時(shí)間：2022-11-09 18:51:13
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電機(jī)設(shè)計(jì)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：變頻電機(jī)設(shè)計(jì)交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器諧波
一、變頻器運(yùn)行時(shí)對(duì)變頻電機(jī)工作的影響
在變頻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，采用電力電子變壓變頻器作為供電電源，供電系統(tǒng)中電壓除基波外不可避免含有高次諧波分量，對(duì)外表現(xiàn)為非正弦性，諧波對(duì)電機(jī)的影響主要體現(xiàn)在磁路中的諧波磁勢(shì)和電路中的諧波電流上，不同振幅和頻率的電流和磁通諧波將引起電動(dòng)機(jī)定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗。這些損耗都會(huì)使電動(dòng)機(jī)效率和功率因數(shù)降低。同時(shí)，這些損耗絕大部分轉(zhuǎn)變成熱能，引起電機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致變頻電機(jī)溫升的增加。如將普通三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%～20%。同時(shí)這些諧波磁動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子諧波電流合成又產(chǎn)生恒定的諧波電磁轉(zhuǎn)矩和振動(dòng)的諧波電磁轉(zhuǎn)矩，恒定諧波電磁轉(zhuǎn)矩的影響可以忽略，振動(dòng)諧波電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)使電動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)，從而造成電機(jī)轉(zhuǎn)速(主要是低速時(shí))的振蕩，甚至引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。諧波電流還增加了電機(jī)峰值電流，在一定的換流能力下，諧波電流降低了逆變器的負(fù)載能力。對(duì)于變頻電機(jī)，如何在設(shè)計(jì)過程中采取合理措施避免或減小應(yīng)用變頻器所帶來的影響，以求得系統(tǒng)最佳經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果，是本文討論的重點(diǎn)。
二、變頻電機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
對(duì)于變頻電機(jī)，其設(shè)計(jì)必須與逆變器、機(jī)械傳動(dòng)裝置相匹配共同滿足傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性，如何從調(diào)速系統(tǒng)的總體性能指標(biāo)出發(fā)，求得電機(jī)與逆變器的最佳配合，是變頻電機(jī)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)理論依據(jù)交流電機(jī)設(shè)計(jì)理論，供電電源的非正弦以及全調(diào)速頻域內(nèi)達(dá)到滿意的綜合品質(zhì)因數(shù)是變頻電機(jī)設(shè)計(jì)中需要著重注意的兩個(gè)問題，設(shè)計(jì)中參數(shù)的選取應(yīng)做特別的考慮。與傳統(tǒng)異步電機(jī)相比，一般變頻電機(jī)設(shè)計(jì)有如下一些特點(diǎn)：
1.用于變頻調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)要求其工作頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，所以設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)不能僅僅考慮某單一頻率下的運(yùn)行特性，而要求電機(jī)在較寬的頻率范圍內(nèi)工作時(shí)均有較好的運(yùn)行性能。如目前大多調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的工作頻率在5Hz~100Hz內(nèi)可調(diào)，設(shè)計(jì)時(shí)要全面考慮。
2.變頻電機(jī)在低速時(shí)降低供電頻率，可以把最大轉(zhuǎn)矩調(diào)到起動(dòng)點(diǎn)，獲得很好的起動(dòng)特性，因而在設(shè)計(jì)變頻電機(jī)時(shí)不需要對(duì)起動(dòng)性能作特別的考慮，轉(zhuǎn)子槽不必設(shè)計(jì)為深槽，從而可以重點(diǎn)進(jìn)行其它方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3.變頻電機(jī)通過調(diào)節(jié)電壓和頻率，在每一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)都可以有多種運(yùn)行方式，對(duì)應(yīng)多種不同的轉(zhuǎn)差頻率，因而總能找到最佳的轉(zhuǎn)差頻率，使電機(jī)的效率或功率因數(shù)在很寬的調(diào)速范圍內(nèi)都很高。因而，變頻電機(jī)的功率因數(shù)和效率可以設(shè)計(jì)得更高，功率密度得以進(jìn)一步提高。現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明：在額定工作點(diǎn)，逆變器供電下的異步電機(jī)效率比普通電機(jī)高2%~3%，功率因數(shù)高10%~20%。
4.變頻電機(jī)采用變頻裝置供電，輸入電流中含有較多的高次諧波，產(chǎn)生電機(jī)局部放電和空間電荷，增大了介質(zhì)損耗發(fā)熱和電磁振動(dòng)力，加速了絕緣材料的老化，所以應(yīng)加強(qiáng)電機(jī)絕緣和提高整體機(jī)械強(qiáng)度，變頻電機(jī)的絕緣強(qiáng)度一般要達(dá)到F級(jí)以上。
5.變頻供電時(shí)產(chǎn)生的軸電壓和軸電流會(huì)使電機(jī)軸承失效，縮短軸承使用壽命，必須在設(shè)計(jì)上要加以考慮。對(duì)較小的軸電流，可以適當(dāng)增大電機(jī)氣隙和選用專用脂；另外，增加軸承的電氣絕緣或者將電機(jī)軸通過電刷接地，可以有效解決軸承損壞問題；對(duì)過高軸電壓，應(yīng)設(shè)法隔斷軸電流的回路，如采用陶瓷滾子軸承或?qū)崿F(xiàn)軸承室絕緣。同時(shí)，在逆變器輸出端增加濾波環(huán)節(jié)，降低脈沖電壓dU/dt也是一種有效的方法。
三、電磁設(shè)計(jì)
在普通異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上，為進(jìn)一步提高變頻調(diào)速電機(jī)的性能，對(duì)變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)也要進(jìn)行更加細(xì)致的考慮。滿足高性能要求時(shí)的變頻電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的變化與設(shè)計(jì)目標(biāo)之間的關(guān)系。在設(shè)計(jì)參數(shù)和性能要求之間還必須折衷選擇。電磁設(shè)計(jì)時(shí)不能僅限于計(jì)算某一個(gè)工作狀態(tài)，電磁參數(shù)的選取應(yīng)使每個(gè)頻率點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩參數(shù)滿足額定參數(shù)要求，最大發(fā)熱因數(shù)滿足溫升限值，最高磁參數(shù)滿足材料性能要求，最高頻率點(diǎn)滿足轉(zhuǎn)矩倍數(shù)要求，額定點(diǎn)效率、功率因數(shù)滿足額定要求。由于諧波磁勢(shì)是由諧波電流產(chǎn)生的，為減小變頻器輸出諧波對(duì)異步電動(dòng)機(jī)工作的影響，總之是限制諧波電流在一定范圍內(nèi)。
四、絕緣設(shè)計(jì)
電機(jī)運(yùn)行于逆變電源供電環(huán)境，其絕緣系統(tǒng)比正弦電壓和電流供電時(shí)承受更高的介電強(qiáng)度。與正弦電壓相比，變頻電機(jī)繞組線圈上的電應(yīng)力有兩個(gè)不同點(diǎn)：一是電壓在線圈上分布不均勻，在電機(jī)定子繞組的首端幾匝上承擔(dān)了約80%過電壓幅值，繞組首匝處承受的匝間電壓超過平均匝間電壓10倍以上。這是變頻電機(jī)通常發(fā)生繞組局部絕緣擊穿，特別是繞組首匝附近的匝間絕緣擊穿的原因。二是電壓(形狀、極性、電壓幅值)在匝間絕緣上的性質(zhì)有很大的差異，因此產(chǎn)生了過早的老化或破壞。變頻電機(jī)絕緣損壞是局部放電、介質(zhì)損耗發(fā)熱、空間電荷感應(yīng)、電磁激振和機(jī)械振動(dòng)等多種因素共同作用的結(jié)果。變頻電機(jī)從絕緣方面看應(yīng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)良好的耐沖擊電壓性能；(2)良好的耐局部放電性能；(3)良好的耐熱、
耐老化性能。
五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要也是考慮非正弦電源特性對(duì)變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動(dòng)、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般應(yīng)注意以下問題：
1.普通電機(jī)采用變頻器供電時(shí)，會(huì)使由電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素所引起的振動(dòng)和噪聲變得更加復(fù)雜。在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮電動(dòng)機(jī)構(gòu)件及整體的剛度，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
2.電機(jī)冷卻方式：變頻電機(jī)一般采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，即主電機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使其在低速時(shí)保持足夠的散熱風(fēng)量。
3.對(duì)恒功率變頻電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過3000r/min時(shí)，應(yīng)采用耐高溫的特殊脂，以補(bǔ)償軸承的溫度升高。
4.變頻電機(jī)承受較大的沖擊和脈振，電機(jī)在組裝后軸承要留有一定軸向竄動(dòng)量和徑向間隙，即選用較大游隙的軸承。
5.對(duì)于最大轉(zhuǎn)速較高的變頻電機(jī)，可在端環(huán)外側(cè)增加非磁性護(hù)環(huán)，以增加強(qiáng)度和剛度。
6.為配合變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制和提高控制精度，在電機(jī)內(nèi)部應(yīng)考慮裝設(shè)非接觸式轉(zhuǎn)速檢測(cè)器，一般選用增量型光電編碼器。
7.調(diào)速系統(tǒng)對(duì)傳動(dòng)裝置加速度有較高要求時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)較小，應(yīng)設(shè)計(jì)成長(zhǎng)徑比較大的結(jié)構(gòu)。
六、結(jié)論
與普通異步電動(dòng)機(jī)不同，變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器供電，其運(yùn)行性能與電機(jī)本體和調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都密切相關(guān)。這一方面使變頻調(diào)速電機(jī)的設(shè)計(jì)要同時(shí)兼顧電機(jī)本體和調(diào)速系統(tǒng)；另一方面也使得變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)變得靈活，但同時(shí)也增加了高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。只有結(jié)合變頻器和一定的控制策略，從整體上進(jìn)行電機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，才能獲得最理想的運(yùn)行性能。
參考文獻(xiàn)：
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[2]陳伯時(shí)，陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng)(第2版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
Design of Coordinated Control SystemBased On Frequency ConversionZHOU YEFEIThesis submitted to the Faculty ofShanghai Jiao Tong UniversityIn partial fulfillment of the requirements for the degree ofMaster of ScienceinControl Theory and Control EngineeringSupervisor:Yang Yupu（Prof.）January 1，2007Shanghai，P.R.C
上海交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：周燁斐日期：2007年1月25日
