计算机自动控制系统计算机自动控制系统自动控制系统组成与电机控制 低压控制电器与选择 控制电气图自动控制系统组成自动控制系统组成动力执行部件 电动机电动机 运动电机：直流电机、交流异步电机、交流同运动电机：直流电机、交流异步电机、交流同 步电机步电机 控制电机：步进电机、伺服电机控制电机：步进电机、伺服电机 液压与气压液压与气压 控制与保护回路 低压控制电器（空气开关、接触器、继电器、低压控制电器（空气开关、接触器、继电器、 熔断器等）熔断器等） 控制逻辑与计算机 PLCPLC、专用计算机（如、专用计算机（如DTCDTC）、工控）、工控PCPC电动机的选择与控制电动机的选择与控制 电动机选择 满足机械运动的转矩和速度要求满足机械运动的转矩和速度要求 根据负载计算转矩；由转矩和转速计算电机的根据负载计算转矩；由转矩和转速计算电机的 功率；校核电机发热。功率；校核电机发热。 没有运动位置要求时，一般选择交流异步或同没有运动位置要求时，一般选择交流异步或同 步电机（早期选择直流电机）；需要位置控制时步电机（早期选择直流电机）；需要位置控制时 ，选择步进或伺服电机，选择步进或伺服电机 需要考虑电机在不同转速下的转矩特性，特别需要考虑电机在不同转速下的转矩特性，特别 是低速转矩是低速转矩 电动机的控制目标 速度：各种电机都能够满足速度：各种电机都能够满足 转矩：直流电机、伺服电机转矩：直流电机、伺服电机 位置：步进电机、伺服电机位置：步进电机、伺服电机直流电机控制直流电机控制 速度控制 励磁控制法励磁控制法( (改变励磁电流改变励磁电流) ) 改变电枢电压改变电枢电压(PWM(PWM调速调速) ) 改变电枢电阻改变电枢电阻 转矩控制 改变电枢电流改变电枢电流 特点 速度与转矩分开控制，没有耦合，容易实速度与转矩分开控制，没有耦合，容易实 现现交流电机控制交流电机控制旋转磁场 方向控制 改变任意两相顺序改变任意两相顺序 速度控制 转差率转差率s s 极对数极对数p p 频率频率f1f1 基频以下，电压频率比不变基频以下，电压频率比不变 基频以上，电压不变，磁通下降基频以上，电压不变，磁通下降 转矩控制(定子相电压) 变频调速交流变频控制交流变频控制 变频技术分类 交直交变频交直交变频 交交变频交交变频 控制方式 V/f V/f 控制：压频比控制控制：压频比控制 开环、精度低开环、精度低 矢量控制：模拟直流电机解耦控制矢量控制：模拟直流电机解耦控制 速度闭环，一般采用编码器测速速度闭环，一般采用编码器测速 直接转矩控制直接转矩控制 高精度转矩控制高精度转矩控制主要变频器厂家主要变频器厂家国外 安川安川 VarispeedVarispeed G5/G7 G5/G7 西门子西门子 SIMOVERT MASTERDRIVERSSIMOVERT MASTERDRIVERS 富士富士 G11SG11S、P11SP11S ABB ACS-550ABB ACS-550 三菱三菱 FR E500FR E500 东芝东芝 日立日立 爱默生爱默生 TD3000TD3000 国内 森兰森兰 华为华为动力线 L1、L2、L3 U、V、W 输入 正反转控制 vSTF、STR 速度控制（频率控制 ） vRH、RM、RL v模拟输入 输出 报警输出 频率检测 模拟量输出 通信 RS485三菱三菱FR E500FR E500变频器变频器西门子西门子MM440MM440变频器变频器变频器选型变频器选型负载类型：恒转矩、恒功率、风机类变频器功率值与电动机功率值相当时最合适，以利变频器在 高的效率值下运转。变频器的功率分级与电动机功率分级不相 同时，则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率，略大于电 动机的功率。