等效简化。因此, 该交流伺服驱动系统的简化等效模型如图1所示。另外, 摩擦现象不可避免地存在于相互接触的运动系统中, 摩擦力因其高度非线性和复杂性将导致位置误差、极限环、爬行等不良现象的发生, 大大地降低控制系统的性能[9]。因此, 下面在考虑摩擦非线性环节和弹性振动等干扰的情况下来建立该机构的动态模型。

交流伺服电动机的动态方程为

${\rm K}{}_{u}U{}_C=J{}_{\text{m}}\frac{\text{d}{}^2\theta {}_{\text{m}}}{\text{d}t{}^2}+(f{}_{\text{m}}+{\rm K}{}_{\omega })\frac{\text{d}\theta {}_{\text{m}}}{\text{d}t}$ (1)

式中, Jm为电机转子的转动惯量;fm为电机及负载折算到电机轴上的的等效黏性摩擦因数;θm为电动机轴的角位移;Ku、Kω均为正常数;UC为控制电压。

设伺服机构的减速装置的传动比为n, 即

$n=\frac{{\rm M}{}_b}{{\rm M}{}_a}=\frac{\omega {}_a}{\omega {}_b}=\frac{\theta {}_{\text{m}}}{\theta }$ (2)

式中, ωa、ωb分别为减速装置输入轴a和输出轴b的角速度;θ为输出轴b的角位移;Ma、Mb分别为减速装置输入轴a和输出轴b的转矩。

则减速器的运动方程式为

θ=θm/n (3)

当不考虑电动机的能量损失时, 根据刚体的转动定律, 得该系统的动态转距平衡方程为

${\rm M}{}_b=n({\rm M}{}_{\text{m}}-J{}_{\text{n}}\frac{\text{d}{}^2\theta {}_{\text{m}}}{\text{d}t{}^2})$ (4)

Jn=Jm+Jr+Jf+Jg

式中, Mm为电动机的电磁转距;Jr为减速装置等效到轴a上的转动惯量;Jf为飞轮的转动惯量;Jg为卷筒机的转动惯量。

考虑到静摩擦力和弹性振动等未建模动态干扰的情况下, 将式 (1) 、式 (3) 和式 (4) 组合得到该伺服驱动系统的动力学方程为

$\begin{array}{l}{\rm K}{}_{u}U{}_C=J{}_{\text{m}}\frac{\text{d}{}^2\theta }{\text{d}t{}^2}+(f{}_{\text{m}}+{\rm K}{}_{\omega })\frac{\text{d}\theta {}_{\text{m}}}{\text{d}t}+w\\ {\rm M}{}_b=n({\rm K}{}_{u}U{}_C-{\rm K}{}_{\omega }\frac{\text{d}\theta {}_{\text{m}}}{\text{d}t}-J{}_{\text{n}}\frac{\text{d}{}^2\theta {}_{\text{m}}}{\text{d}t{}^2})\\ \theta =\theta {}_{\text{m}}/n\end{array}\}$

(5)

式中, w为包含静摩擦力和弹性振动等未建模动态干扰。

根据式 (5) 可以列写以交流伺服电机的控制电压UC为输入量和以输出轴b的角位移θ为输出量的运动方程式:

${\rm K}{}_{u}U{}_C=nJ{}_{\text{m}}\frac{\text{d}{}^2\theta }{\text{d}t{}^2}+n(f{}_{\text{m}}+{\rm K}{}_{\omega })\frac{\text{d}\theta }{\text{d}t}+w$ (6)

根据FAST 50m缩比模型的工程设计 (图2) , 柔索并联机构伺服驱动系统选用的是Panasonic MINAS A系列伺服电机和驱动器, 交流伺服电机的型号为MHMA 502 (大惯量) , 增量式编码器 (11线 2500P/R) , 驱动器型号为MHDA 503, 减速器选用两级摆线轮减速器, 型号为XWE5.5-85, 减速比为187。相关技术参数选为:电机的额定功率、额定转矩和额定转速分别为5kW、23.8N·m和2000r/min;电动机转矩常数Ku和阻尼系数Kω分别选为0.25N·m/V和0.79N·m/ (rad/s) ;折算到电机轴上的等效黏性摩擦因数fm选为0.06N·m/ (rad/s) 。等效电机惯量 (不带制动器) 为0.017kg·m2, 减速装置、飞轮和卷筒机的等效转动惯量分别为0.023kg·m2、0.051kg·m2和0.095kg·m2。

考虑到静摩擦力和弹性振动等未建模动态干扰的影响, 将式 (6) 转化成状态方程为

$\begin{array}{l}\dot{\mathit{x}}=\left[\begin{array}{cc}\begin{array}{l}\\ 0\end{array}& \begin{array}{l}\\ 1\end{array}\\ 0& -\frac{f{}_{\text{m}}+{\rm K}{}_{\omega }}{J{}_{\text{m}}}\end{array}\right]\mathit{x}+\left[\begin{array}{c}\begin{array}{l}\\ 0\end{array}\\ \frac{{\rm K}{}_{\omega }}{nJ{}_{\text{m}}}\end{array}\right]u+d(t)\\ y=[10]\mathit{x}\end{array}\}$

(7)

式中, $\mathit{x}=[x{}_{1}x{}_2]{}^{\text{Τ}}=[\theta \dot{\theta }]{}^{\text{Τ}}$为系统状态变量;y=x1为系统的输出变量;u为系统的输入变量;θ和$\dot{\theta }$分别为第i个电机轴的角位移和角速度;d (t) 为系统参数不确定部分在内的未建模动态等有界扰动。

2 模糊滑模控制器的设计

2.1滑模控制器的设计

滑模控制具有快速性、强鲁棒性及易于工程实现等特点, 但常规滑模控制存在较大的高频颤动, 这种高频颤动可能会把系统中存在的未建模高频成分激励起来, 从而引起很大干扰, 甚至使系统不稳定。另外, 系统的变结构控制在到达滑模面之前并不具有期望的鲁棒特性。采用指数趋近律

$\dot{S}=-\epsilon \mathrm{sgn}S-kS\epsilon ＞0,k＞0$ (8)

来有效地抑制高频颤动, 必须取较小的ε, 而较小的ε又影响系统的快速性;增大k可以加速趋近速度, 但又要求系统有较大的控制强度。为了解决这一问题, 本文通过判断S的大小来选择不同的控制规律, 使系统既具有快速性又能有效地抑制颤动。

由式 (7) 可以定义偏差:

e=x*1-x1=yd-y (9)

$\dot{e}=\dot{x}{}_1^{*}-\dot{x}{}_1=\dot{y}{}_{\text{d}}-\dot{y}=x{}_2^{*}-x{}_2$ (10)

选取切换函数为

$S=ce+\dot{e}$ (11)

式中, c为常数。

采用控制方法[10]

$u=\{\begin{array}{l}u{}_1|S|\ge S{}_0\\ u{}_2|S|＜S{}_0\end{array}$

(12)

式中, S0为滑模带宽度的阈值;u1为指数趋近律控制;u2为模糊滑模控制, c>0且按常规滑模设计方法选择。

当S大于阈值时, 采用指数控制趋近的方法, 目的是加快启动时的系统响应;当S小于阈值时, 采用模糊滑模控制, 目的是保持滑模鲁棒性的同时又能有效地抑制高频颤动。

(1) 当u=u1时, 根据指数控制规律, 再由式 (11) 得

$\dot{S}=c\dot{e}+\ddot{e}=-\epsilon \mathrm{sgn}S-kS$ (13)

控制律化简为

$u=u{}_1=\frac{n}{{\rm K}{}_u}[(f{}_{\text{m}}+{\rm K}{}_{\omega }-J{}_{\text{m}}c)x{}_2+J{}_{\text{m}}(kS+\epsilon \mathrm{sgn}S)]$ (14)

(2) 当u=u2时, 计算模糊滑模控制规律。根据广义滑模条件

$S\dot{S}＜0$ (15)

即

$\begin{array}{l}S\dot{S}=(ce+\dot{e})(c\dot{e}+\ddot{e})=(-cx{}_1-x{}_2)\{-cx{}_2+\\ \frac{1}{nJ{}_{\text{m}}}[n(f{}_{\text{m}}+{\rm K}{}_{\omega })x{}_2-{\rm K}{}_{u}u{}_2+d(t)]\}＜0(16)\end{array}$

由滑模等效控制条件$\dot{S}=0$且d (t) =0可求得滑模等价控制为

$u{}_{\text{e}\text{q}}=\frac{n}{{\rm K}{}_u}(f{}_{\text{m}}+{\rm K}{}_{\omega }-J{}_{\text{m}}c)x{}_2$ (17)

根据滑模控制的基本理论, 控制律取如下结构

u=ueq+us (18)

式中, us为切换控制。

本文应用模糊逻辑推理来逼近滑模切换控制us。

2.2模糊控制器的设计

从滑模的基本理论可知, 相平面上任意一点的S和$\dot{S}$分别表示任意描述点到滑动面 (或切换线) 的相对距离和趋近滑动面的相对速度。从这个意义上来看, 可以根据这一距离和速度的大小来确定控制律以获得期望的滑动模态特性;从消除滑模颤动的角度来看, 综合考虑S和$\dot{S}$两者的大小来确定滑模控制既具有“边界层方法”的特点, 又包含了“趋近率方法”的基本概念。这种基于S和$\dot{S}$来设计滑模控制的思想, 采用模糊逻辑规则实现是较理想的选择。选择S和$\dot{S}$作为模糊控制的输入变量, 则模糊控制器的输出得到滑模切换控制us。将模糊控制器的输入变量S、$\dot{S}‚$输出变量us分别规范化为[-2, 2]区间内的语言变量E、C和U, 其量化论域取为{E}={C}={U}={-2, -1, 0, 1, 2}, 词集取为{NB, NS, ZO, PS, PB}。

根据专家经验法设计模糊控制的推理规则, 其物理意义是根据状态点的运动轨迹到滑模面的距离大小S和$\dot{S}$来决策输出, 当距离较大时, 采用较大的控制量, 目的是增加系统响应的快速性;当距离较小时, 采用较小的控制量, 目的是减小到达滑模面时系统的颤动。基于上述分析, 得到模糊控制规则如表1所示。各模糊子集的隶属函数均采用正态分布函数。模糊控制器的清晰化方法采用MAX-MIN重心法, 即著名的Mamdani推理法, 采用加权平均法进行解模糊运算。