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變頻調(diào)速協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要新型粗紗機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)傳動(dòng)以及電氣控制方面都有較大的改變，它除去了傳統(tǒng)粗紗機(jī)中的上、下錐輪，差速器，龍筋升降傳動(dòng)部件和成型機(jī)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)變得大為簡(jiǎn)化。新型粗紗機(jī)采用PLC控制四臺(tái)變頻器，分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)錠翼、羅拉、筒管和龍筋的電機(jī)來實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)紡紗。機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化雖然可以在很多方面提高粗紗機(jī)的性能和穩(wěn)定性，但是羅拉、錠翼、筒管、龍筋四個(gè)電機(jī)的同步控制成了整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，從而粗紗的張力控制也成了最需要解決的問題。如何設(shè)計(jì)一個(gè)全新的控制系統(tǒng)來代替原先機(jī)械傳動(dòng)部分，實(shí)現(xiàn)和超越其功能是新型四電機(jī)粗紗機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心部分。張力控制的好壞決定著新型粗紗機(jī)能夠開發(fā)成功。針對(duì)以上的關(guān)鍵和難點(diǎn)，本文從硬件和軟件系統(tǒng)兩方面來闡述解決方案，并且著重對(duì)張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析。在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，本文首先對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)做了個(gè)簡(jiǎn)要說明；在電氣系統(tǒng)方案方面，我們選擇了由工控機(jī)、PLC、矢量
變頻基礎(chǔ)傳動(dòng)、光電傳感器組成的系統(tǒng)，其中，工控機(jī)為綜合監(jiān)控系統(tǒng)，人機(jī)界面采用WINCC來設(shè)置紡織工藝參數(shù)，監(jiān)控整車的運(yùn)行和故障狀態(tài)，它通過MPI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和PLC進(jìn)行通訊；PLC是實(shí)時(shí)控制的核心，獲取粗紗位置光電傳感器的檢測(cè)值，并通過PROFIBUS-DP總線和四臺(tái)矢量變頻器進(jìn)行通信，讀取矢量變頻器中各電機(jī)的速度，計(jì)算出各個(gè)電機(jī)的理論速度，然后向矢量變頻器發(fā)送指令，設(shè)置各變頻電機(jī)的速度，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于變頻器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的重要性，本文又對(duì)變頻器的選擇以及其與PLC的通訊作了一個(gè)詳細(xì)的描述。在硬件結(jié)構(gòu)搭建完畢的基礎(chǔ)上，本文在對(duì)控制對(duì)象分析后提出了張力控制方案。張力控制方案主要包括兩方面：一、張力軟測(cè)量模型。該模型的主要作用就是取代原先機(jī)械錐輪，根據(jù)實(shí)時(shí)的徑向線密度調(diào)整卷繞直徑，從而調(diào)整四電機(jī)的速度，改善其同步性。并且該模型具有自學(xué)的功能，使得該模型能夠適應(yīng)多種不同的機(jī)型，從而超越了機(jī)械錐輪的功能，有著更加廣泛的應(yīng)用。二、張力控制算法。該算法建立在軟測(cè)量模型的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化過的閉環(huán)控制算法，不斷地調(diào)整徑向線密度，并且使其趨于穩(wěn)定。這兩方面相輔相成，從而使張力控制達(dá)到最優(yōu)化。最后本文對(duì)整個(gè)軟件系統(tǒng)作了分析，對(duì)軟件的主要模塊分開剖析，概述了模塊與模塊之間的關(guān)系，并且對(duì)最為復(fù)雜的幾個(gè)模塊進(jìn)行仔細(xì)闡述，使得本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路躍然紙上。通過合理的硬件系統(tǒng)，周詳?shù)能浖到y(tǒng)和創(chuàng)新的張力控制方案，新
型四電機(jī)粗紗機(jī)在測(cè)試階段運(yùn)行良好，為其研發(fā)成功奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：同步控制，張力控制，變頻器，軟測(cè)量模型
Design of Coordinated Control SystemBased On Frequency ConversionAbstractThe new type of roving machine has undergone a great change in mechanical structure，systematictransmission and electrical control.It eliminated the up and down cone drums，differential device，railsdrive assembly and forming device，which simplified the mechanical architecture a lot.Inthis design，PLC controlled four frequency converters to separately drive four motors tomake flyer，roller，bobbin and rails run in a synchronized way.Thus，the roving machinecould product roving of high quality efficiently.Although simplification of mechanical architecture could enhance the performanceand the stability of the roving machine in many fields，it became difficult to execute asynchronized control over the four motors of roller，flyer，bobbin and rails in the wholedesign，which also made the tension control of rove become the key problem to be solved.The core of the design of the new type of machine is how to invent a brand-new controlsystem to substitute the traditional mechanical parts and to realize or even surpass theoriginal functions.Whether this new type of machine can be developed or not just dependson the performance of the tension control.According to the key problems and the most difficulties，this thesis expatiates on the solutionsfrom two aspects，hardware and software.Moreover，it emphasizes on the control system of the tensioncontrol in details.In the design of hardware，the thesis gives an overall view on its mechanical design.Then，in the
electrical design，we choose industrial computer，PLC，frequency converters，photo-electricitysensors.The industrial computer works HMI，it communicated with PLC via MPI;thePLC is the center of real-time control，it get the signal of roving height fromphoto-electricity sensors，communicates with frequency converter via PROFIBUS-DP，read the speed of four motors from frequency converter，compute the preset speed of fourmotors，then send commands to frequency to control the speed of motors.Due to theimportance of frequency converters in the whole system，the thesis gives a detailedpresentation on how to choose the frequency converters and its communication with PLC.On the basis of hardware system and the analysis of the control objects，the thesisputs forward the scenario of tension control，which consists of two programs.Firstly，it’sthe tension measuring model.The major function of this model is to substitute thetraditional mechanical cone drums to adjust the winding diameter in terms of the real-timeradial density and then accordingly to adjust the speed of the four motors to improve thesynchronization.Besides，this model has the self-teaching ability to adapt to various kindsof machines.It surpassed the mechanical cone drums and therefore has a more extensiveapplication.Secondly，it’s the algorithm of tension control.The algorithm is based on themeasuring model to adjust the radial density to a stable value through the optimizedclosed-loop methods.These two programs supplement each other to achieve theoptimization of the tension control.In the end，the thesis analyzes the whole software system，anatomizes the majorblocks and gives a profile of the relations among the blocks.In addition，it expatiates onthe most complicated blocks carefully to present a clear picture of the design.By our building a reasonable hardware system and a comprehensive software systemand inventing the tension control scenario，this new type of four-motor roving machineoperated well in the testing phases，which has placed a solid foundation of its successfuldevelopment.
KEY WORDS:Synchronization Control，Tension Control，F(xiàn)requency Converter，Measuring Model
目錄第一章緒論........................................................................................................................11.1研究背景................................................................................................................11.2傳統(tǒng)粗紗機(jī)概況....................................................................................................41.3新型粗紗機(jī)介紹....................................................................................................61.4本章小節(jié)...............................................................................................................9第二章硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)......................................................................................................102.1系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)......................................................................................................102.2電氣系統(tǒng)方案....................................................................