当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动 且较频繁工作时，可选取大一级的变频器，以利用变频器长期 、安全地运行。变频器安装地点必需符合标准环境的要求，否则易引起故障 或缩短使用寿命；变频器与驱动马达之间的距离一般不超过50 米，若需更长的距离则需降低载波频率或增加输出电抗器选件 才能正常运转。IMSIMS交流伺服控制器交流伺服控制器用途 用于交流异步电动机，实现伺服控制用于交流异步电动机，实现伺服控制 通过编程，可以对电动机的位置、转速、加速度和转矩通过编程，可以对电动机的位置、转速、加速度和转矩 实行高性能的灵活控制实行高性能的灵活控制 特点 采用位置控制方式，可以实现精确定位（采用位置控制方式，可以实现精确定位（1 1个脉冲）个脉冲） 具有零伺服锁定功能具有零伺服锁定功能 采用专用的采用专用的QMCLQMCL语言进行编程控制，简单语言进行编程控制，简单 具有通信功能，可以由具有通信功能，可以由PCPC、PLCPLC、单片机等上位机进行、单片机等上位机进行 控制和监测控制和监测 丰富的输入输出口丰富的输入输出口 1616个数字输入、个数字输入、1313个数字输出，个数字输出，2 2个模拟量输入、个模拟量输入、2 2个模拟个模拟 量输出量输出 RS232RS232、RS422/485RS422/485通信接口（可由上位机控制通信接口（可由上位机控制1515个控制器个控制器 ） 单单/ /双双PGPG输入（双轴联动同步），脉冲输出输入（双轴联动同步），脉冲输出 脉冲方向；脉冲方向；A/BA/B相脉冲相脉冲 具有电子齿轮功能具有电子齿轮功能IMSIMS伺服控制器主回路连接伺服控制器主回路连接IMSIMS伺服控制器控制回路连接伺服控制器控制回路连接IMSIMS伺服控制器编程伺服控制器编程 在PC上用编辑器编写IMS语言代码 用专用的编译工具转换成IMS中间代码 人工或通过RS232将中间代码传到控制器交流同步交流同步电机电机工作原理 定子（电枢绕组）：通入三相交流电，产生定子（电枢绕组）：通入三相交流电，产生 旋转磁场旋转磁场 转子（励磁绕组）：通入直流电，产生磁场转子（励磁绕组）：通入直流电，产生磁场 定子磁场与转子磁场异性相吸，使得转子与定子磁场与转子磁场异性相吸，使得转子与 定子磁场同步旋转定子磁场同步旋转 调速方式 极对数极对数 三相交流电频率三相交流电频率步进电机控制步进电机控制 步进电机（脉冲电机，输入为脉冲电压，不是 交流/直流电源） 将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行机构。将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行机构。对电机施加一个电脉冲，转轴转过一个角度（一对电机施加一个电脉冲，转轴转过一个角度（一 步）步）脉冲数增加，位移增加；脉冲频率提高，速度提脉冲数增加，位移增加；脉冲频率提高，速度提 高；分配脉冲的相序改变，方向改变高；分配脉冲的相序改变，方向改变特点 控制特性好：速度取决于脉冲频率，位移取决于控制特性好：速度取决于脉冲频率，位移取决于 脉冲数量脉冲数量误差不累计，步距角不受干扰影响，具有良好的误差不累计，步距角不受干扰影响，具有良好的 跟随性：一个脉冲一个角度跟随性：一个脉冲一个角度动态响应快，易于启动、停止，正反转，调速动态响应快，易于启动、停止，正反转，调速精度比较差，存在失步和震荡现象精度比较差，存在失步和震荡现象步进电机原理步进电机原理U相通电：转子齿1、3吸引到定子U极 V1/V2V1/V2定子齿与转子齿定子齿与转子齿2 2、4 4错开错开3030度度 V相通电：转子顺时针转30度，与V相定子对齐 W1/W2W1/W2定子齿与转子齿定子齿与转子齿1 1、3 3错开错开3030度度 W相通电：转子顺时针转30度，与W相定子对齐 