3 计算实例

为了证明上述动态模型的正确性及模糊滑模控制算法的有效性, 下面以FAST 50m缩比模型柔索支撑系统交流伺服驱动机构为仿真对象。在相同给定参数和负载扰动下与常规滑模控制器作对比研究。为简便起见, 仿真过程中的静摩擦力和弹性振动等未建模动态干扰设为幅值为0.2的随机信号, 而输入的指令信号是频率为2Hz的正弦信号:

yd=0.5sin 4πt (19)

图3～图6分别给出了基于常规滑模控制和模糊滑模控制跟踪正弦信号位置、误差曲线;而图7和图8分别给出了常规滑模控制与模糊滑模控制的切换轨迹。模糊滑模控制参数选取如下:采样周期Ts=0.01s, Ke=46, Kc=3.0, Ku=1.7, c=6, k=11, ε=0.6, S0=3.2。

图3～图6可见, 常规滑模控制与模糊滑模控制相比, 模糊滑模控制对系统干扰具有较好的抑制作用且发挥了模糊滑模控制鲁棒性强、动态响应快、超调量小的特点, 因此能较好地跟踪期望信号。图7和图8则表明模糊滑模控制与常规滑模控制相比, 能够有效地削弱常规滑模控制所固有的高频颤动现象, 从而保证了系统的稳态精度。

4 结语

(1) 基于等效简化的电路模型, 并考虑摩擦非线性环节和弹性振动等干扰的情况下建立了交流伺服驱动系统的动态模型。

(2) 针对交流伺服驱动系统, 设计了一种模糊滑模控制算法, 这种方法通过分阶段的加入指数趋近控制来加快系统响应, 同时利用模糊逻辑控制器来实时调整滑模控制的趋近律参数。因此, 该方法不仅保证了控制系统的快速性和鲁棒性, 而且能够有效地削弱颤动。

(3) 以FAST 50m缩比模型柔索支撑系统交 () ()

流伺服驱动机构为实例计算对象进行数值仿真, 结果表明这种控制方法能够获得良好的控制精度和较强的鲁棒性。

参考文献

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控制及驱动 第2篇

关键词：DSP;电压空间矢量控制;变频调速;80C196KC

PWM控制方式是交流变频调速控制的基本方法，其中空间电压矢量(SVf’WM)一被提出后就以其特有的优越性能，在电机调速方面得到广泛应用，该种方法控制简单，数字化实现方便，显著减小逆变器输出电流谐波成分及电机谐波损耗，降低脉动转矩，提高电压利用率。实验结果表明，系统易于实现，动态性能良好，软硬件结构紧凑，具有很好的开放性。

一、空间电压矢量控制策略嘲

空间电压矢量控制技术(SVPWM)是从电动机的角度出发，着眼于如何使电一理论和电机坐标轴系变换理论基础之上的，物理意义直观，数学模型简单，便于微机实时控制，电压空间矢量法与传统的SPWM法相比，不但可以减少转矩脉动和铁损耗，而且可以提高电源的利用率。

二、系统硬件构成系统主电路采用功率开关IGBT构成电压型逆变器，控制电路采用全数字化设计，由数字信号处理器DSP(TMS320F240)、16位单片机80C196KC、高速高精度A/D转换芯片及双口RAM(IDT7133)等作为控制电路主体，还有高灵敏度的检测电路和快速的保护电路等。

(一)主电路

主电路部分全部安装在散热器上，采用交.直.交电压型逆变器形式，由不可控整流桥、滤波电容、逆变器及泵升抑制电路等组成。主电路输入电压为380V，同时系统设计了软启动电路以减少强电对主回路的冲击：逆变器部分则实现直流电到变频变压(WVF)交流电的转换，为电动机的定子绕组提供要求的交流电流。在整个系统故障保护环节中，设置了主回路过压、欠压、过热、过载、制动异常、光电编码器反馈断线、通讯故障等保护，故障信号由软硬件配合检测，一旦出现保护信号，通过软件或硬件逻辑立刻封锁PWM驱动信号。系统采用磁平衡式霍尔电流传感器采样两相电流，利用采样的实时电流信息实现矢量控制和系统的过流保护。

(二)双CPU控制系统

双CPU控制系统由DSP子系统，单片机子系统，双口RAM等组成。为了实观系统的快速实时控制，系统在设计上采用了单片机+DSP双CPU结构，DSP完成实时性要求高的矢量控制任务;FLASH结构的16位单片机80C196KC作为主机完成实时性要求比较低的管理任务，如控制参数设定、键盘处理、状态显示、串行通讯等，单片机和DSP之间的通讯采用静态双口RAM。

三、系统软件

全数字交流感应电动机驱动系统的核心控制程序包含单片机和DSP实时两部分控制程序。在PWM定时中断程序中实现电流环采样及控制、矢量控制、PWM信号生成，中断控制周期设定为100 us，系统控制器的PWM开关周期设置为lOkHz，PWM死区时间为4ps，PMM信号采用空间矢量调制模式;功率驱动保护中断程序则检测智能功率模块的故障输出，当出现故障时，DSP的PWM通道将被封锁，强制输出变成高阻态：系统软件由主程序和PMM定时中断服务子程序构成。主程序在完成系统初始化之后进入循环，等待中断的发生。检测电流、转速和发出6路PWM脉冲在DSP的定时器中断服务子程序中完成。

四、实验结果及结论

采用前面介绍的软硬件设计，完成了变频器的原理样机，输出频率0～87Hz，并在实际用牵引电机上进行了空载实验。牵引电机的基本数据如下：功率37KW，额定电压200V，额定电流183A，额定频率27 Hz。

该系统以空间电压矢量控制技术为理论基础，采用IGBT功率模块作为开关元件，组成交-直.交电压型逆变器，系统在设计上采用单片tfl,+DSP双CPU结构，满足了交流牵引电机的调速控制要求。系统保护功能完善，具备常规的过载、过压、短路、缺相、过流等保护，还可以LED显示故障类型。实验表明，系统易于实现，动态性能良好，软硬件结构紧凑，方案合理，工作可靠，提高了工作效率。

参考文献：

电动汽车驱动电动机及控制技术 第3篇

石油能源是不可再生能源和污染性能源, 随着我国汽车保有量的逐年攀升, 汽车尾气污染日益成为大气主要污染源之一。为了实现资源的高效利用, 节省能源, 降低污染物排放, 以电力发电来替代燃油发电的电动汽车逐渐成为了新宠。近年来, 政府在政策等各个方面给予电动汽车许多优惠条件, 旨在鼓励、发展和使用电动汽车。作为电动汽车的核心组成部件, 不论是纯电动汽车 (EV) 、混合电动汽车 (HEV) 还是燃料电池汽车 (FCEV) , 电机控制系统都是其核心的关键性组成部件, 是电动汽车整车功能的集成和优化的最为核心的单元部件, 电控系统的安全可靠性如何会直接影响到整个电动汽车运行的稳定和安全, 可以说, 电动汽车中的电机控制系统是整个汽车产业信息化转型的重要方面内容。

电动汽车驱动系统结构及电机特点

纯电动汽车 (EV) 、混合电动汽车 (HEV) 以及燃料电池汽车 (FCEV) 中的电力驱动系统在布置和结构方面不尽相同, 但基本上都包含了电机驱动设备、机械传动设备以及车轮这三个主要部件。尽管电动汽车的驱动系统布置方式略有产别, 但在电机驱动布置结构上则主要包括电动机、电子控制器和功率转换器等三个部分, 这三块部件共同构成了电动汽车驱动系统的核心部件, 其中, 评价电动汽车驱动系统差异的最主要的是其中的电动机, 目前, 电动汽车的电动机主要有永磁无刷、开关磁阻、感应和直流四类 (见表1) 。

从表1可以看出, 永磁无刷电动机的整体评价是最好的, 直流电动机评价效果不好, 随着电动汽车驱动技术的快速发展, 在国外的许多大公司已经逐渐开始淘汰电动汽车中的直流驱动系统的应用和研发。就其原因主要是在控制性方面, 永磁无刷电动机和感应电动机要明显优于直流电动机, 此外, 永磁无刷电动机和感应电动机的生产成本低、功率密度高, 后期维护较为简便, 而直流电动机在体积和质量方面大, 成本也高。随着电动汽车的广泛应用, 对于电机的要求也越来越高, 对于可控性、制动再生效率、稳态精度以及转速等方面都提出了更高要求, 这也是未来电动驱动系统发展的研究和改进方向。

电动汽车驱动系统用电机种类及控制技术

电动汽车驱动电动机主要有直流电动机 (DC) 、感应电动机 (IM) 、永磁电动机 (BDCM和PMSN) 以及开关磁阻电动机 (SRM) 四种。

直流电动机及控制技术

直流电动机结构较为简单, 是电动汽车中较早使用的驱动系统。但随着控制技术的发展和电力电子技术的进步, 直流驱动系统逐渐被淘汰, 该结构的电动机机械转向结构容易产生电火花而有一定的安全隐患, 且也不适合在多尘、潮湿和易燃易爆等环境中工作和使用, 换向器在后期的维护过程中较为困难, 价格高、体积和重量大等劣势。

备注:★差;★★一般;★★★较好;★★★★好。

感应电动机及控制技术

电动汽车的感应电动机变频技术有矢量控制、转差频率控制和V/F控制三种。其中, 矢量控制又叫控制定子电流矢量, 它是指在电动汽车中把异步电动机的定子电流矢量分解, 进而产生相应的励磁电流和转矩电流, 并分别加以控制, 同时控制励磁电流和转矩电力之间幅值和相位, 与直流电机相比, 感应电机具有体积小、质量轻, 与车体的适配性更好, 以及运行稳定性强, 后期维修简单, 维护费用较低等优势, 在电动汽车上得到了广泛的应用。

永磁电动机及控制技术

永磁电动机主要有永磁无刷同步电机 (PMSM) 和永磁无刷直流电机 (BDCM) 两种, 目前从运用的实际现状来看, 大多数汽车生产企业多选择永磁无刷同步电机。永磁无刷同步电机调速性能好, 而且电机的功率密度高, 运行效率优良等优点, 但不足之处就是永磁材料时间一久会产生退磁效应, 易腐蚀, 因而生产成本较高。永磁同步电机的研究主要是弱磁控制领域。当增加电子直轴电流时, 直轴电枢就会发生反应, 从而削弱整个电机的气隙磁场, 实现弱磁增速的目的。

开关磁阻电动机及控制技术

开关磁阻电动机 (SRM) 最早正式推出的是英国, 经过30多年的发展, 已经在我国逐渐应用到实际生产中, 如我国第二汽车制造厂就使用过将SRM应用到电动客车的生产中来。SRM驱动系统较为复杂, 具体来说是由SRM电机、位置检测器、控制器和功率变换器组成。而且SRM电机驱动系统难以建模, 是一种非线性, 因此, 对SRM电机驱动系统的控制主要采用神经网络控制和模糊逻辑控制法。SRM电机具有控制方便、成本低、效率高等优点, 也是现实中使用较为广泛的一种电动汽车电机类型。