關(guān)鍵詞：智能建筑弱電工程，電視監(jiān)控，電話，結(jié)構(gòu)化布線，電源接地
衡量城市建筑的現(xiàn)代化標(biāo)準(zhǔn)，建筑的設(shè)計(jì)形態(tài)和智能化是兩個(gè)主要方面。智能化建筑的弱電系統(tǒng)主要由以下各系統(tǒng)組成：
(1)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；
(2) 辦公自動(dòng)化系統(tǒng)；
(3) 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)；
(4) 公共安全防范系統(tǒng)；
(5) 結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)；
(6) 弱電電源及接地系統(tǒng)。
智能建筑弱電工程設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)以建筑為平臺(tái)，配置備功能系統(tǒng)，為人們提供一個(gè)投資合理、高效、合適、便利的環(huán)境空間，以適應(yīng)當(dāng)前現(xiàn)代建筑的需要。從具體設(shè)計(jì)上，應(yīng)從智能建筑的實(shí)際性質(zhì)出發(fā)，充分考慮業(yè)主和使用者的各種功能要求，使設(shè)計(jì)能在總體結(jié)構(gòu)上現(xiàn)代化，技術(shù)上先進(jìn)實(shí)用，經(jīng)濟(jì)上合理，同時(shí)需考慮智能建筑各系統(tǒng)的兼容性和擴(kuò)展性。
以下以無錫光大銀行弱電工程的部分系統(tǒng)分別加以論述。
1、門禁系統(tǒng)
(1)管理中心子系統(tǒng)
本工程系統(tǒng)管理中心共設(shè)置了兩臺(tái)服務(wù)器，其中一臺(tái)一卡通綜合數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和一臺(tái)WEB應(yīng)用服務(wù)器。
(2)門禁子系統(tǒng)
控制點(diǎn)選擇的原則是對(duì)辦公區(qū)域設(shè)防，在電梯廳出入口、電梯前室、樓梯防火門、各辦公房間出入口等總共設(shè)置有123個(gè)控制點(diǎn)，共設(shè)置讀卡器169個(gè)。
(3)巡更子系統(tǒng)
本次設(shè)計(jì)利用門禁子系統(tǒng)在每層電梯前室和電梯感應(yīng)門的讀卡器作為巡更系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，使用這種在線式的巡更管理系統(tǒng)最大的好處是可以利用原有的門禁讀卡器，從而節(jié)約成本。巡更讀卡只向巡更系統(tǒng)傳送巡更數(shù)據(jù)而門鎖不動(dòng)作。
(4)發(fā)卡子系統(tǒng)
本系統(tǒng)在指揮中心大樓完成統(tǒng)一發(fā)卡工作，進(jìn)行用戶信息的輸入工作，同時(shí)為每一張卡片建立必要的密鑰，對(duì)每一個(gè)員工進(jìn)行各種功能的授權(quán)。
2、電話通信系統(tǒng)
電話通信系統(tǒng)由交換設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、終端設(shè)備組成。采用800門程控交換機(jī)設(shè)備，話務(wù)臺(tái)功能較強(qiáng)。數(shù)字式程控交換機(jī)可以要所不同需要實(shí)現(xiàn)眾多服務(wù)的功能。如：系統(tǒng)功能、話務(wù)功能和用戶分機(jī)功能，另外還具有選擇功能(包括登記結(jié)帳、話務(wù)計(jì)費(fèi)、狀態(tài)輸入、打印賬單、讀卡功能等)。
電話機(jī)房設(shè)在地下層，包括傳輸設(shè)備室、交換機(jī)房及話務(wù)室。
電話線路本配線方式采用單獨(dú)式，其特點(diǎn)是故障范圍小，檢修、擴(kuò)建改造簡(jiǎn)單，在備樓層電話布線采用放射式。電話線路采用3類4對(duì)雙絞線，電話終端采用RJ11插口，這樣不僅通話質(zhì)量高，又能滿足用戶撥號(hào)上網(wǎng)的需要。
在各樓層電話分線箱的選擇上，應(yīng)盡量留有余量，以備將來擴(kuò)展。
3、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)
(1)攝像部分
本系統(tǒng)在大樓各入口、首層大廳、停車場(chǎng)、電梯、各層電梯廳、樓梯間、走廊、大辦公區(qū)出入口、監(jiān)控中心、財(cái)務(wù)室、大樓四周等處共設(shè)計(jì)安裝185臺(tái)彩色攝像機(jī)。首層大廳采用全方位一體化彩色快球攝像機(jī)，在地下停車場(chǎng)采用彩色／黑白自動(dòng)切換、低照度攝像機(jī)，室外采用帶云臺(tái)彩色攝像機(jī)，走廊、電梯廳等采用小半球攝像機(jī)。在電梯內(nèi)安裝小型半球不銹鋼攝像機(jī)，可防止意外碰撞。根據(jù)《安全防范工程技術(shù)規(guī)范》GB 50348—2004，規(guī)定電梯廂內(nèi)的攝像機(jī)安裝在廂門上方的左或右側(cè)。電涌保護(hù)裝置：室外攝像機(jī)的視頻、信號(hào)、電源線路根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB 50343—2004，規(guī)定在端口處設(shè)置浪涌保護(hù)裝置。
(2)顯示部分
在一層監(jiān)控中心安裝l臺(tái)60寸等離子彩色電視機(jī)和20臺(tái)21寸彩色高清電視機(jī)組成電視監(jiān)視墻，替代傳統(tǒng)的監(jiān)視器，滿足監(jiān)視效果并節(jié)約投資。
(3)控制部分
a.視頻矩陣主機(jī)
視頻矩陣主機(jī)是監(jiān)視系統(tǒng)的核心部分。它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)云臺(tái)鏡頭、顯示切換、錄像機(jī)報(bào)警界面的控制。本系統(tǒng)采用的矩陣主機(jī)輸入為256路、輸出為32路，與指揮中心的矩陣主機(jī)為相同廠家，便于聯(lián)網(wǎng)。論文參考。在保衛(wèi)部門和主管經(jīng)理辦公室分別設(shè)置分控臺(tái)，用于系統(tǒng)的分控。
b．硬盤錄像機(jī)
本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)錄像模式，當(dāng)畫面選定區(qū)域中的圖像發(fā)生變化時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)錄像，畫面靜止時(shí)自動(dòng)結(jié)束錄像。連續(xù)錄制時(shí)間不少于四十天。選用十六路數(shù)字硬盤錄像機(jī)12臺(tái)，硬盤錄像機(jī)統(tǒng)一由一臺(tái)計(jì)算機(jī)管理，操作簡(jiǎn)便，也可以通過局域網(wǎng)進(jìn)行操作，采用網(wǎng)絡(luò)編輯刻錄系統(tǒng)，根據(jù)需求進(jìn)行光盤統(tǒng)一刻錄。
4、防盜報(bào)警系統(tǒng)
對(duì)銀行大廳、庫房、財(cái)務(wù)辦公區(qū)域等重要場(chǎng)所采用紅外或微波技術(shù)信號(hào)探測(cè)器進(jìn)行定向保護(hù)，對(duì)銀行庫房、資料中心等一些大門設(shè)置門磁、雙鑒探測(cè)器等報(bào)警保護(hù)。各監(jiān)控點(diǎn)與閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，一旦報(bào)警被觸發(fā)，能夠做到圖像、聲音多方式取證。報(bào)警主機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)的單點(diǎn)布防和撤防。本系統(tǒng)在每層電梯廳設(shè)置雙鑒探測(cè)器、聲音復(fù)核探測(cè)器，每一個(gè)聲音復(fù)核探測(cè)器均與一個(gè)攝像機(jī)、一個(gè)雙鑒探測(cè)器相對(duì)應(yīng)。在走廊設(shè)置緊急手動(dòng)報(bào)警按鈕、非可視對(duì)講分機(jī)，在一層大廳玻璃墻內(nèi)設(shè)置玻璃破碎報(bào)警探測(cè)器。本系統(tǒng)通過防盜報(bào)警主機(jī)專用光端機(jī)，將報(bào)警信號(hào)實(shí)時(shí)匯總到指揮中心的防盜報(bào)警主機(jī)，進(jìn)行統(tǒng)一管理。
5、消防報(bào)警系統(tǒng)
消防報(bào)警系統(tǒng)是按一類防火建筑設(shè)計(jì)，消防控制中心設(shè)在首層。生產(chǎn)管理中心消防報(bào)警系統(tǒng)的機(jī)房設(shè)置在本樓首層的監(jiān)控中心，包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。根據(jù)規(guī)范設(shè)置了感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、消防專用電話機(jī)、消防廣播等設(shè)備。生產(chǎn)管理中心的消防報(bào)警系統(tǒng)分別與指揮中心大樓的消防中心聯(lián)網(wǎng)，便于統(tǒng)一管理。
6、結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)
作為智能建筑的基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)化布線是一種具有全新概念的布線系統(tǒng)，用以服務(wù)建筑物中所有通信和計(jì)算機(jī)設(shè)備，滿足現(xiàn)在將來的布線要求。
設(shè)計(jì)應(yīng)以智能建筑的現(xiàn)時(shí)和計(jì)劃需要為依據(jù)。在設(shè)計(jì)中未將電話通訊歸入結(jié)構(gòu)化布線，這是圖為語音與數(shù)據(jù)兩種終端的分界很明顯，且位置不易變更。另外，從技術(shù)經(jīng)流上考慮，3類線帶寬16MHz，傳輸10Mbps及其以下低速數(shù)據(jù)，作為語言傳輸是廉價(jià)而效果很好的媒介。
無錫光大銀行的結(jié)構(gòu)化布線是計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化布線。計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)分為行政局域網(wǎng)系統(tǒng)和銀行大廳前臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)。前臺(tái)與后臺(tái)共有終端信息點(diǎn)500多個(gè)，行政局域網(wǎng)的信息終端分布在辦公區(qū)域，大廳前臺(tái)系統(tǒng)的信息終端分布在銀行前臺(tái)服務(wù)區(qū)域。論文參考。
結(jié)構(gòu)化布線分為4個(gè)子系統(tǒng)部分；
6．1 工作區(qū)子系統(tǒng)
大樓內(nèi)的綜合布線系統(tǒng)采用非屏蔽6類對(duì)絞電纜、光纜組成布線系統(tǒng)。共設(shè)計(jì)信息點(diǎn)3711個(gè)(預(yù)留278個(gè))，其中語音點(diǎn)l5l0個(gè)(預(yù)留130個(gè))，數(shù)據(jù)點(diǎn)2150個(gè)(預(yù)留148個(gè))，雙光纖點(diǎn)51個(gè)。預(yù)留信息點(diǎn)只敷設(shè)管線、安裝面板或盲板、不安裝模塊。
6．2 干線子系統(tǒng)
語音主干采用3類50對(duì)大對(duì)數(shù)銅纜作為語音信號(hào)的主干傳輸電纜。數(shù)據(jù)主干，標(biāo)準(zhǔn)層采用一條24芯多模光纜，其它層采用一條l2芯多模光纜。水平雙口光纖點(diǎn)采用4芯多模光纜。
6．3 管理層系統(tǒng)部分
數(shù)據(jù)、語音主設(shè)備管理間位于大樓地下一層的弱電機(jī)房，安裝19寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜三臺(tái)，安裝語音配線架(MDF)一臺(tái)。論文參考。每層設(shè)置一個(gè)設(shè)備管理間，標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)備管理間內(nèi)設(shè)置19寸機(jī)柜兩臺(tái)。