U1/U2U1/U2定子齿与转子定子齿与转子2 2、4 4错开错开3030度度 U/V/W轮流通电，磁场转一周，转子转一个齿距 转子转子4 4个齿，齿距角个齿，齿距角9090度（步距角度（步距角3030度齿距角度齿距角/ /相数相数 ）步进电机通电方式与步距角步进电机通电方式与步距角通电方式 单相轮流通电单相轮流通电( (三相三拍三相三拍) )：UVW UUVW U 双相轮流通电双相轮流通电( (三相双三拍三相双三拍) )：UVVWUVVW WUUVWUUV 单双相轮流通电单双相轮流通电( (三相六拍三相六拍) )： UUVVUUVV VWWWUUVWWWUU 步距角（定子通电一次，转子转过角度 ） 三相三拍、三相双三拍：三相三拍、三相双三拍：120/120/转子齿数（转子齿数（ 如转子齿数为如转子齿数为4040，则齿距角为，则齿距角为3 3度）度） 三相六拍：三相六拍：60/60/转子齿数（如转子齿数为转子齿数（如转子齿数为4040 ，则齿距角为，则齿距角为1.51.5度）度）步进电机控制系统步进电机控制系统控制系统组成 控制器：产生指定频率的电脉冲信号控制器：产生指定频率的电脉冲信号 环形分配器：将电脉冲信号按一定顺序加到环形分配器：将电脉冲信号按一定顺序加到 电机的各相绕组电机的各相绕组 功率放大器：使电机能够输出足够的功率功率放大器：使电机能够输出足够的功率 步进电机：执行机构步进电机：执行机构 控制内容 位置控制、速度控制、方向控制位置控制、速度控制、方向控制伺服电机伺服电机将输入的电压信号（控制电压）转变为转轴 的角位移或角速度输出 改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的 转速与转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制转速与转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制 电压。电压。 伺服电机类型 直流伺服电机：他励直流电动机直流伺服电机：他励直流电动机 。控制电压可以加。控制电压可以加 在定子绕组，也可以加在转子绕组。在定子绕组，也可以加在转子绕组。 交流伺服电机：两相异步电动机交流伺服电机：两相异步电动机 ，转子采用永磁材，转子采用永磁材 料，而定子装有两个在空间相差料，而定子装有两个在空间相差9090度的绕组：励磁绕组度的绕组：励磁绕组 和控制绕组和控制绕组 交流伺服电机交流伺服电机控制绕组的电压大小决定其旋转速度，电压 极性决定旋转方向。 幅值控制。通过改变控制电压的大小来控制电机转幅值控制。通过改变控制电压的大小来控制电机转 速。速。 相位控制。通过改变控制电压与励磁电压之间的相相位控制。通过改变控制电压与励磁电压之间的相 位差来实现对电机转速和转向的控制，而控制电压的幅位差来实现对电机转速和转向的控制，而控制电压的幅 值保持不变。值保持不变。 幅值幅值相位控制。综合幅值和相位控制。相位控制。综合幅值和相位控制。 采用伺服驱动器控制 接收计算机或接收计算机或PLCPLC输出的脉冲信号控制电机的转速和输出的脉冲信号控制电机的转速和 转动方向转动方向 检测编码器的脉冲输入检测编码器的脉冲输入伺服电机控制方式伺服电机控制方式 控制方式 速度控制方式：由外部输入的模拟量确定伺服电机速度控制方式：由外部输入的模拟量确定伺服电机 的速度。的速度。 位置控制方式位置控制方式：由外部输入的脉冲确定电机转动角：由外部输入的脉冲确定电机转动角 度。度。 转矩控制方式：由外部输入的模拟量确定伺服电机转矩控制方式：由外部输入的模拟量确定伺服电机 的输出转矩。的输出转矩。 内部设定速度控制方式：由外部输入的开关量选择内部设定速度控制方式：由外部输入的开关量选择 内部定义的伺服电机速度。内部定义的伺服电机速度。 脉冲输