电动汽车电机控制技术发展趋势展望

随着电动汽车技术研发力度的加大, 以及人们对电动汽车的认可度越来越高, 未来电动汽车的发展前景将是十分广阔。作为电动汽车的核心部件之一的电机及其控制技术也将会迎来良好的发展机遇期。未来电动汽车电机及其控制技术将会呈现出一下特点。

电机种类的多样化

前文中叙述了当前较为普遍的四种电机, 这几种电机在性能的总体评价方面各有优势, 而且目前在不同的电动汽车中都还有应用, 这其中要以永磁无刷直流电机和异步电机为主要的使用两种电机类型。但是, 随着微电子技术、材料科学、数控技术的发展, 可以预见的是在未来电机的种类会越来越多, 例如在直流电机发展基础上, 逐渐开发出混合电机如永磁式开关磁阻等等多种形态。

电机控制的智能化

智能化是未来各个领域的发展方向, 尤其是在电动汽车这样高精尖领域, 未来模糊控制、专家系统、神经网络等非线性智能控制技术都会应用到电动汽车的电机控制系统中, 电动汽车的电机控制将会取得良好的发展成果, 智能化水平将会越来越高。

电机控制的数字化

控制及驱动 第4篇

【摘要】随着电子商务与信息技术的发展，传统会计信息系统(AIS)控制的局限性日益凸显。事件驱动型会计信息系统(EDAIS)控制由于考虑到各种事件中可能包含的风险，而成为会计信息系统控制的发展方向。

随着电子商务和信息网络技术的迅速发展，AIS与企业的其他业务信息系统的融合越来越紧密。AIS的控制题目不再是一个局限于会计部分的孤立的题目，而成为一个涉及到企业各项活动的系统性题目。AIS控制题目也不再是信息系统自身的题目，而应该从AIS体系结构出发，从根本上改变AIS控制的方法与范围。AIS体系结构是指采集、存储、处理、传输数据的步骤、方法或数据处理程序的结构。现有学术研究成果大多是在坚持传统AIS体系结构及其内部控制制度与控制观点的基础上，从信息技术的角度探讨如何加强AIS的控制。这种控制与电子商务、企业信息化的发展极不相适应，并且大大限制了企业的运行效率。笔者从事件驱动体系结构的角度，分析AIS控制。

一、传统会计信息系统控制的局限性

(一)传统会计信息系统数据处理流程

传统AIS是建立在传统会计体系结构基础之上的。传统会计体系结构是指现代信息技术出现之前，会计职员在处理会计数据时所采用的一系列步骤和方法，即会计循环和会计恒等式。基于这种体系结构的AIS采集和存储的数据是有关业务事件数据的一个子集，即只采集和存储那些改变企业资产、负债或所有者权益构成的会计数据。图1反映了基于传统体系结构的AIS采集、存储和处理业务数据的流程。

(二)传统会计信息系统控制的局限性

如图1所示，传统AIS处理流程原封不动地保存了原始的会计循环，只是使用信息技术往自动化老式的会计工作流程。传统AIS控制也正是基于图1所表示的传统体系结构而形成的。

1.从原始数据录进到财务报表输出，整个过程频繁使用了大量的事务文件和工作文件对会计信息进行加工处理，终极财务报表的可依靠性取决于原始数据的可靠性。固然使用了大量的中间文件，但这些文件内容大多来自于同一数据源。例如，应收账款总账及其所属明细账数据都来自同一销售发票。由于存在“垃圾进，垃圾出”现象，当业务过程发生了错误时，不管记录、维护及报告过程使用的技术如何，都将造成报告错误。

2.分离职责和责任局限于使一个人的工作核查另外一个人的工作，着重于事后监视，而忽视了事前预防。

3.没有考虑到信息技术能够减少业务活动中的人为错误，能够对业务与控制规则的符合程度进行监控，而对会计数据进行重复记录，对重复数据做大量调整、核对。这样，既和现代企业对AIS的要求不相适应，又影响系统的运行效率。

4.AIS专门从事收集和处理其他部分所创造的数据信息的工作，独立于业务活动，是反映性的和纠正性的，无法检查、控制、杜尽业务活动过程中发生的错误。

5.会计职员和审计职员在指导内部控制制度的设计、实现、维护和评估时，根据会计治理工作的需要而设定，局限于会计工作的范围。控制程序是局部性的、阶段性的，没有考虑与可能跨越几个职能部分的业务过程有关的种种风险，无法对财务活动以外的其它活动的风险进行控制，而其他活动的风险往往间接或直接地导致了财务风险的产生。

二、事件驱动型会计信息系统数据处理流程

(一)业务过程与事件

业务过程是完成企业战略目标的一系列活动。事件是表示业务过程中的单一活动。一个企业的业务活动可分为业务事件、信息事件、决策与治理事件。业务事件是在业务过程中执行的与向顾客提供商品和服务有关的业务活动;信息事件是指对信息进行收集、加工、存储、维护、传输、报告等的处理活动;决策与治理事件是治理者或其他人在计划、控制和评价业务过程时的决策活动，包括治理资源(人力、物力及资金)和制定战略规划等。

(二)事件驱动型会计信息系统数据处理流程

事件驱动体系结构以业务过程和事件来构造系统，它以各类经济活动事项为中心组织数据，并独立于应用程序之外，业务数据输进一次，便可用于天生各种视图驱动应用所能提供的全部视图。EDAIS是建立在事件驱动体系结构的基础上，在业务发生时收集业务事件的所有数据(如时间、地点、责任人和参与者、涉及到的资源与风险等)，把业务事件数据集成在数据仓库里，同时利用信息天生工具对事件数据仓库中的数据进行会计处理的。即按用户需要产生各种报告视图，如明细账、分类账和财务报表等，实现业务与会计的协同化处理。EDAIS数据处理流程如图2。

三、事件驱动型会计信息系统的风险

EDAIS的风险除了财务风险外，还有经常直接或间接地给企业带来财务损失的其他业务的风险，这些风险可概括为：业务事件风险、信息事件风险及决策与治理事件风险。每一个风险都会波及到财务部分，带来财务风险。风险的控制必须贯串于各种事件之中，而传统体系结构忽视了很多与财务资源有关的非财务风险。

(一)业务事件风险

业务事件风险包括：业务事件发生在错误时间和地点;业务事件没有适当的授权、操纵顺序错误、涉及错误的职员;业务事件涉及错误的资源类型与数目等。这些业务操纵风险用传统体系结构AIS是很难检测出来的。

(二)信息事件风险

信息事件中蕴涵着信息收集、加工、存储、维护、传输、报告等风险。信息收集风险是指对业务事件不能做出正确的判定，对数据采用了不适当的表达形式，从而导致事件数据记录不完整、不正确或无效;信息加工风险是指不能对数据做出正确的选择、排序、合并、更新、计算等;信息存储风险是指存储哪些数据、存储多长时间、采用什么样的存储方式等发生错误;维护风险是指未察觉或未记录组织的资源、参与者、时间、地点的变化;信息传输风险是指信息在AIS内部子系统间或AIS与其他系统间传输时，发生误传、盗窃、删除、被非法篡改等;信息报告风险是指报告输出数据形式不当、或汇总错误，或数据提供给未经授权的单位或个人，或未及时提供数据。

(三)决策与治理事件风险

决策与治理事件风险包括：未能对未来事件做出正确的猜测，致使计划制定错误或不完善;由于规章制度不完善，指挥、协调、控制失效，计划或决策方案没有得到有效的.执行;由于对治理对象的状态信息及治理决策目标信息把握不全，未能对经营成果做出正确的评价。

四、事件驱动型会计信息系统控制

EDAIS控制是根据事件驱动体系结构的特点而提出的，它把风险的控制贯串于企业业务过程的各个事件中，实现了业务活动、信息处理、IT与风险控制的集成。

(一)控制业务活动

1.控制交易风险。建立在传统体系结构上的AIS只能被动地接收各业务部分产生的数据，是反映性的。一旦业务部分的业务操纵出现题目而没有被发现，必然要把错误的数据带进AIS，而传统AIS却无法发现这些错误;EDAIS基于业务活动构建系统，针对业务事件的各种可能风险，设计交易授权、操纵规程和业务执行过程的控制规则。明确规定哪些人答应执行哪些活动，接触哪些资源，哪些事件应在什么时间发生在何处。这样，在业务发生之前便评估其风险，从会计信息的源头上控制风险，防止业务事件、信息事件和决策与治理事件的错误和舞弊。

2.职责分离。EDAIS职责分离除了维持传统的监视与检查功能外，更注重进步效率与预防错误的发生。它能够通过共同数据仓库整合、连接与协调各类平衡的活动，实现相关业务事件的相互牵制与自动核对。例如，当销售业务发生时，可以把其数据直接输进到数据仓库，并直接与收款业务数据进行自动核对，确保无误后，再进行会计处理，而不必像传统AIS那样，由会计部分分别接收各业务活动数据，并进行核对与处理，这样，既进步了组织运行的效率和有效性，又进步了系统控制的质量。

(二)把控制嵌进事件中，实现实时控制

传统AIS作为收集与处理其他业务部分业务数据的一个独立系统而存在，控制范围局限于会计部分，控制时间滞后于业务事件;EDAIS将业务事件与信息事件进行整合，能把控制规则嵌进到系统的记录过程、维护过程和报告过程中，使控制程序和规则成为业务过程及信息过程中不可分割的职能，防止发生错误或舞弊。在信息处理时，检查和治理与事件相关的处理规则、控制程序和政策，实现对业务与信息处理的实时控制。但是，为了实现系统控制的适应性，控制程序和规则要随企业战略、组织结构、业务过程和使用的信息技术的变化而改变。

(三)审计监视

传统AIS是从手工AIS中发展而来的，仅仅收集业务事件的财务数据，还有一些重要的非财务数据被分割后，保存在各业务部分的子系统中。这样，作为审计线索的业务事件数据通常被分割存放在组织的各个不同的职能领域。审计与会计职员进行审计监视时，要到各业务子系统查找信息，然后在数目巨大的电子凭证和电子文件之间进行拼凑。这种事后的审计与监视工作，难度大，可信度低;在EDAIS中，每一个业务事件的有关资源、事件、参与者和地点的数据元素都通过记录过程收集在数据仓库里。采用并行审计技术在AIS中嵌进审计模块，从数据仓库中获取业务事件的全息数据，既可测试系统数据和业务规则的符合性，又可为审计与会计职员提供追踪与监视业务过程的全面、具体的电子审计线索，而且，还可答应使用各种具体的联机数据来进行审计分析和评估。