6．4 設(shè)備間子系統(tǒng)
由設(shè)在電腦機(jī)房的設(shè)備及主干線等組成。
7、局域網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備安裝工程
(1)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
生產(chǎn)管理中心的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用快速交換式以太網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為兩層：即核心層交換機(jī)與接入層交換機(jī)。核心層交換機(jī)利用光纖采用星型結(jié)構(gòu)聯(lián)接服務(wù)器和各樓層的接入交換機(jī)，樓層的接入交換機(jī)用6類UTP雙絞線聯(lián)接至本層的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)端口，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)端口聯(lián)接到用戶計(jì)算機(jī)(PC)。
(2)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置
計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)系統(tǒng)的核心交換機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備安裝在地下一層的弱電機(jī)房?jī)?nèi)，接入交換機(jī)設(shè)備安裝在各樓層的設(shè)備間19寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)。
a．核心交換機(jī)
在局域網(wǎng)系統(tǒng)中配置具有三層交換功能的交換機(jī)2臺(tái)，安裝在地下一層弱電機(jī)房?jī)?nèi)。該交換機(jī)配置雙引擎、雙電源的冗余備份手段和技術(shù)，保證設(shè)備在發(fā)生故障時(shí)能在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，以最大程度地保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。每臺(tái)核心交換機(jī)配置54個(gè)GE接口，通過劃分VLAN的方式將存續(xù)企業(yè)管理中心、帳務(wù)管理中心、商務(wù)管理中心三個(gè)管理中心隔離，便于對(duì)各中心有效地實(shí)行分層管理。
b．接入交換機(jī)
接入交換機(jī)配置40臺(tái)。選用24換機(jī)，每個(gè)交換機(jī)配置兩個(gè)GE端口和24個(gè)FE端口。
c．服務(wù)器
在局域網(wǎng)系統(tǒng)中配置兩臺(tái)服務(wù)器和兩臺(tái)工作站，工作方式采用雙機(jī)熱備份工作方式，以保證穩(wěn)定運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)。
(3)互聯(lián)方案
生產(chǎn)管理中心新建的局域網(wǎng)與指揮中心局域網(wǎng)互聯(lián)組網(wǎng)，利用指揮中心局域網(wǎng)系統(tǒng)的安全機(jī)制，需要擴(kuò)容相應(yīng)的軟件。
8、不間斷電源(UPS)系統(tǒng)
在地下一層弱電機(jī)房設(shè)置一套容量為40KVA的UPS主機(jī)，2臺(tái)主機(jī)之間采用并聯(lián)冗余工作方式，電池組放電時(shí)間為30分鐘，以保證各弱電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在每層的弱電設(shè)備間1 9寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)配置1臺(tái)1KVA的UPS主機(jī)，共計(jì)14臺(tái)，電池組放電時(shí)間為15分鐘，供樓層接入交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用電。在弱電井、機(jī)房等處安裝接地銅排。
9、結(jié)束語
智能建筑弱電工程涉及面廣，技術(shù)性強(qiáng)，設(shè)計(jì)中要有全面的觀點(diǎn)。隨著現(xiàn)代社會(huì)高新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)智能建筑的弱電工程及計(jì)算機(jī)控制通信和設(shè)備自動(dòng)化管理技術(shù)要求也日益提高，這就要求不斷掌握新技術(shù)，不斷完善設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) PID建模 仿真
中圖分類號(hào)： TD614 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A
Abstract
With the rapid development of the power electronics， micro-electronics and control theory， SRM（Switched Reluctance Motor） control system has a quick development，moving from theory to industrial applications. In the field of lifting equipment， AC and DC motors are widely used. However these two motors have some weakness in high manufacturing costs， low efficiency， and there is still no proper solution.With its high efficiency， stable and reliable， overload capacity and other characteristics， SRD system will be used in lifting equipment to make up for the deficiencies.
At first，this paper describes the working principle of SRM，and analyze the control strategy of electric， brake， and speed control ，which is based on the basic equation and the linear model of the motor. Then a simulation system of SRM based on the actual motor flux data is established in Matlab / Simulink environment to simulate heavy motor starting， brake operation and speed regulate based on fuzzy PID controller etc.
1研究背景和意義
升降設(shè)備的應(yīng)用非常廣泛，已經(jīng)使用于家電制造、食品加工、飲料生產(chǎn)、煙草輸送、化工生產(chǎn)、郵政、機(jī)械電子制造、倉儲(chǔ)物流、建筑等自動(dòng)化生產(chǎn)行業(yè)和旅游觀光、高樓大廈、私人住宅、大型舞臺(tái)等人類的生活?yuàn)蕵贩矫妗?0%的升降設(shè)備采用電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)作為設(shè)備的動(dòng)力系統(tǒng)。目前升降設(shè)備中應(yīng)用的調(diào)速系統(tǒng)主要有交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，見圖1-1。
圖1-1升降設(shè)備調(diào)速系統(tǒng)
交流調(diào)速系統(tǒng)主要包括交流雙速系統(tǒng)、交流調(diào)壓調(diào)速（ACVV）系統(tǒng)和變壓變頻（VVVF）系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：控制電路簡(jiǎn)單，元器件少，工藝簡(jiǎn)單，成本低；同時(shí)，在任何轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)差功率保持不變，效率很高。該調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：乘坐人員舒適感較差，速度較低，故障率較高。
直流調(diào)速系統(tǒng)主要包括有刷電機(jī)調(diào)速和永磁直流無刷電機(jī)調(diào)速等。有刷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩、電流的關(guān)系是線性的，電機(jī)的機(jī)械特性是直線，因此該電機(jī)廣泛地應(yīng)用于大范圍平滑調(diào)速的設(shè)備中。目前，在超高速電梯中，直流電機(jī)仍占相比例。但是直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)也具有以下缺點(diǎn)：
（a）有刷直流電機(jī)通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這會(huì)導(dǎo)致調(diào)速系統(tǒng)成本增加，故障增多。
（b）機(jī)械換向器限制了電機(jī)的容量、電壓和速度，同時(shí)還容易產(chǎn)生火花。
（c）電樞在轉(zhuǎn)子上，這降低電機(jī)效率，惡化電機(jī)散熱情況。
開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊牢固，適合于高速運(yùn)行，并且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單成本低、性能可靠，在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)效率都比較高，而且可以方便地實(shí)現(xiàn)四象限控制。這些特點(diǎn)使SRD開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很適合升降設(shè)備的各種工況下運(yùn)行，是升降設(shè)備中極具有潛力的機(jī)種。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1）起動(dòng)電流小；
2）運(yùn)行效率高；
3）系統(tǒng)安全可靠p壽命長(zhǎng)；
4）過載能力強(qiáng)；
5）系統(tǒng)性價(jià)比高。
2 開關(guān)磁阻電機(jī)的軟件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)采用STM32F103系列處理器作為主控制器，該處理器是ST公司推出的基于Cortex-M3內(nèi)核的高性能處理器。該系列處理器最高工作頻率可達(dá)72MHZ，并具有1.25Mips/MHZ的運(yùn)算能力，滿足開關(guān)磁阻電機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算的要求，處理器自帶512K字節(jié)的閃存處理器和最大64K字節(jié)的SRAM，滿足該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)要求。同時(shí)該系列處理器集成了一些專門的外設(shè)，如用于檢測(cè)電機(jī)位置信號(hào)三相霍爾傳感器和正交編碼器接口、用于電機(jī)控制的脈寬調(diào)制模塊PWM、12位高速A/D轉(zhuǎn)換器、通訊模塊（SPI、UART、CAN）、通用I/O引腳等。處理器采用3.3V電源供電，且I/O與5V的TTL電平兼容；片上自帶JTAG仿真器調(diào)試接口，允許在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中隨時(shí)進(jìn)行調(diào)試，并可對(duì)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試。多種適合電機(jī)控制的專業(yè)外設(shè)大大縮短了開發(fā)周期。