(四)简化中间处理步骤，降低控制难度

试论新能源汽车与电机驱动控制技术 第5篇

关键词：新能源汽车；动力电池；汽油；电机驱动；控制技术

目前各国经济在快速的发展，科学技术也取得了巨大的进步，但是能源减少、环境破坏这些问题越来越严重，急需解决。之前的汽车必须使用汽油或柴油，造成了石油缺少以及大气污染等问题，对清洁可再生能源的开发必须提上日程。汽车使用能源要向着可再生、低污染的方向发展，目前汽车能源有很多种，汽电混合和油电混合使用是目前较好的一种方案，纯电动更是发展趋势。电力电子技术是如今汽车制造的重要技术之一，有着举足轻重的作用。新能源汽车与电机驱动的控制技术是息息相关的，要将两者有效的结合起来，利用电机驱动的控制技术大力发展新能源汽车，使之更加完善，不仅可以在最大程度上减少使用石油，还可以在最大程度上减少排放的污染物，减少对大气的危害。除此之外，在对电机驱动控制技术进行探究运用时，应该注意对各种小零件的使用，发挥小零件的大用处，从各个方面改进新能源汽车。

一、关于新能源汽车分析

所谓的新能源汽车就是指主要利用清洁能源来作为动力的汽车，具有低污染、节约能源的优点。汽车新能源汽车与人们的生活有很大的关系，新能源汽车发展的好坏直接关系着人们的生活水平，将新能源汽车发展的更加完善，能够提升交通的整体质量以及人们的生活质量，方便人们出行。正因为如此，全球都在致力于研究新能源汽车。与我国相比，发达国家研究新能源汽车的时间较早，并且投资较大，政府给与的扶持政策也很多，所以发达国家的新能源汽车发展较先进。但是我国现在越来越重视新能源汽车的研究，使汽车朝着低污染、使用可再生能源的方向发展，我国政府给与了很多优惠政策，大力支持新能源汽车的研究。

二、新能源汽车电机驱动控制技术

目前，新能源汽车的使用逐渐增多，越来越受到人们的青睐，因为在日常生活中使用的新能源汽车具有很多优点，例如排放的污染物少、使用时间长等。但是，由于受到各种因素的干扰，现在的新能源汽车制造技术还没有完善，不能完全实现使用新能源，大多数的新能源汽车使用的是汽电混合和油电混合。而在新能源汽车的研究中，电机驱动控制技术有着举足轻重的作用，将电机驱动控制技术有效的运用到新能源汽车中，使新能源汽车的发展更进一步。

1、电机驱动控制

目前，全球经济发展迅速，新能源汽车的研究和使用是全球发展的主要方面之一。客观上看，新能源汽车的发展效果较好，不仅减少了对大气的污染，而且在很大程度上减少了对不可再生能源的使用。在新能源汽车的研究中，电机驱动控制技术要想最大程度的发挥作用，必须使用合适的动力系统，要保证动力系统的质量和性能，选择最适合的动力系统。如何选择动力系统是非常重要的问题，以下是电动机的选择依据：

（1）要选择性能较好、质量较轻、外形较小的电动机。目前，各种装置都趋向于于精巧，同样地，电动机也应该朝着这个方向迈进。电动机在新能源汽车的组成中占有非常重要的地位，应该具有性能好的特点以满足新能源汽车发展需要，并且自身的质量要尽量轻巧，外形也应该尽量缩小，以确保其他装置有足够安放的地方。

（2）要保证电动机在转速范围较大的情况下拥有较高的工作效率。

（3）要保证电动机的电磁辐射尽可能的小。新能源汽车不仅要求对大气的污染较低、消耗的能源较低，还要求电磁辐射不能过多，一旦过多就会导致在运行过程中出现问题。

（4）要保证电动机运行过程中花费的成本低。从目前电动机的发展状况分析，电动机能够满足上面三个要求。如今，随着对电机驱动控制技术越来越深的探究，要求电动机在满足上面三个要求的前提下，还要充分考虑其他的因素，最大程度上回收再生能量。

2、电机驱动控制器分析

在研究和使用新能源汽车的过程中，电机驱动控制器是非常重要的，起着关键性的作用。目前，新能源汽车利用的主要是永磁同步电动机调速系统，来控制电机驱动控制器的运行，具有花费成本低、运行较安全的优点，在新能源汽车中得到一定程度的应用。

3、电动汽车驱动系统电磁干扰分析

电动汽车驱动系统在运行时，会产生很强的电磁干扰，并且形成非常复杂的电磁场。开关在打开和关闭的过程中，电流和电压会突然发生改变，单位时间内电压和电流的变化极大，开关在工作时的频率也较高，进而导致了较强的电磁干扰。除此之外，与驱动部位连接的电缆是高压的，运行时经过的电流非常大，电流幅度的变化也会产生较强的电磁辐射。电动汽车驱动系统在汽车的组成中占有极其重要的地位，其性能的好坏对整辆汽车的质量起着关键性的作用。

三、当前新能源汽车电机驱动控制技术浅析

随着全球经济科技的发展，能源紧缺、环境污染等问题越来越引起各国的注意，并成为热门话题。每个国家的能源都是有一定限度的，因此能源的利用一定要合理，不能肆无忌惮的利用。研究新能源汽车的目的就是减少耗能量、降低污染、适应我国能源战略。现在的电机驱动控制技术发展虽然已有很大进步，但是尚未成熟，发展程度依然不能满足当前的社会需求，还需要继续研究，争取更大的进步。新能源汽车与电机驱动控制技术发展的方向主要包括以下两个方面：

（1）新能源汽车与电机驱动控制技术要有效的结合，发挥最大的作用，全方位发展。

（2）提高电机驱动控制技术的整体性能，保证其安全可靠。

结束语：

文章主要关注的是新能源汽车和电机驱动控制技术，目前的技术，在这两个方面表现的还不错，出现的不安全因素很少，从使用情况来看也比较满意。现在不可再生资源越来越少，新能源汽车要把目光放在其他可再生资源上，尽量减少汽油的使用，多开发新能源，否则即使混合其他能源使用，汽油也有用完的一天。在不久的将来，新能源汽车及发动机会越来越成熟，能为世界环境作出贡献。

参考文献：

[1]李永东，朱昊. 永磁同步电机无速度传感器控制综述[J]. 电气传动. 2009（09）

[2]侯利民，张化光，刘秀翀，褚恩辉，王强. PMSM无速度传感器最优转矩控制系统的研究[J]. 仪器仪表学报. 2009（04）

控制及驱动 第6篇

随着国内烟草加工企业的新一轮的技术改造和设备升级, 整个生产工艺流程的优化和细化已经成为烟草加工企业日常工作的重要的一部分, 为此增加计量管的出料辊增加同步驱动系统加大出口物料的驱动力, 减少对物料的阻力使物料顺利输出, 提高计量管输出物料的稳定性和均匀性使电子称流量控制更加精准。

1 现状分析

制丝生产加工工艺中, 计量管设备的主要功能就是为控制称提供恒定连续不断后续物料, 现有的控制称配套的计量管的出料辊都是采用的无动力驱动方式, 主要依靠控制称的皮带运行时带动物料运行, 物料与出料辊产生摩擦驱动出料辊。但是出料辊会对物料产生一定的阻力, 使物料不能十分均匀地从计量管中流出, 产生波浪型物料的出料方式 (如图1:所示的物料出料状态示意图) , 会使控制称的流量产生一定的波动。

以下数据是实际生产过程中进行随机流量波动情况抽检测试, 测试环境为“黄金叶帝豪”生产加工环境, 松散回潮前控制称设定流量8300kg/h, 检测结果如下:

改进前随机抽取20批烟的瞬时量与设定量的误差的最大值做了统计:

从以上生产实际情况应用和数据调查表可以看出, 瞬时流量波动的范围大多数数值集中在 (1.2~1.6) %, 该工序的流量控制指标考核值是1%, 可见大多数批次的流量波动指标无法达到控制的范围之内, 为此要对此工序的设备存在问加以改进设备的运行方式方法, 提高设备的控制精度, 满足生产工艺要求。

2 控制称计量管出料辊的同步驱动系统改造措施

为适应国内烟草加工工艺要求, 拟对控制称计量管的出料系统进行改进, 把计量管的出料辊设计为, 有变频器控制调节转速可以无极调速的动力驱动轴, 出料辊依据电子称皮带运行的线速度进行跟踪调控, 形成同步运行减少出料辊对物料的阻力, 使物料出料顺畅。控制称计量管出料辊的同步驱动系统是为卷烟生产加工中在线控制称 (电子秤或核子称) 设备配套使用的计量管出料辊的驱动控制系统, 其原理在PLC内依据控制称皮带的运行速度建立数学模型, :数学计算公式如下:

采用PLC中的PID控制调节器对控制变频器控制从而驱动电机, 电机通过链条来带动计量管出料辊, 控制计量管出料辊的转速达到控制称皮带的运行速度同步, 进而减少出料辊对物料的阻力保证计量管出料的均匀性。

计量管出料辊通过一个电动机带动齿型带来驱动, 电动机功率0.55kw, 满足出料辊动力转距的控制要求。电动机采用PLC加变频器的控制模式, 通过对控制称皮带的速度信号的换算和处理, 传送给控制计量管出料辊电机的变频器作为速度控制信号, 控制计量管出料辊的转速, 从而实现控制称皮带速度和计量管出料辊的转速的同步。

在PID控制器中出料辊电机的控制可以是手动恒速控制, 也可以是跟踪控制称皮带速度的自动调节速度控制.自动调节速度控制能够实现控制称皮带速度和计量管出料辊的转速的同步, 减少出料辊对物料的阻力, 保证出料的均匀一致性根据实际工作情况, 进行了计量管出料辊结构设计, 计量管出料辊具体结构示意图如下:

出料辊在电机的带动下以电子称平皮带运行的线速度一致的线速度旋转, 在旋转过程中在于计量管平行的方向对计量管中的物料产生一定的助推力, 使物料能够迅速到达出料口。在出料口处于电子称皮带平行的方向, 由于出料辊的旋转速度与皮带运行的速度一致, 会对物料产生水平方向的带动力, 使物料能顺畅平稳的通过出料口进一步保证了出料的均匀性, 为电子称提供了稳定的物料供给, 使称的控制精度得到较大的提高。

计量管出料辊驱动方式可选。可采用有动力驱动也可选原有工作方式, 因此具有很好的灵活性。采用链条传动, 传动精确可靠性高.实现控制称皮带速度和计量管出料辊的转速的同步, 减少出料辊对物料的阻力, 保证出料的均匀一致性。计量管出料的均匀, 为控制称的流量控制提供基础条件。计量管出料辊采用有动力驱动方式, 减小物料对出料辊的挤压和损毁, 延长设备的使用寿命。

3 控制称计量管出料辊的同步驱动系统改进后达到的目的和意义

应用效果检验:控制称计量管出料辊的同步驱动系统设计、制造、安装调试和正式投入使用后, 计量管出料的波浪型出料的情况得到了明显得改善, 物料的平稳性和稳定性得到保证。电子称瞬时流量控制精度有了较大的提高, 满足了工序的生产工艺要求。

改进后随机抽取20批烟的瞬时量与设定量的误差的最大值做了统计:

从以上生产实际情况应用和数据调查表可以看出, 控制称计量管出料辊的同步驱动系统投入使用后, 电子称实际生产过程中瞬时流量波动的范围大多数数值集中在 (0.2~0.5) %, 该工序的流量控制指标考核值是1%, 可见大多数批次的流量波动指标达到控制的范围之内, 满足生产工艺要求。

5 结论

本文通过对控制称计量管出料辊的同步驱动系统的改进和实际应用进行了相关的陈述, 创新性的改进控制称计量管出料辊的同步驱动系统, 实现控制称计量管出料的连续性、稳定性减少物料的供给波动, 提高电子称得流量控制精度, 实现了工序控制的精细化和精准度。为叶丝加工过程的流量稳定建立相关模型。此次研究应用改进为其他制丝加工生产工艺段的流量控制提供理论依据和借鉴之处, 便于我们推广使用优化制丝生产各个流量控制环节的流量精准控制, 为打造特色中式卷烟加工企业做出自己应有的贡献。

参考文献

[1]许建营.烟草工艺与调香技术.中国纺织出版社.

[2]贺力克.自动控制技术.科学出版社.

控制及驱动 第7篇

岸桥在选择一个电气驱动方案时,首先要考虑的是驱动对象的负载特点。岸桥的负载有以下的特点:起升机构是一个位能性负载,当箱重一定时,在任何转速下负载转矩总是保持恒定,而且负载转矩方向也不随电机转速方向的改变而改变;集装箱起重机的载荷有效率是50%,即有一半时间是空吊具运行的。即使是在带箱的时候,也不都是满箱起吊额定负载。为了提高生产效率,希望在轻载时能提高速度。负载转矩与转速成反比,即形成恒定功率控制;起升机构和小车行走机构都是间隔短时重复连续工作制,即对箱、吊箱、运行、对箱,周期性的起停或加减速,间隔很短。它要求具有良好的调速性能,除了要求有足够的热功率和起制动转矩外,还要考虑过载能力的迅速反应和电动机的良好通风散热;起升机构下放重物的过程是一个能量转换的过程,此时的电动机处于发电状态。如何吸收这部分机械能量,是岸桥集装箱起重机电气控制必须解决的问题。基于上述原因,进行岸桥电气驱动和控制研究是十分必要的,而且也是具有很强的工程使用价值的。

2 直流驱动与交流驱动的分析

2.1 直流驱动与交流驱动比较[1]

在上个世纪9 0年代以前,岸桥几乎采用直流驱动,因为直流驱动具有以下几个优点:直流驱动的调速性能好,很容易实现基速下的恒磁场改变电枢电压的调压调速以及基速上的弱磁恒功率调速;启动转矩大,动态响应好,有很好的起制动特性;重物下放时的机械能很容易转换成电能反馈给电网,系统效率高,节省了能源。但是直流驱动还有以下的缺点:与交流电动机相比,直流电机结构复杂,价格高,维护工作量大;为改善换向器的换向条件,要求直流电机电枢漏感小,电机转子短粗,因而造成飞轮力矩大,限制了其速度响应时间和最高弱磁转速;谐波分量大,功率因数较低,在高要求场合要增加谐波吸收及功率因数补偿装置。而交流驱动特点有:无炭刷,无整流子,维护保养性好;转子的转动惯性较小,因此电动机的速度响应好,最高速度比直流电机高;电机可制成全封闭型,耐恶劣环境性能好;由于使用正弦波脉宽调制(PWM)控制方式,从进线电源处看,功率因数基本上接近1;较小的谐波电流,在进线侧可以不增加谐波滤波装置。基于这些优点,使得交流驱动在岸桥使用中越来越广。

2.2 交流驱动系统[2]

驱动系统如图1所示。交流驱动的执行机构是交流异步电机。交流异步电机在设计制造完成以后,其基本特征已经确定,即其输出转矩只与滑差转速有关,空载时电机转速与同步转速相同,带载时随着负载大小的变化,电机转速较同步转速有一个相应的微小差异。有以下关系式:

其中,n:电机实际转速;n0:同步转速;n*:滑差转速式中滑差转速与负载有关,所以,只要改变同步转速,就能改变电机转子的实际转速。而同步转速n满足下式:

式中p为电机级数,为常数,所以,只要改变电机输入端的频率,就能改变电机的同步转速,进而改变电机转子的实际输出转速。

交流驱动的控制方式主要有以下几种:V/F控制、电压矢量控制、速度闭环矢量控制和直接转矩控制。起升及小车运行机构使用闭环矢量控制,大车运行及俯仰机构使用V/F控制。

3 岸桥对交流驱动系统要求

对起升机构而言,恒定功率控制是一个特殊的问题。即在额定负载时,电机转速为额定转速;当负载减小时,电机速度相应提高。适合起升专用的变频器能自动检测负载的转矩,并根据测得的负载转矩变化情况,保持恒功率输出。轻载时电机运转速度成倍提高,以提高工作效率。

起升及俯仰机构的另一个特殊要求,要当电机处于发电机运行状态时的能量处理。常规的处理方法是采用制动电阻将能量消耗掉,但这样会浪费宝贵的能源;较先进的方法是使用能量反馈单元,将能量直接送回电网。现在已有将整流桥和能量反馈单元整合在一起,能实现能量的双向流动;同时保证电流波形与电网电压波形同相的正弦波。

4 岸桥电气驱动和控制的基本特征

现代岸桥集装箱起重机上电气驱动和控制具有以下基本特征:

4.1 起重机向重、高、大,速度更快的方向发展[3]

1)起升重量越来越重。从基本的吊具下40.5T到可以双吊20ft箱的64T;

2)起升高度逐渐增高。轨下从12m增加到16m轨上从35m增加到40m,总行程达56m;

3)小车行程越来越大。外伸距从55m增加到65m后伸距增加到22m。总行程达117m;

4)起升速度越来越快。额定负载时90m/min,起动时间约为2s,空吊具时180m/min,起动时间为4s;

5)小车速度越来越快。额定负载时240m/min或300m/min,加速到最高转速时间为6s。

要达到以上的技术参数指标,就要求电气驱动系统有非常高的性能,即大功率和快速响应。

4.2 应该具有起升防下坠功能[4]

传统的起重机当吊着重物从停止状态向上提升的启动瞬间,总可以看到重物是先朝下坠落一点,然后再向上提升运行。这是因为当主令控制器发出起升命令后,首先打开制动器,同时电动机输出向上转矩,这个输出的转矩弱小于重物重量产生的转矩,那么重物就会因制动器的释放而下坠一点,随后因电动机输出转矩的逐渐加大,超过了重物产生的转矩后,重物才会被向上提升。在集装箱装卸中,这是必须绝对避免的,因为吊着重箱对集卡的情况是经常发生的,一不小心就会把集卡砸坏。现代集装箱起重机电控系统中都应具有起升防下坠功能。其基本的原理是在每次制动器抱闸时,记录下此时的电动机输出转矩,当下一次制动器再打开时,电动机就会输出上一次记忆着的转矩值。即若上一次是空吊具重量,则提供空吊具的输出转矩,若上一次是额定重量,则提供额定重量电动机转矩,这样就不会出现重箱下坠现象了。

4.3 通讯网络的普遍使用

现代岸桥的电气控制系统无一不采用PLC作为整机的控制中心。除了PLC以外,为了整机的故障显示、箱量管理和起重机维护保养的需要,又增加了CMS(起重机管理系统)。无论直流系统还是交流系统都有若干个调整控制器,即驱动器。PLC、CMS、驱动器之间都需要交流信息即通讯。整台起重机上有3个层次的不同的通讯方式:

第一层:各个输入/输出模块与PLC之间的通讯;

第二层:PLC与各个驱动器之间的通讯;

第三层:PLC、CMS之间的以太网(ETHERNET)通讯。

(注:图中方框为输入)

3层通讯网络的机构如图2所示。这3个层次的通讯在同时进行着不同内容的信息交流,互不干扰,使得实时控制的响应时间在第一层次达到10ms,第二层次达到5～10ms。PLC与CMS之间的以太网通讯则是大批量的数据通讯。如果通过光缆线与地面计算机相连,那么,RCMS远程起重机管理系统也挂在第三层以太网上。

4.4 半自动、全自动操作的实现[5]

半自动就是指除吊具最后接触集装箱闭锁动作及吊具离开集装箱时的开锁动作由司机操作控制按钮完成外,其余运行轨迹及过程都能自动完成。具体操作如下:

如果卸船,司机把吊具开到船上要卸箱的位置上,对完箱闭锁,然后把操纵台上的选择开关放到“学习位置”,把陆侧通道数据选择开关放到要卸箱的通道数1～7任一位置上。然后人工将集装箱吊起并转到陆侧所选定的通道上开锁,吊具上升离开集装箱后停止。此时可把选择开关放到“正常位置”上。如果司机继续开始上升并同时脚踏自动运行开关,那么起升和小车会同时运行(此时起升手柄可以释放),按人工运行时走过的轨迹,回到陆侧指定通道上方相当低的位置停下,等待人工对位开锁。因为配备有电子防摇功能,所以在整个运行中,箱子的摇摆很少。整个过程中,司机只需要在海陆侧两头参与操作,其它时间自动运行,大大减轻了司机的工作量。

全自动操作通常需要在两个固定点间吊箱或箱卸时才能采用。例如,德国汉堡港的双小车岸桥上,其第二小车安装在岸桥连系横梁海侧平台上。第一小车把箱子船上卸下,放到桥吊上的海侧平台上,第二小车再把箱子从海侧平台吊起,放到陆侧或后伸距内的指定通道上。

所以,主小车先由司机吊箱,采用半自动的工作方式,辅小车是在两个固定位置间的传送,采用的无人驾驶的全自动操作方式。电子防摇系统及位置控制的精度可以达到50mm以内,然后利用定位传感器对位置进一步微调,再利用导板的定位、着箱,完成销锁动作,这样就完全取消了人工的干预。汉堡港双小车岸桥的工作效率,平均每小时可达到44箱。这完全建立在现代电气控制的高精确定位及良好的驱动性能的基础上的。