該系統(tǒng)軟件主要采用C語言編程，實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，增加了程序的可讀性和移植性。該系統(tǒng)控制軟件主要完成以下功能：
電機(jī)起動(dòng)無死區(qū)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大；能實(shí)現(xiàn)提升階段的電動(dòng)運(yùn)行和下降階段的制動(dòng)運(yùn)行。
實(shí)時(shí)、精確地計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過模糊PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)PWM波形的占空比，實(shí)現(xiàn)電壓斬波控制，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。
提升階段電機(jī)起動(dòng)時(shí)采用雙相啟動(dòng)方式，中速運(yùn)行時(shí)采用PWM控制，并能實(shí)現(xiàn)這兩種控制狀態(tài)之間的平滑過渡。下降階段電機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)開始啟動(dòng)制動(dòng)
具有一定的保護(hù)功能，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)過流和堵轉(zhuǎn)等故障情況時(shí)，及時(shí)的做出相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)電動(dòng)機(jī)和控制電路。
開關(guān)磁阻電機(jī)控制器最核心的任務(wù)是控制電機(jī)換相，在額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個(gè)周期僅僅需要5ms左右的時(shí)間，也即每900us的時(shí)間位置信號(hào)就會(huì)發(fā)生一次變化。控制邏輯為了能夠及時(shí)控制電機(jī)換相，至少每900us就要產(chǎn)生一次中斷。如果軟件使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)本身需要占用一定的存儲(chǔ)資源和一定的運(yùn)行時(shí)間，容易造成對(duì)中斷的響應(yīng)不及時(shí)，從而造成電機(jī)控制偏差。此外電機(jī)控制器人機(jī)接口簡(jiǎn)潔，系統(tǒng)任務(wù)量少但實(shí)時(shí)性要求高，不能夠發(fā)揮出實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)多任務(wù)調(diào)度和管理的優(yōu)勢(shì)。因此，在本文中采用前后臺(tái)系統(tǒng)作為軟件的主要框架，主程序完成系統(tǒng)的初始化并進(jìn)入循環(huán)等待，各個(gè)中斷完成電機(jī)的換相以及速度調(diào)節(jié)等功能。
系統(tǒng)初始化主要完成：STM32中所用模塊的初始化，包括時(shí)鐘管理、中斷管理器的配置、通用輸入輸出GPIO、定時(shí)器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和脈寬調(diào)制模塊PWM。系統(tǒng)狀態(tài)自檢是通過分別給上開關(guān)管和下開關(guān)管短時(shí)間通電，根據(jù)相電流來判斷是否存在有開關(guān)管燒毀的情況，如果存在電流過大的情況，則有開關(guān)管已經(jīng)短路，程序給出報(bào)警信號(hào)并退出運(yùn)行。
如果所有開關(guān)管均正常，沒有出現(xiàn)短路現(xiàn)象，主程序打開系統(tǒng)時(shí)鐘中斷，掃描鍵盤輸入。如果鍵盤沒有輸入或者輸入停止命令，則循環(huán)等待鍵盤輸入；如果鍵盤輸入提升或者下降命令，則初始化運(yùn)行時(shí)參數(shù)，并且打開控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的中斷。電機(jī)啟動(dòng)以后，主程序不斷循環(huán)掃描鍵盤命令，如果接收到停機(jī)命令，則關(guān)閉所有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且關(guān)閉控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的中斷，等待下一次電機(jī)啟動(dòng)命令。主程序流程圖如圖2-1所示。
圖2-1 主程序流程圖
3模糊PID建模及仿真
模糊控制器輸出KP、KI、KD的變化量ΔKP、ΔKI、ΔKD，將ΔKP、ΔKI、ΔKD量化后與PID調(diào)節(jié)器的初始參數(shù)相加做為新的PID調(diào)節(jié)器參數(shù)，從而構(gòu)成模糊PID調(diào)節(jié)器。在Matlab中，使用simulink工具對(duì)模糊PID進(jìn)行建模和仿真，如圖3-19所示。設(shè)定參數(shù)與系統(tǒng)反饋值相減得到當(dāng)前系統(tǒng)的誤差，誤差和誤差變化率通過一個(gè)限幅器以后輸入模糊控制器，模糊控制輸出PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)變化量ΔKP、ΔKI、ΔKD，該參數(shù)變化量與PID調(diào)節(jié)的器的原始參數(shù)相加獲得新的PID調(diào)節(jié)器參數(shù)，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)新的參數(shù)輸出對(duì)應(yīng)的控制參數(shù)，被控系統(tǒng)在新的控制參數(shù)下運(yùn)行，最終得到新的反饋。
可以發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于PID調(diào)節(jié)器，模糊PID調(diào)節(jié)器具有調(diào)節(jié)時(shí)間快，調(diào)節(jié)過程平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效的抑制系統(tǒng)超調(diào)和振蕩等問題。
4小結(jié)
本文在開關(guān)磁阻電機(jī)線性模型的基礎(chǔ)上，使用matlab建立了開關(guān)磁阻電機(jī)的仿真模型。首先闡述了基本仿真模型各個(gè)子模塊的功能和組成，然后利用各個(gè)子模塊搭建了開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)和制動(dòng)模型，在此模型的基礎(chǔ)上，對(duì)電動(dòng)狀態(tài)最優(yōu)開通角度和最大力矩啟動(dòng)進(jìn)行了分析和仿真，對(duì)制動(dòng)原理進(jìn)行了驗(yàn)證，為開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的實(shí)現(xiàn)提供了理論驗(yàn)證。針對(duì)升降設(shè)備調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的要求以及傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)的固有問題，本章分析了模糊自適應(yīng)PID控制的原理，詳述了其在該系統(tǒng)中的具體實(shí)現(xiàn)，最后給出了仿真效果。
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【關(guān)鍵詞】風(fēng)電場(chǎng) 集電線路 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
中圖分類號(hào)： U212.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
一、前言
我國(guó)政府對(duì)可再生能源的開發(fā)利用高度重視，風(fēng)能作為可再生能源中最具有經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值的清潔能源，具有蘊(yùn)量巨大；可以再生；分布廣泛；沒有污染等優(yōu)點(diǎn)。推進(jìn)國(guó)內(nèi)各地豐富的風(fēng)資源的逐步開發(fā)利用，建設(shè)風(fēng)能發(fā)電工程，符合我國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略的需要。根據(jù)最新風(fēng)能資源，全國(guó)陸地可利用風(fēng)能資源3億．千瓦，加上近岸海域可利用風(fēng)能資源，共計(jì)約10億千瓦。風(fēng)電場(chǎng)工程除關(guān)鍵的風(fēng)機(jī)布置外，較為重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容就是場(chǎng)內(nèi)的輸變虹程設(shè)計(jì)。不同于—般的電網(wǎng)送電線路工程，風(fēng)電場(chǎng)集電線路工程(等同于送電線路)是將各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組所發(fā)的電量由聯(lián)絡(luò)線路組接后分送至場(chǎng)內(nèi)升壓變電所低壓側(cè)，經(jīng)集中升壓后通過接入系統(tǒng)線路與電網(wǎng)并網(wǎng)。由于風(fēng)電場(chǎng)為分散式新能源工程，風(fēng)機(jī)設(shè)備投資遠(yuǎn)比—般的發(fā)電項(xiàng)目昂貴。為節(jié)約工程的造價(jià)．有必要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)采用的集電線路方式及導(dǎo)線選型進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析，以提高風(fēng)電場(chǎng)工程建設(shè)的合理性。
二、風(fēng)電場(chǎng)集電線路的特點(diǎn)
風(fēng)電場(chǎng)工程主體為分散于各處、相互之間保持一定間距的風(fēng)電機(jī)組，由于一般風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)的出口端電壓為690v，屬低玨電源。為減少場(chǎng)內(nèi)連接線路的線路損耗，經(jīng)升壓后，由場(chǎng)內(nèi)的高壓聯(lián)絡(luò)線路統(tǒng)一送至升壓站，需建設(shè)的高壓聯(lián)絡(luò)線路按風(fēng)電場(chǎng)工程的定義稱為場(chǎng)內(nèi)集電線路。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量， 需確定風(fēng)電場(chǎng)的主接線形式。根據(jù)風(fēng)機(jī)特點(diǎn)，目前已更多地采用一機(jī)一變的單元接線，即在每臺(tái)風(fēng)機(jī)邊設(shè)置一臺(tái)滿足風(fēng)機(jī)單機(jī)容量輸出的箱式變壓器。同時(shí)，為提高整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的安全、可靠運(yùn)行， 以50MW風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量規(guī)模為例，3—4回左右的主接線方式較為適宜。在既有風(fēng)機(jī)的控制保護(hù)同時(shí)，又有箱變的保護(hù)配置，能達(dá)到風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行要求，而且通過合桿等方式又能節(jié)約一定的集電線路工程量。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的集電線路方式既可以采取架空線路方式，也可以采取電纜敷設(shè)方式。而根據(jù)電力市場(chǎng)的現(xiàn)狀，一般電力電纜線路的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于架空線路，較之能達(dá)到倍數(shù)級(jí)的關(guān)系。除個(gè)別地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)， 由于土地資源和環(huán)境等因素制約下場(chǎng)內(nèi)只能采用直埋敷設(shè)電纜方式外，大部分的風(fēng)電場(chǎng)由于地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，人煙稀少，同時(shí)對(duì)環(huán)境影響較小的前提下，較多的形式是場(chǎng)內(nèi)集電線路采用架空線路方式。
三、集電線路方式的選擇
風(fēng)電場(chǎng)集電線路有3種形式，第1種是架空線方式，風(fēng)電機(jī)組所發(fā)電能經(jīng)箱式變電站升壓后，通過電纜接至最近的架空線路桿塔；第2種是電纜連接方式，風(fēng)電機(jī)組所發(fā)電能經(jīng)箱式變電站升壓后，通過電纜連接至相鄰箱式變電站高壓側(cè)；第3種是架空與電纜混合方式。從節(jié)省投資方面考慮，風(fēng)電場(chǎng)集電線路一般情況下優(yōu)先采用架空線路，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)處于海濱、林區(qū)等環(huán)境保護(hù)或旅游區(qū)域時(shí)，可采用電纜線路或架空電纜混合線路。
四、電力電纜路徑及敷設(shè)方式
風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的集電線路方式既可以采取架空線路方式，也可以采取電纜敷設(shè)方式。而根據(jù)電力市場(chǎng)的現(xiàn)狀．—般電力電纜線路的投資遠(yuǎn)高于架空線路，較之能達(dá)到倍數(shù)級(jí)的關(guān)系。除個(gè)別地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)，由于土地資源和環(huán)境等因素制約下場(chǎng)內(nèi)只能采用直埋敷設(shè)電纜方式外，大部分的風(fēng)電場(chǎng)由于地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，人煙稀少。同時(shí)對(duì)環(huán)境影響較小的前提下，較多的形式是場(chǎng)內(nèi)集電線路采用架空線路方式，進(jìn)入變電所艮—搬采用直埋電纜敷話玢試。對(duì)于采用架空方式的風(fēng)電場(chǎng)集電線路，選用2種不同截面導(dǎo)線、10臺(tái)左右風(fēng)機(jī)串接的35kV輸電方案，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上分析后，不失為一種較好的選型方法。在提高風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，又能方便風(fēng)電場(chǎng)集電線路的施工，而且可以減少樾的備品備件的種類與數(shù)量。
風(fēng)電場(chǎng)電纜敷設(shè)路徑首先要避免電纜遭受機(jī)械外力、過熱和腐蝕等危害，其次應(yīng)盡量結(jié)合場(chǎng)內(nèi)道路．在滿足安全的條件下。保證電纜路徑最短。風(fēng)電場(chǎng)電纜敷設(shè)主要采用直埋方式。電纜敷設(shè)于非凍土地區(qū)時(shí)，電纜外皮至地面深度不得小于0．7 m，當(dāng)位于行車道或耕地時(shí)。應(yīng)加深至1 m以上；直埋電纜敷設(shè)于凍土地區(qū)時(shí)，為防止凍脹對(duì)電纜產(chǎn)生危害，宜將電纜敷設(shè)于凍土層以下．如無法埋深，可埋設(shè)在土壤排水性好的干燥凍土層或回填土中。風(fēng)電場(chǎng)電纜敷設(shè)路徑如遇到大塊盤石等不宜開挖電纜溝地區(qū)，可采用明敷．主要采用電纜橋架方式；如遇到石油管線等交叉跨越困難地區(qū)，也可采用拉管方式敷設(shè)。該方式利用導(dǎo)向鉆機(jī)和導(dǎo)向儀設(shè)計(jì)出軌道和鉆孔，然后回拉擴(kuò)孔，并將敷設(shè)套管拉入鉆孔中，最后將電纜牽引至套管完成對(duì)電纜的敷設(shè)。
五、防雷接地
風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)35 kV架空線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，且逐基接地；10 kV架空線路一般只需電纜上桿桿塔接地。若處于多雷區(qū)時(shí)全線也需架設(shè)避雷線且逐基接地。
六、電纜終端
風(fēng)電場(chǎng)集電線路的電纜終端主要包含1 kV電纜終端和35 kV電纜終端．其選型主要包括下面兩個(gè)方面。
1、選擇熱縮型和冷縮型
冷縮電纜終端從密封性能、絕緣性能、電場(chǎng)處理和外觀等方面都要優(yōu)于熱縮型．應(yīng)該作為設(shè)計(jì)首選。但是風(fēng)電機(jī)組的出口電壓一般為690 V．而我們選用的是1 kV低壓電纜，因此為節(jié)省工程造價(jià)，1 kV電纜終端采用熱縮型就可到達(dá)設(shè)計(jì)要求，35 kV電纜終端一般則采用冷縮型。
2、選擇戶內(nèi)型和戶外型
按照正常理解，處于風(fēng)電機(jī)組及箱體內(nèi)的電纜終端屬于戶內(nèi)，處于桿塔側(cè)的電纜終端屬于戶外。其實(shí)這種觀念并不完全正確，戶內(nèi)和戶外型電纜終端的主要區(qū)別在于戶外型比戶內(nèi)型多增加了傘群，傘群可有效防止污水流的形成．并可增大爬電距離，可有效地避免電纜終端的污閃和爬電的發(fā)生。處于風(fēng)電機(jī)組和箱體內(nèi)的電纜終端，雖然有外保護(hù)措施，但是其溫度及濕度條件其實(shí)是達(dá)不到戶內(nèi)要求的，有些風(fēng)電場(chǎng)的箱體內(nèi)可能會(huì)發(fā)生凝露現(xiàn)象，因此針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用戶外型電纜終端。
七、箱變至架空線的斷口方案
此類選擇的初衷是主要考慮箱變發(fā)生故障時(shí)如何與線路隔離，一般有下列3種方式：
1、裝設(shè)跌落式熔斷器，有短路保護(hù)和隔離電路的作用。但該方案可能由于風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)大時(shí)，會(huì)造成動(dòng)靜觸頭接觸不緊密而出現(xiàn)火花灼傷觸頭，這種方式用戶褒貶不一，但也有用戶一直使用至今的，關(guān)鍵是采購的設(shè)備質(zhì)量如何。
2、裝設(shè)隔離開關(guān)，主要起隔離電路的作用。該方案安裝的方式較多，有側(cè)裝式和正裝式，考慮到原桿塔的空間結(jié)構(gòu)．原則上應(yīng)按獨(dú)立式設(shè)計(jì)，而且要加圍欄，以保證人身安全。
3、沒有明顯斷口，不加任何附屬設(shè)備。其實(shí)這是最簡(jiǎn)單最可靠的作法，元件少、自然故障率低。如箱式變電站發(fā)生故障時(shí)．可采取備用箱變的做法，實(shí)踐中很方便，特別是能在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)送電，減少大風(fēng)月期間的電能損失。
八、結(jié)束語
風(fēng)能發(fā)電作為可再生能源中最具有經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值的清潔能源，風(fēng)資源的開發(fā)利用是我國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略和調(diào)整電力結(jié)構(gòu)的重要措施之一。風(fēng)能既是綠色環(huán)保的可再生能源，同時(shí)也是目前技術(shù)成熟的、可作為產(chǎn)業(yè)開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展的重要能源，大規(guī)模發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是解決我國(guó)能源和電力短缺最現(xiàn)實(shí)的戰(zhàn)略選擇。
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關(guān)鍵詞：冷彎技術(shù)，煤礦機(jī)械，應(yīng)用
一、w型鋼帶機(jī)主要參數(shù)
⑴適用于鋼帶原度：2.0~5.0mm， 適用鋼帶最大寬度：400mm
⑵機(jī)組理論運(yùn)行速度：11m／mm， 料卷重量：≤4000kg
⑶主電機(jī)功率：11kw，液壓電機(jī)功率：5.5kw
⑷適用電源：380v／50HZ， 機(jī)組總質(zhì)量：5800kg
二、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
本設(shè)備由生料支架、進(jìn)料導(dǎo)入平臺(tái)、鋼帶壓平機(jī)、成型軋輥主機(jī)、計(jì)數(shù)器、沖孔機(jī)、剪切裝置、成品接料架、液壓站、電腦控制柜等件組成。全機(jī)采用工業(yè)電腦PLC控制。結(jié)構(gòu)圖見圖1.
三、設(shè)計(jì)概況
⑴軋輥設(shè)計(jì)
在冷彎成型過程中，板材逐漸成型為最終的形狀，當(dāng)材料通過軋機(jī)時(shí)，是由旋轉(zhuǎn)的軋輥成型的。軋輥設(shè)計(jì)的目標(biāo)是：以最少的成型步驟，也就是最少的道次數(shù)在給定滿足的公差內(nèi)成型要求的產(chǎn)品。根據(jù)（MT/T861—2000礦用w型鋼帶）標(biāo)準(zhǔn)的要求，該軋輥設(shè)計(jì)為7個(gè)道次，設(shè)計(jì)一套好的便于使用的軋輥可以遵循以下原則：材料按照預(yù)想的方式平滑順暢流動(dòng)；足夠的成型道次數(shù)。軋輥能起到正確作用，必須可以做到以下幾點(diǎn)：如軋輥制造準(zhǔn)確，并且軋機(jī)軸不彎曲，不松動(dòng)，軸肩定位準(zhǔn)確。如果滿足以上條件，一組好的軋輥會(huì)生產(chǎn)出數(shù)萬米的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
⑵軋機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問題：1、軋機(jī)類型的選取，考慮到軋制板材最大寬度400mm，板厚5mm，軸與軸的承載力大，故選用通軸雙端式軋機(jī)型式。2、軋機(jī)軸直徑的選取：根據(jù)計(jì)算與類比法，軸徑定為80mm。3、道次間距：道次間距是水平方向的中心軸距，成型產(chǎn)品時(shí)，道次間距會(huì)很關(guān)鍵，不能太短亦不能太長(zhǎng)，過短會(huì)產(chǎn)生波浪和扭曲，以至于不能安裝調(diào)節(jié)輥和其它組件（如計(jì)數(shù)器），另外空間太小會(huì)使安裝和和使用常規(guī)檢查軋輥間隙變得極其困難。由此本設(shè)備道次間距選在≤500mm。4、下軸和軋機(jī)臺(tái)面距離：一般情況下大多數(shù)軋機(jī)包括本設(shè)備下軸都是固定的，不可調(diào)節(jié)。5、下軸驅(qū)動(dòng)：冷彎成型行業(yè)已作為一種規(guī)則，一般均采用下軸驅(qū)動(dòng)。由11kw電機(jī)經(jīng)Pm500減速機(jī)帶動(dòng)鏈輪鏈條，鏈條1.5寸雙排拖動(dòng)。6、分離定位套設(shè)計(jì)：分離定位套可減少多規(guī)格寬斷面的軋輥更換時(shí)間。 從軸端卸下原螺母，拉出機(jī)架，分離定位套的換輥操作，只需松開螺母，將軋輥向兩側(cè)拉動(dòng)6~20mm即可，這個(gè)間隙即可分離定位套，將其安裝在新位置。這種方法可以減少軋輥更換時(shí)間約70%~80%。比如，用標(biāo)準(zhǔn)定位套，每個(gè)道次套更換時(shí)間在10~24min，而用定位分離套，更換時(shí)間可以減少3~5min。