4.5 小车防摇系统的不断改进

随着起重机的起升高度越来越大,小车的速度越来越快,司机跟钩对箱操作越来越困难。对小车防摇系统的要求也越来越迫切。随着起升高度的增加,传统的分离小车防摇方式效果变得很差,大多数的电控供货商都研制了各自的电子防摇系统来克服吊具随小车运行时引起的摇摆。电子防摇的方法有两种:一种是在小车架下安装一个发射装置(有的用激光发射器,有的用一个摄像头)和一个接收装置,在吊具上架安装一个反射器。当吊具前后摆动时,接收装置检测到吊具前后摆动的角度,从而控制小车的运行方向和速度,将这个摆动角度限制到最小,达到防摇的目的。另一种是全电子防摇,它把小车的加速分成两个阶段,第一阶段加速到一半速度后,保持这个速度运行一段时间,为的是等吊具的摆动跟上这个速度,然后在进行第二阶段加速,达到最高转速,此时吊具也能跟上这个速度了。停止也分为两个阶段,先减速到一半速度,保持一段时间,让吊具的速度也慢下来,然后再进行第二阶段的减速,跟着吊具的摆动直到速度为零。这种方法的突出优点是在不需要任何附加硬件设备就能实现小车摇摆,故障率就很低。但是它需要建立一个复杂的数学模型,实现起来有较大困难。

5 结束语

根据岸桥的负载特点以及直流驱动与交流驱动的优缺进行比较,找出适合与目前岸桥驱动系统的应该是交流驱动系统。另外通过对岸桥的交流驱动系统原理的研究,找出了适合岸桥交流驱动的控制方式是闭环矢量控制及V/F控制。最后对岸桥的电气驱动和控制特征进行了一定的研究,分析出今后岸桥电气驱动和控制的发展方向。为今后岸桥电气的设计提供宝贵的设计思路,对其研究具有重大的意义。

参考文献

[1]美国起重机制造商协会.CMAA规范[S].CMAA No20-839DC300

[2]德国工业标准.起重运输机械[S].DIN 15018-15020 DIN15070-15095

[3]欧洲起重机械设计规范[S].FEM 1001.修订版.1998

[4]国际电工委员会.IEC/TC18-92[S]

盾构机主驱动启动控制研究 第8篇

盾构机涉及机械、电气、液压、测量、控制等多学科技术, 常用来开挖切削土体和拼装隧道衬砌层等, 是一种用于地铁和过江隧道、城市供水等施工的技术密集型重大工程装备。特点是开挖质量高、速度快、工作强度小、安全性能高、对地表沉降和环境影响小, 比传统的钻爆法隧道施工更加具有优势。在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时, 必须依赖盾构掘进机。

高自动化控制是盾构机的主要特点。盾构机采用电力作为动力来源, 通过触摸屏、PLC、变频器、气动、液压及一些主令开关来实现隧道掘进中挖掘、推进、导向、渣土的改良、渣土的传送、注浆、管片的拼装等各个环节的自动控制。

1 盾构机主驱动系统

刀盘是盾构设备的重要组成部分, 是进行掘进作业的主要工作装置。虽然盾构机刀盘工作转速要求不高, 然而由于地质构造复杂、刀盘作业直径大, 因此要求刀盘的驱动系统应具备以下特点:大功率、大转矩输出、抗冲击、转速双向连续可调, 在满足使用要求的前提下需具有减小装机功率、节能降耗等工作特点。刀盘作为盾构机的主驱动系统必须具有高可靠性和良好的操作性能。盾构机上主驱动通常靠变频水冷电机驱动, 刀盘速度可调, 具有较大的扭矩储备和较高的传动效率, 能源消耗低, 节省电力费用。

盾构机刀盘变频驱动系统工作原理图如图1所示。变频电机驱动可在0～100 Hz范围内调速达到全额扭矩, 电动机功率恒定。变频电机驱动的优点是:启动电流小、效率高、调节环路的反应好、配备的标准感应变频电机维修简单、噪音低、冷却性能好、可改善环境温度。但其控制部分要求具备一定的工作环境, 环境不能潮湿。这种方式便于盾构机的使用和保养, 在更换刀具时, 刀盘转动可随时停止在现场需要的角度, 可以通过改变相序, 非常方便地来改变刀盘的转动方向。近年来, 随着对变频技术和设备的开发, 使得这种方式的应用越来越广泛。

采用变频调速驱动时, 每台电机都需要配置单独的变频器, 其目的是在主变频器不工作时, 盾构机仍能正常运行, 从而保证了刀盘驱动的平稳性。在性能及控制上, 要求各变频器之间信号交换时间要降到最短, 以保证它们之间的同步性。驱动电机上应装有扭矩限制器以保护主驱动器不受尖峰扭矩的损坏, 并保证其在扭矩限制器动作后及时复位。

2 主驱动启动控制方式

盾构机刀盘驱动一般为6台、8台、10台电机同时驱动, 每台电机都由1台变频器控制, 变频器又与PLC通讯连接, 然后通过外部开关按钮来控制调速。控制信号通过操作室的操作面板和触摸屏传给操作盘PLC, 然后传给动力盘PLC, 再传给变频器盘PLC, 最后传给变频器。在PLC控制变频器工作时, 可以采用2种启动方式:一种是所有电机同时启动, 测量所有电机转速, 取平均速度为目标值, 所有变频电机速度向目标值 (平均速度) 接近, 如图2所示;另一种是主从电机启动, 在多台电机中设一台电机为主控电机, 主控电机跟踪系统设定速度。将主控电机运行时的实际转矩作为其他若干电机的力矩设定值, 即从控制电机跟踪主控电机的转矩值, 如图3所示。2种方式都要求电机在短时间内启动, 以减小电机不同步而对联轴器的冲击。

由异步电动机的机械特性可知, 同一型号的几台电动机硬轴联结, 2台电动机的机械特性相同, 则负载在电机间平均分配, 每台电动机承担相应比例的负载。但在实际中, 各电机之间存在物理连接, 即彼此之间相互耦合, 又由于制造的原因, 往往可能出现电枢电阻或磁通不相等的情况, 导致所有电机的特性不一致, 它们之间必然会产生细微的转速差, 微弱的转速差产生的拖动不同步可能会使系统结构应力成倍增加, 此时负载在电机间就不能平均分配。因此所有电机同时启动的方式对联轴器的冲击较大, 容易造成故障, 降低盾构机使用寿命。

另外, 由于矢量控制和直接转矩控制都不能用于同时启动方式, 因此, 这种同时启动方式只能采用恒压频比控制方式。由于恒压频比控制方式的稳态和动态调速性能都不高, 且低速时带载能力差, 起动转矩低, 一般应用于调速性能要求不高的场合。另外, 在该方式下, 各电动机只是理想空载转速一致, 而实际转速由机械特性曲线和负载力矩决定, 因此, 群拖方式下的各个电机转速并不能保证完全一致, 同步性不高, 故群拖方式只能用于同步运行要求不高的场合。

为解决同轴串联的电机间的转矩平衡问题, 盾构机的主驱动控制系统通常采用主从控制结构, 主系统按照操作命令要求对整个系统进行速度控制, 主系统的速度调节器输出作为转矩设定值, 分配给主、从系统。取所有电机在各自系统中的磁通值, 把转矩设定值转换成电流设定值, 进行电流闭环调节从而保证2台电机的出力基本一致, 以达到转矩平衡。

变频器驱动电动机, 在电动机输出轴上安装扭矩转速传感器, 由扭矩转速传感器测得的输出扭矩T和转速n送到工控机, 计算出电动机的输出功率P, 将输出功率P与电动机额定功率Po作差值运算△P=P-Po, 再由功率偏差△P按一定的控制律给出控制信号u, 对电动机的扭矩与转速作恒功率调节。这样电动机始终在额定功率附近运行, 达到高效节能的目的。

3 仿真对比

在砂土工况下2种启动方式的功率曲线如图4所示, 在软土工况下2种系统的功率曲线如图5所示。

从仿真曲线可以看出: (1) 2种系统在软土工况下扭矩接近额定扭矩, 电机的输入功率基本相同。 (2) 2种系统在砂土工况下扭矩较小, 由于同时启动控制方式的功率因数是随负载减小明显下降, 而主从启动控制方式的功率因数基本不会因负载变化而变化, 因此主从启动控制驱动系统的电机输入功率比同时启动控制驱动系统的电机输入功率小, 系统更节能。

4 结语

由以上分析可知, 针对同轴连接需要同步运行的盾构机驱动主从启动控制是一种最佳的选择方案, 不仅能够保证多个同轴电机的同步运行, 而且可较好地实现负载的均匀分配, 减少了设备因不同步、负载分配不平衡而导致的系统故障和产品质量差等现象的发生, 保证了生产正常高效的进行。

参考文献

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控制及驱动 第9篇

四轮驱动汽车可以最大限度地利用地面提供的附着力, 从而提高了整车的动力性和行驶稳定性。传统的全时四轮驱动汽车前后驱动轴和左右驱动轮之间均采用开式差速器连接, 很容易引起单轮空转, 导致汽车抛锚。为此, 人们提出了牵引力控制系统 (traction control system, TCS) , 通过对各驱动轮的驱动力矩进行调节, 控制驱动轮的滑转状态, 从而提高整车动力性和行驶稳定性[1,2]。

已有文献针对四轮驱动汽车牵引力控制系统进行了研究:文献[3]在电控轴间扭矩分配控制的基础上, 提出了按需求进行扭矩分配的控制策略;文献[4]采用PI控制方法设计了发动机节气门控制系统与轴间扭矩分配控制系统;文献[1, 5]采用对发动机油门和驱动轮制动进行控制的方法实现了车轮滑转率的调整。然而, 目前基于轮间扭矩分配装置对左右轮驱动力矩进行主动控制的研究并不多见, 而且, 过多依赖于制动控制反而会降低整车动力性与燃油经济性, 加剧制动器的过热磨损。针对上述问题, 为更贴近实际四轮驱动汽车的动力性要求与结构构造, 本文通过增加轮间扭矩分配装置, 结合发动机、轴间电控限滑差速器实现对左右驱动轮驱动力矩的联合主动控制。