本設(shè)備用的是鉸鏈聯(lián)接定位套和帶止口的活動(dòng)墊片，鉸鏈連接的定位套是以鉸鏈作為定位的一種定位方式，外部加彈簧固定，從某種程度上講，比螺栓固定更能減少裝卸時(shí)間，而且該構(gòu)建表面美觀，非常實(shí)用。定位套是軋輥組的一部分，因此，長(zhǎng)度公差和兩端平衡度很關(guān)鍵。定位套不必?zé)崽幚恚瑢?duì)加工粗糙度也沒有嚴(yán)格要求。
⑶四柱式?jīng)_床設(shè)計(jì)
㈠
鋼帶機(jī)沖孔一般都是由液壓沖床完成的，液壓沖床的有點(diǎn)是沖切力、行程、沖切速度容易調(diào)整，震動(dòng)和噪聲小。由于液壓沖床運(yùn)動(dòng)部件很少，因此它不宜過載，也不宜太多的維護(hù)。但是長(zhǎng)久以來，速度的限制是液壓沖床的最大缺點(diǎn)。為此，我們?cè)诒驹O(shè)備中設(shè)計(jì)了四柱式下曲柄沖床。該沖床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，是冷彎件沖孔的使用設(shè)備。這種機(jī)床樣式如圖2所示：
利用電機(jī)來驅(qū)動(dòng)飛輪，飛輪通過轉(zhuǎn)鍵式離合器聯(lián)結(jié)
曲軸支撐在底座上，通過中部連桿，曲軸驅(qū)動(dòng)曲帶
動(dòng)底板上下運(yùn)動(dòng)，曲柄的偏心大小決定了行程的大小
離合器系統(tǒng)控制滑塊行程次數(shù)，該沖床切力
沖壓速度50~60次／分鐘。一般小型機(jī)械沖床只有兩根立柱，但為了安全，能承載更大的機(jī)械力，故設(shè)計(jì)了四柱沖床。
㈡
沖切力的計(jì)算，用于平刃口沖載工件在理論上講等于材料的橫切面積與材料的剪切強(qiáng)度的乘積：P=πdtτ
公式中P—力（kw）
d—沖載件的直徑（mm）
τ—材料的抗剪切強(qiáng)度（MPa）
鋼帶沖孔Φ34mm，厚度5mm，低碳鋼抗剪強(qiáng)度415Mpa
P=πdtτ=3.14×34×5×415=22.15t
所需沖切力會(huì)歲某些因素增減。如模具的鈍化，或間隙的加大，都能使力度增大。通過以上的預(yù)算就能達(dá)到初步的估計(jì)。
㈢
鋼帶剪的計(jì)算
為了減小剪切力，剪床設(shè)計(jì)為斜刃剪切，斜度為3°
P=0.5τ
公式中t—剪切件厚度。
τ—材料抗剪強(qiáng)度Mpa。
—剪切斜度一般在2°～5°之間。
故P=0.5τ=0.5××4.5×=10.5t，因?yàn)殡p刃是10.5×2=21t，
故所需沖切力為21t。
該產(chǎn)品是冷彎技術(shù)在煤礦機(jī)械中使用的理想產(chǎn)品，其主要特點(diǎn)是：
⑴結(jié)構(gòu)緊湊，制造工藝簡(jiǎn)單；
⑵自動(dòng)化程度高；
⑶本設(shè)備采用機(jī)械沖孔后，生產(chǎn)效率大幅度提高；
⑷操作方便，運(yùn)行安全可靠；
⑸設(shè)備組裝出廠、運(yùn)輸、安裝方便，安裝周期短。
四、結(jié)束語
該設(shè)備經(jīng)安裝，測(cè)試后運(yùn)行良好，各項(xiàng)參數(shù)均符合設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，不論從剛度和強(qiáng)度上都能滿足生產(chǎn)的要求。
附：
關(guān)鍵詞：電機(jī)矢量控制；永磁同步電機(jī)；電流采樣；數(shù)字濾波
引言
20世紀(jì)70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出異步電機(jī)矢量控制理論來解決交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問題。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測(cè)量和控制電機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)電機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。
在交流電機(jī)矢量控制策略中，相電流采樣性能是一個(gè)重要的指標(biāo)。在對(duì)成本要求高的應(yīng)用場(chǎng)合，如何低成本地獲得好的電流采樣性能成為關(guān)鍵問題。
電流檢測(cè)通常有以下幾種方式：（1）電阻采樣；（2）霍爾電流傳感器；（3）電流互感器。電阻采樣通過測(cè)量電阻上的壓降來計(jì)算電流大小，適合于被測(cè)電流較小的場(chǎng)合。霍爾電流傳感器測(cè)量精度高、線性度好、響應(yīng)快、使用簡(jiǎn)單，但價(jià)格比較昂貴。電流互感器體積較大，造價(jià)昂貴，適合于被測(cè)電流大的場(chǎng)合。對(duì)于小功率的伺服驅(qū)動(dòng)器適合采用電阻采樣方式，文章以雙電阻電流采樣方式[1]展開分析。
1 雙電阻相電流的采樣原理
雙電阻采樣方式的典型電路如圖1所示，微處理器對(duì)某兩相電流通過采樣電阻進(jìn)行采樣，再根據(jù)iu、iv、iw的矢量和為零，即：iu+iv+iw=0的理論推算出第三相電流的值。從采樣電阻上獲取的電壓信號(hào)，經(jīng)過電壓偏置和放大[2]后，輸入到微處理器的A/D單元。雙電阻采樣的邏輯如圖2所示，電流采樣時(shí)刻是在三相上橋臂都截止的時(shí)刻進(jìn)行的，因?yàn)橹挥性谶@個(gè)時(shí)刻才能保證采樣電阻上均有反映該相電流的電流流過，只是此時(shí)可能采樣得到的電流是續(xù)流電流，不過續(xù)流電流也可以真實(shí)的反映相電流的值。由此可見，雙電阻采樣方法也可以實(shí)現(xiàn)三相定子電流的重構(gòu)。
根據(jù)以上分析，雙電阻采樣方法可以實(shí)現(xiàn)三相定子電流的重構(gòu)，不過由圖2可見該方案也存在電流采樣盲區(qū)問題，就是當(dāng)電流采樣相為電壓最大相時(shí)，如果該相占空比比較高的時(shí)候，電流可采樣的區(qū)間（電壓最大相下橋臂開通區(qū)間）就變得狹窄，考慮到IGBT剛切換時(shí)會(huì)有比較大的電流震蕩的問題，使得電流采樣誤差比較大。目前解決的辦法是限制電壓最大占空比，通用限制在95%以下。這里采樣電阻的選取很關(guān)鍵，負(fù)載一定時(shí)，如果采樣電阻的阻值小，則壓降小，在電機(jī)回路中不會(huì)產(chǎn)生很大的影響；如果采樣電阻的阻值過大，會(huì)引起電壓損耗，減小能量效率，且較大的阻值還會(huì)使負(fù)載電壓發(fā)生偏移，產(chǎn)生電磁干擾，產(chǎn)生系統(tǒng)對(duì)噪聲敏感等問題；此外選取采樣電阻時(shí)，還要考慮電阻的穩(wěn)定性能和阻值誤差[3]。
2 相電流的濾波
由于永磁同步電機(jī)的寬范圍調(diào)速及高速特性，在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)不易獲得理想的正弦氣隙磁場(chǎng)[4]，同時(shí)電力電子裝置的非線性特性，導(dǎo)致在系統(tǒng)控制時(shí)采樣的相電流含有不規(guī)則的高次諧波和隨機(jī)干擾。再加上電流采樣電路的穩(wěn)定性及A/D轉(zhuǎn)換單元偏差的存在，更是加大了實(shí)際采樣到的電流波動(dòng)。另外，在系統(tǒng)電路中采用的開關(guān)電源、大功率電磁鐵等電路，可能還會(huì)引起很大干擾。
可見，永磁同步電動(dòng)機(jī)相電流中，含有各種高次、隨機(jī)的諧波。其中包含PWM斬波引起的高頻諧波，有因電機(jī)非正弦反電勢(shì)引起的低次諧波，還有電力電子線路因干擾出現(xiàn)的隨機(jī)脈沖。因此，在系統(tǒng)控制中，需要采用不同的硬件和數(shù)字濾波方法。硬件濾波是在電流采樣電路上增加LC濾波電路，用于去除逆變器的功率開關(guān)斬波引起的干擾。軟件濾波用于去除隨時(shí)脈沖干擾和由低次諧波引起的噪聲。
采用550W伺服驅(qū)動(dòng)器（載波頻率16KHz），配4極15槽永磁同步電機(jī)進(jìn)行測(cè)試。在3500rpm輕負(fù)載下，用示波器分時(shí)測(cè)得U、V相電流如圖3所示，相電流波形除了由于斬波引起的高次諧波外，還由于電機(jī)反電勢(shì)、齒槽等影響，使相電流呈現(xiàn)的不是正弦波。
從處理器A/D轉(zhuǎn)換后，獲取的相電流數(shù)值如圖4所示，相電流又增加了由于A/D電路引起的隨機(jī)電流尖峰。
2.1 程序判斷濾波
對(duì)于隨機(jī)電流尖峰，通常采用限幅濾波法或限速濾波法[5]來實(shí)現(xiàn)消除。電機(jī)相電流是個(gè)動(dòng)態(tài)的信號(hào)，既要考慮采樣值的實(shí)時(shí)性，又要顧及采樣值的連續(xù)性。文章實(shí)際采用如下濾波算法：設(shè)順序采樣時(shí)刻t1，t2，t3的采樣值分別為Y（1），Y（2），Y（3），ΔY1和ΔY2為根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定的門限值，其中ΔY1
采用程序判斷濾波后，消除了隨機(jī)的電流尖峰，如圖5所示。
2.2 算術(shù)平均值法
圖5所示的相電流波形中還存在著低次諧波，由于它在時(shí)間域的頻率是不確定的，這里采用平均值濾波法[7]來處理，具體算法如式（2）所示。
算術(shù)平均值法對(duì)信號(hào)的平滑濾波程度完全取決于n。
當(dāng)n較大時(shí)，平滑度高，但靈敏度低，即外界信號(hào)的變化對(duì)測(cè)量計(jì)算結(jié)果Y的影響小；當(dāng)n較小時(shí)，平滑度低，但靈敏度高。電機(jī)相電流是個(gè)動(dòng)態(tài)的信號(hào)，應(yīng)視具體情況選取n。采用算術(shù)平均值法濾波后，消除了圖5波形中的大部分低次諧波，如圖6所示。經(jīng)過兩次濾波后，相電流的波形得到了顯著的優(yōu)化。
3 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
采用上述550W伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)，在測(cè)功機(jī)上進(jìn)行相電流濾波前后的對(duì)比測(cè)試，結(jié)果如下：（1）電機(jī)3500rpm恒速運(yùn)行，測(cè)功機(jī)不加載時(shí)：控制器輸入功率由濾波前的73.47W下降到濾波后的55.01W。（2）電機(jī)3500rpm恒速運(yùn)行，測(cè)功機(jī)加1.3Nm扭矩進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)試時(shí)：控制器的效率由濾波前的81.35%上升到濾波后的82.51%。
由上述結(jié)果可以看出，采用了相電流濾波的伺服系統(tǒng)，減少了功耗，提升了系統(tǒng)的效率。
4 結(jié)束語
由以上分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在采用雙電阻相電流采樣的伺服控制系統(tǒng)中，通過復(fù)合數(shù)字濾波方法能夠?qū)⒂蒔WM斬波引起的高頻諧波、電機(jī)非正弦反電勢(shì)引起的低次諧波、電力電子線路因干擾出現(xiàn)的隨機(jī)脈沖等因素引起的相電流噪聲得到有效的抑制，提高了電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，有效改善了系統(tǒng)的效率。
參考文獻(xiàn)
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【Abstract】The stable operation of tobacco stem compressor affects the quality of the on-line stem silk. Combined with the author's practical experience， paper analyzes the measures for reducing the frequency of tobacco stem compressor’s fault， in order to reduce the number of failures， promote the use of tobacco stem compressor and made outstanding contributions to the modernization of our country.