1 全时四轮驱动汽车动力传动系统

全时四轮驱动汽车动力传动系统如图1所示, 主要采用发动机、轴间/轮间电控限滑差速器控制实现牵引力联合控制[4]。

2 执行系统数学模型

牵引力控制系统的执行机构包括发动机、轴间电控限滑差速器和轮间电控限滑差速器。为研究牵引力控制系统的工作特性, 首先对执行机构的工作特性进行研究。

2.1 发动机模型

发动机的动态响应过程由带一阶惯性滞后环节的发动机模型来表示, 其稳态输出转矩特性如图2所示。

发动机的输出动态转矩为

式中, Ts为某油门开度下稳态转矩;t1为系统滞后时间常数;t2为系统时间常数;s为拉氏变换变量。

2.2 轴间电控限滑差速器数学模型

前后传动轴的轴间扭矩分配由轴间电控限滑差速器完成, 它主要由一个普通差速器和一个湿式多片摩擦离合器组成, 其结构原理如图3所示[6,7,8]。

轴间电控限滑差速器通过控制湿式多片离合器的接合和分离来调节限滑转矩Tc的大小, 进而控制传递给前后传动轴的扭矩:

式中, Tfront、Trear分别为前后传动轴传递的扭矩;Tin为轴间电控限滑差速器输入扭矩;Tc为轴间电控限滑差速器产生的限滑转矩;rs、rq分别为太阳轮半径和齿圈半径。

多片离合器的接合和分离以液压系统轮缸压力作为动力源。将液压系统压力变化简化为带滞后环节的一阶惯性环节, 其相应的时域方程为[9]

式中, Ce为等效容性元件液容;pw为液压缸压力;pp为电动泵出口压力;Re为等效液阻;φ为阀口节流指数, 其取值为0.5~1.0;R′e、φ′分别为减压时的等效液阻和节流指数。

2.3 轮间电控限滑差速器数学模型

轮间电控限滑差速器用来完成左右驱动轮的驱动力矩分配, 以后驱动轴为例, 它的结构原理如图4所示。

轮间电控限滑差速器也通过控制湿式多片离合器的接合与分离来产生限滑转矩, 从而调节四个驱动轮的驱动力矩。轮间电控限滑差速器工作时, 四个驱动轮的驱动力矩分别为

式中, Tfl、Tfr、Trl、Trr分别为左前、右前、左后、右后轮的驱动力矩;Tfc、Trc分别为前轮间、后轮间电控限滑差速器产生的限滑转矩。

3 控制系统设计

3.1 控制系统结构

基于车轮驱动防滑的牵引力控制系统采用分层模块化设计, 牵引力控制系统ECU为上层控制器, 它通过分析驾驶员的驾驶意图和车辆行驶状态, 向下层控制器发送操作指令, 决定下层控制器的开启与关闭。下层控制器包括发动机目标转矩控制器、轴间扭矩分配控制器和轮间扭矩分配控制器, 其控制系统结构如图5所示[10,11,12]。

3.2 控制策略

四轮驱动汽车在不同路况下行驶时, 牵引力控制系统根据各驱动轮的滑转状态, 通过发动机目标转矩控制、轴间电控限滑差速器控制和轮间电控限滑差速器控制来调节各驱动轮的驱动力矩, 从而保证各驱动轮的滑转率控制在最佳滑转范围, 以提高整车动力性和行驶稳定性。但是, 为了保证汽车行驶时的转向能力, 应优先控制前轴驱动轮的滑转率在最佳滑转范围[13,14,15]。所制定控制策略如表1所示。表1中, sf为前轴驱动轮的平均滑转率;s0为驱动轮目标滑转率。

3.3 发动机目标转矩模糊控制器设计

发动机目标转矩控制器采用基于前轴驱动轮目标滑转率的模糊控制算法对目标输出转矩进行控制, 其控制原理如图6所示。

发动机目标转矩控制器的输入为前轴驱动轮平均滑转率sf与驱动轮目标滑转率s0的偏差e0及偏差变化率de0/dt, 输出为目标转矩的增量ΔT。

通常认为驱动轮目标滑转率s0处于0.1~0.25范围内时车辆可同时获得较大的纵向和侧向附着系数, 这里取s0=0.18。

3.4 轴间电控限滑差速器模糊控制器设计

采用轴间电控限滑差速器对前后传动轴驱动力矩进行控制的控制目标是使前后轴驱动轮的平均滑转率保持一致, 将更多的驱动力矩分配给附着状况较好的前轴或后轴, 从而改善汽车的动力性。本文采用基于前后轴驱动轮平均滑转率之差的模糊控制算法, 其控制原理如图7所示。图7中, Δsfr为前后轴驱动轮平均滑转率之差;Δs0fr为前后轴驱动轮平均滑转率之差的目标值 (Δs0fr=0) ;e2为Δs0fr与Δsfr的偏差;模糊控制器的输入为偏差e2及其变化率de2/dt, 输出为轴间电控限滑差速器液压系统的调节量Δp2。

3.5 轮间电控限滑差速器PID控制器设计

轮间电控限滑差速器对左右驱动轮的驱动力矩进行控制, 使左右驱动轮的滑转率均保持在最佳滑转范围, 充分利用地面附着系数, 同时保证汽车行驶时的转向能力[16]。

本文采用基于左右驱动轮转速差的PID控制算法对轮间电控限滑差速器进行控制, 其控制原理如图8所示。图8中, Δωlr为左右驱动轮转速差;Δω0lr为左右驱动轮转速差的目标值 (Δω0lr=0) ;控制器的输入量为Δω0lr和Δωlr的偏差e3, 输出量为轮间电控限滑差速器液压系统的调节量Δp3。控制器输出的液压系统调节量Δp3的数学表达式为

4 仿真结果分析

为验证所提出的牵引力控制策略的控制性能, 结合所建立的整车仿真模型, 分别在低附着均一路面、对接路面、分离路面和上坡分离路面上对四轮驱动汽车的整车加速性能进行性能仿真分析。

4.1 低附着路面仿真分析

仿真条件:汽车保持挡位不变, 在0~1s时, 汽车以2.5m/s的速度匀速直线行驶, 在1s时驾驶员踩下加速踏板使加速踏板行程达到最大, 然后保持加速踏板位置不变, 路面附着系数为0.1。

图9所示为四轮驱动汽车在低附着路面直线加速行驶时无牵引力控制的仿真结果。由图9可知, 第1s时, 发动机油门开度α迅速增大到100%, 然后保持不变, 发动机输出转矩和车轮驱动力快速增大, 由于没有牵引力控制, 驱动轮发生过度滑转, 滑转率迅速升高, 车轮驱动力下降, 导致地面附着力不能得到充分利用, 同时发动机转速上升, 输出转矩下降。仿真结束时, 整车速度为6.78m/s。

图10所示为四轮驱动汽车在低附着路面上直线加速行驶时有牵引力控制的仿真结果。根据所制定的牵引力控制策略, 通过控制发动机目标转矩使前驱动轮保持在最佳滑转范围, 同时, 轴间电控限滑差速器调节前后传动轴的驱动力矩, 使前后驱动轮的平均滑转率之差减小为0。在牵引力控制系统的作用下, 前后轮的地面附着力都得到充分利用, 整车动力性有一定的提高。仿真结束时, 整车车速为7.42m/s, 比无控制时的整车车速提高了9.4%, 而且前驱动轮的滑转率被控制在最佳滑转范围, 因而有较大的侧向附着力, 保证了汽车的转向能力。

4.2 对接路面仿真分析

仿真条件与4.1节相同, 汽车行驶道路0~13m的路面附着系数为0.7, 13m后的路面附着系数为0.1。

图11所示为四轮驱动汽车在对接路面直线加速时有牵引力控制的仿真结果。由图11可知, 进入低附着路面后, 根据所制定的牵引力控制策略, 采用发动机和轴间电控限滑差速器联合控制将前后驱动轮的平均滑转率控制在最佳滑转范围, 从而保证车辆在对接路面上行驶时的动力性和行驶稳定性。仿真结束时, 整车速度为12.26m/s。

4.3 分离路面仿真分析

仿真条件与4.1节相同, 汽车行驶道路0~7m为良好路面, 路面附着系数为0.6, 7m后的行驶路面为分离路面, 路面中心左侧地面附着系数为0.1, 右侧地面附着系数为0.6。

图12所示为四轮驱动汽车在分离路面上直线加速行驶时无牵引力控制的仿真结果。由图12可知, 进入分离路面后, 左驱动轮的地面附着系数减小导致驱动力减小, 左前轮和左后轮相继出现过度滑转;同时, 由于普通差速器的等力矩分配特性, 右前轮和右后轮的驱动力也大幅减小, 使整车动力性降低, 同时左右轮速的不相等也易使车辆偏离正常行驶轨迹。仿真结束时, 整车速度为10.35m/s。

图13所示为四轮驱动汽车在分离路面上直线加速行驶时有牵引力控制的仿真结果。由图13可知, 汽车进入分离路面后, 轮间电控限滑差速器控制系统迅速发生作用, 产生限滑转矩, 使左驱动轮的驱动力矩减小, 右驱动轮的驱动力矩增大, 左右驱动轮都保持在最佳滑转范围, 较高一侧的路面附着系数得到充分利用, 仿真结束时, 汽车整车车速为13.94m/s, 比无牵引力控制时提高了34.7%。

4.4 上坡的分离路面仿真分析

为检验发动机、轴间/轮间电控限滑差速器的联合控制效果, 基于上坡分离路面这种复杂路况, 对四轮驱动汽车整车动力性能进行仿真分析, 以验证所制定控制策略的有效性。

仿真条件与4.1节相同, 汽车行驶道路0~8m为良好路面, 路面附着系数为0.6, 8m后为坡度10%的分离路面, 路面左侧地面附着系数为0.1, 右侧地面附着系数为0.6。

图14所示为四轮驱动汽车在上坡的分离路面上直线加速行驶时无牵引力控制的仿真结果。由图14可知, 汽车进入分离路面后, 左前轮和左后轮相继出现过度滑转, 左侧车轮驱动力大幅减小, 降低了整车加速性能与爬坡性能。仿真结束时, 整车速度为8.07m/s。

图15所示为四轮驱动汽车在上坡的分离路面上直线加速行驶时有牵引力控制的仿真结果。由图15可知, 汽车前驱动轮进入分离路面后, 发动机和轴间/轮间电控限滑差速器同时工作, 把四个驱动轮的滑转率均控制在最佳滑转范围, 使整车动力性、行驶稳定性与转向能力均得到保证。仿真结束时, 汽车车速为13.71m/s, 比无牵引力控制时提高了69.8%。

5 结论

(1) 建立了发动机模型、轴间/轮间电控限滑差速器模型以及相应的液压系统模型, 设计了发动机目标转矩模糊控制器、轴间电控限滑差速器模糊控制器以及轮间电控限滑差速器PID控制器, 提出了基于驱动防滑的全时四轮驱动汽车牵引力控制策略。

控制及驱动 第10篇

摘 要： 本文主要讨论了项目驱动法在“计算机控制技术”课程中的教学研究与实践，分三步讨论了项目驱动法的实施过程及各步骤中教师所起的作用。教学效果明显，学生的动手能力、创新能力、实践能力等各方面能力都会得到提高。

关键词： 计算机控制技术 项目驱动法 教学研究

一、引言

计算机控制技术是电子信息工程、电气工程及其自动化、测控技术与仪器等专业的一门重要的专业技术基础课，是为培养从事自动控制和自动化仪表等专业领域的工程技术人员设置的，是一门涉及基础理论和知识面较广、知识集成度高的一门实践性较强的技术类课程。

项目驱动法是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学法，其原则是将学生的学习活动与大的项目或问题相结合，以探究问题引出和维持学习者的学习兴趣和动机；创造真实的教学环境，让学生带着真实的项目学习，在这个过程中，学生拥有学习的主动权，教师不断激励学生前进，从而使学生真正掌握所学内容，并通过此项目举一反三，收到更好的学习效果[1]。因此，探索如何将项目驱动法应用于“计算机控制技术”的教学与实践，培养学生系统的设计能力与创新能力具有实际意义。

二、项目驱动法的实施过程

项目驱动教学法要求在教学过程中以完成一个个具体的项目为线索，把教学内容巧妙地隐含在每个项目之中，让学生自己提出问题，并经过思考和老师的点拨，自己解决问题。在完成项目的同时，学生树立创新意识，形成创新能力，养成自主学习习惯，学会如何发现问题、思考问题、寻找解决问题的方法。具体教学过程举例如下。

1.结合学生特点，精心设计项目。

项目驱动教学法需要教师在教学中投入大量的精力，教师不仅要组织好教学，还要具备扎实的专业基础知识，进行项目策划、管理和评价。教师要根据教学内容进行合理策划，明确项目要解决的关键问题，在项目实施过程中容易出现的问题及解决方法。项目的选择要难易适中，不能因为难度过大而使学生失去自信和学习的兴趣[2]。计算机控制技术的主要内容有：计算机控制系统的硬件设计技术，主要包括总线和输入输出接口与过程通道；数字控制技术，主要包括逐点比较法插补原理、步进电机、伺服电机；常规及复杂控制技术，主要包括数字PID控制，最少拍控制，纯滞后控制技术、串级控制技术、前馈-反馈控制技术等；计算机控制系统的软件设计，包括人机接口、测量数据预处理、数字控制器的工程实现、软件抗干扰技术等；还根据有分布式测控网络技术等。根据这些教学内容，可以设计如下项目：数据采集系统的设计、步进电机控制器的设计、直流电机调压调速系统的设计、锅炉内胆温度计算机控制系统设计等。

2.引导学生分解项目并提出问题。

项目设计好后，首先进行学生分组，项目教学法的实质是按照项目运作方式，分组协作共同完成项目，学生可以按组别围绕各自的项目学习、讨论、实践，分组的组员搭配，内容分工等都会影响实施效果，因此要分工明确[2]。本次教学实践针对的对象是电子信息工程专业卓越班的学生，这些学生学习态度认真，头脑灵活，实践能力强，根据实际情况，分为五组，每组五六人。拿到项目后，学生先考虑如何简化项目，把总项目分解成一个个阶段项目，并把这些阶段项目分解成更小的分项目。细化项目之后，学生就可确定解决这些分项目的方法，最后再由分项目到阶段项目再到总项目，完成学习任务[1]。在这个过程中，引导学生不断地思考如何完成项目，遇到哪些不能解决的问题，这些学生提出的问题是他们要知道的关键知识，这时候讲授这些新知识，激发学生的学习欲望。比如直流电机调压调速系统的设计中，学生接受任务后，需要查阅资料，了解直流电机测速和调速的原理，然后确定设计方案，最后进行系统的软硬件设计与仿真，这些都是阶段性项目。这个项目涉及的知识点有计算机控制系统的硬件设计，计算机控制系统的软件设计，数字PID控制器及其参数整定等内容，这些都可以分解成更小的分项目，教师引导学生进行项目分解并明确分工。学生在项目实施过程中，会提出各种他们遇到的问题。

3.根据提出的问题，及时讲授新知识。

问题提出后，就要开始寻求解决问题的方法，老问题学生自己解决，可以查阅文献，复习以往教材等，新问题要通过师生的共同探索解决。教师的教学活动既要重视学生项目各阶段的问题，又不能忽略基础知识的讲授，将学生各个阶段遇到的问题分成若干模块，由浅入深、层次分明地讲授，给学生架构一个系统的全面的知识框架。在学生分析解决每个具体任务时，教师辅导学生将相关的知识点都串联起来。

三、项目驱动法的实施效果

将项目驱动法引入“计算機控制技术”的教学实践中，取得非常好的效果：学生学习兴趣提高，学习主动性明显提高；提高学生的动手能力、文献查阅与综合能力；学生的创新能力得到提高，在完成项目的过程中，学生会思考如何将所学知识应用到实际生活中，也会思考怎样更好地执行，这些都是创新的体现。学生在执行项目的过程中，既学到新知识，又巩固旧知识，还从系统层面掌握计算机控制系统的设计方法，学生在分组合作过程中又增强团队协作能力，各方面都能力都得到提高，为他们以后的就业提供保障。

四、结语

本文主要讨论了项目驱动法在“计算机控制技术”课程中的教学研究与实践，教学效果明显，学生的动手能力、创新能力、实践能力等各方面能力都得到提高。

参考文献：

[1]尤志慧.“项目驱动法”助程序设计课教学[J].现代教学，2004（6）：40-41.

控制及驱动 第11篇

关键词：支气管哮喘,疗效观察,氯驱动,空气泵驱动

近年来多采用布地奈德、沙丁胺醇雾化液用空气泵雾化机吸入控制哮喘发作。但在临床上发现哮喘急性发作多伴有缺氧, 发作时用空气泵雾化机吸入药液的同时无法吸氧。2007年10月至2010年3月, 我科利用氧气做驱动雾化吸入并与空气泵雾化机雾化吸入的方法进行比较。

1资料和方法

1.1 资料

2007年10月至2010年3月, 我院呼吸内科住院的中度哮喘急性发作患者120例, 其中男72例, 女48例, 年龄40～82岁, 诊断标准参照《内科学》第7版[1]。120例患者按入院先后顺序采用随机交叉对照法分为氧驱动组和空气驱动组, 每组60例。两组病情程度及年龄经统计学处理差异无统计学意义 (P>0.05) 。

1.2 方法

两组患者均采用常规治疗, 包括抗感染、平喘、补液等治疗, 在此基础上给予布地奈德混悬液1 mg (规格:1 mg/2 ml) , 2次/d、沙丁胺醇溶液5 mg (规格:100 mg/20 ml) , 3次/d、再加生理盐水2 ml稀释后雾化吸入。氧驱动组使用“吉纳”氧气驱动雾化吸入器 (QW15型) 以4～6 L/min氧气做驱动, 空气驱动组使用“吉纳”空气泵雾化仪做驱动。

1.3 疗效判定

显效:治疗3 d内呼吸困难缓解、咳喘及肺部哮鸣音消失;有效:治疗3～7 d内呼吸困难缓解、咳喘及肺部哮鸣音消失;无效:治疗7 d后仍咳喘、喘息及肺部哮鸣音无明显减少。

1.4 统计学方法

采用SPSS 11.5软件包进行分析。疗效比较采用χ2检验。

2护理

在氧气雾化时规范化护理对于治疗效果非常重要。耐心做好解释工作, 消除紧张情绪, 争取患者的配合。雾化时最好选择坐位, 有利于吸入药物沉积到终末细支气管及肺泡, 仰卧位由于潮气量减少, 不利于吸入治疗。因此, 在患者体力能够支持的情况下, 尽量采取坐位或半卧位[2]。雾化吸入时, 使喷雾器保持竖直向上, 根据雾量大小调节氧气流量, 一般氧流量为4～6L∕min。指导患者将吸嘴放入口中紧闭嘴唇深吸气, 用鼻呼气, 如此反复, 直至药液吸完为止[3]。吸入结束后, 协助用清水清洁口腔, 预防口部念珠菌感染。雾化器用500 mg/L优氯净浸泡30 min, 清水冲净, 晾干备用。雾化器专人专用, 防止院内交叉感染。

雾化吸入过程中应注意患者面色、呼吸、有无缺氧加重等情况, 如果患者呼吸困难加剧, 面色发绀, 口唇发绀, 应立即停止雾化吸入并给予吸痰, 同时通知医生给予相应处理。雾化吸入后, 给患者拍背, 以利痰液排出。

3结果

氧驱动组60例中, 显效22例, 有效31例, 无效7例, 显效率36.7%, 总有效率88.3%;空气驱动组60例中, 显效11例, 有效40例, 无效9例, 显效率18.3%, 总有效率85.0%, 氧驱动组显效率明显高于空气驱动组 (P<0.05) (表1) 。

4讨论

哮喘是有多种细胞和细胞组分参与的气道慢性炎症性疾病。这种慢性炎症与气道反应性相关, 通常出现广泛多变的可逆性气流受限, 并引起反复发作性的喘息、气急、胸闷或咳嗽等症状。急性发作的治疗目的是尽快缓解气道阻塞, 纠正低氧血症, 恢复肺功能, 预防进一步恶化或再次发作, 防止并发症[1]。然而, 通过空气泵雾化吸入药液, 无法同时吸氧以纠正低氧血症, 往往延误了治疗时机。通过氧做驱动的雾化吸入疗法, 在抗炎、解除支气管痉挛的同时迅速纠正缺氧。

本组资料结果显示, 在全身综合治疗的同时应用氧驱动雾化吸入, 胸闷、喘息、呼吸困难等症状明显缓解, 特别是在急性期, 氧驱动组与空气驱动组在治疗3 d内呼吸困难缓解、咳喘及肺部哮鸣音消失, 相比差异有统计学意义。说明氧驱动吸入药液在改善肺功能的同时还可及时纠正缺氧, 改善组织缺氧状态, 降低肺动脉高压, 减少并发症的发生, 为治疗及抢救赢得时间。

氧驱动雾化吸入控制哮喘急性发作比空气驱动治疗效果显著。氧驱动雾化吸入药液治疗范围广、雾化柔和、雾化过程舒适、用药量小[4]且噪音小、装置简单、价格便宜、实用性强, 可作为控制哮喘急性发作的首选治疗方法, 值得临床推广应用。

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