【關(guān)鍵詞】壓梗機(jī)；故障次數(shù)；降低
【Keywords】 tobacco stem compressor； failure number； reduce
【中圖分類號(hào)】TP271+.4 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）06-0177-02
1 引言
煙梗通過上游設(shè)備進(jìn)料振槽進(jìn)入隧道式增溫增濕設(shè)備，然后經(jīng)過壓梗段的進(jìn)料振槽送入壓梗機(jī)內(nèi)。煙梗在壓梗機(jī)料倉內(nèi)受到兩個(gè)軋輥壓制作用后，通過壓梗段的出料振槽送入下游切梗絲工序段。 壓梗機(jī)是制絲車間梗線的重要設(shè)備之一，主要通過軋輥壓制煙梗，從而達(dá)到煙梗內(nèi)部組織疏松的目的。壓梗機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定不僅影響梗線的連續(xù)生產(chǎn)，對(duì)梗絲質(zhì)量的提升也有著重要作用[1]。
2 現(xiàn)狀調(diào)查
小組成員對(duì)壓梗機(jī)2015年4月至6月的梗線設(shè)備故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表1。可以發(fā)現(xiàn)壓梗機(jī)占梗線設(shè)備故障次數(shù)的62.2%。
3 目標(biāo)確定
目標(biāo)依據(jù)分析：
根據(jù)小組對(duì)2015年4月至6月壓梗機(jī)故障的統(tǒng)計(jì)，其月均故障次數(shù)為7.7次。其中饋電器過流和料位檢測(cè)孔堵塞故障，月均為6.3次。
若能杜絕饋電器過流和料位檢測(cè)孔堵塞故障，則壓梗機(jī)故障次數(shù)可降為7.7-6.3=1.4次。
4 要因分析
小組成員通過頭腦風(fēng)暴法對(duì)軋輥電機(jī)饋電器過流原因進(jìn)行分析，并繪制關(guān)聯(lián)圖，確定其目標(biāo)因素為以下幾個(gè)方面：饋電器額定電流與電機(jī)額定電流不匹配，接線端子松動(dòng)，軋輥電機(jī)三相內(nèi)阻不相等，饋電器輸出端到電機(jī)端子線路閃斷，軋輥壓梗寬度過小，軋輥機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)異常，料位檢測(cè)裝置失效，金屬探測(cè)儀剔除帶金屬物料功能失效，洗梗工序未能將硬石物質(zhì)剔除，進(jìn)料控制程序設(shè)計(jì)不合理。以下為要因確認(rèn)的部分內(nèi)容：
洗梗工序未能將硬石等物質(zhì)剔除：
①洗梗工序物料中含的石頭等硬質(zhì)物一般是由投料煙梗中帶來的，物料與硬石分離工作原理為煙梗進(jìn)入水槽后，在水流作用下漂浮在料液表面，而如硬石等物質(zhì)會(huì)沉入水槽槽底，不會(huì)隨物料進(jìn)入網(wǎng)帶而進(jìn)入下一工序。
②通過跟蹤5批次投料，未發(fā)現(xiàn)洗梗工序出料中含有硬石等物質(zhì)。
結(jié)論：非要因。
進(jìn)料控制程序設(shè)計(jì)不合理：
①聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)過程中，當(dāng)下一工序（切梗絲工序）料滿時(shí)壓梗段暫停供料，但隧道式增溫增濕設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行（在聯(lián)動(dòng)條件下，一直運(yùn)行），繼續(xù)向壓梗段進(jìn)料振槽供料，造成進(jìn)料振槽上煙梗堆積。
②當(dāng)下一工序需要繼續(xù)供料時(shí)，進(jìn)料振槽上大量煙梗進(jìn)入壓梗機(jī)料倉。
結(jié)論：要因。
5 制定對(duì)策
方案一：
下一工序料滿要求停止進(jìn)料時(shí)，隧道式增溫增濕設(shè)備與壓梗段設(shè)備立刻暫停供料。
①確定隧道式增溫增濕設(shè)備控制程序中壓梗段運(yùn)行信號(hào)；
②將壓梗段運(yùn)行信號(hào)作為隧道式增溫增濕設(shè)備運(yùn)行信號(hào)的條件之一；
③調(diào)試并完善程序；
④跟蹤生產(chǎn)情況。
方案二：
下一工序料滿要求停止進(jìn)料時(shí)，隧道式增溫增濕設(shè)備與壓梗段設(shè)備延時(shí)后暫停供料。
①確定排空隧道式增溫增濕設(shè)備槽體內(nèi)物料所需時(shí)間；
②修改隧道式增溫增濕設(shè)備程序，增加隧道式增溫增濕設(shè)備延時(shí)后暫停供料功能，確定最佳延時(shí)時(shí)間；
③修改壓梗段程序，將隧道式增溫增濕設(shè)備延時(shí)后暫停時(shí)間作為壓梗段延時(shí)暫停時(shí)間；
④跟蹤生產(chǎn)情況。
6 對(duì)策實(shí)施
針對(duì)方案2的對(duì)策實(shí)施內(nèi)容：
確定排空隧道式增溫增濕設(shè)備槽體內(nèi)物料所需時(shí)間；跟蹤統(tǒng)計(jì)，排空隧道式增溫增濕設(shè)備內(nèi)物料所需時(shí)間一般為4-7秒。修改隧道式增卦鍪設(shè)備程序，增加隧道式增溫增濕設(shè)備延時(shí)后暫停供料功能，確定最佳延時(shí)時(shí)間；增加延時(shí)功能，將延時(shí)時(shí)間設(shè)置為3s、 4s、 5s、 6s、 7s，進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)。最終我們將延時(shí)時(shí)間設(shè)置為5s。修改壓梗段程序，將隧道式增溫增濕設(shè)備延時(shí)后暫停時(shí)間作為壓梗段延時(shí)暫停時(shí)間。
方案一與方案二均能夠?qū)崿F(xiàn)壓梗段設(shè)備與隧道式增溫增濕設(shè)備的同步運(yùn)行和停止。但是在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，實(shí)施方案一后，停留在隧道式增溫增濕設(shè)備槽體內(nèi)的煙梗由于受槽體內(nèi)溫濕度的影響，水分相對(duì)較高，影響下一工序的生產(chǎn)，當(dāng)暫停供料時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，影響尤為明顯。
7 效果檢查
8 鞏固措施
①將本次優(yōu)化后的程序提交車間存檔，并把相關(guān)資料納入標(biāo)準(zhǔn)化管理；
②組織機(jī)電人員及操作人員對(duì)優(yōu)化后的壓梗機(jī)及隧道式增溫增濕設(shè)備的控制原理進(jìn)行培訓(xùn)；
③加強(qiáng)機(jī)電人員及操作人員的點(diǎn)檢、巡檢工作；
④繼續(xù)跟蹤壓梗機(jī)工作情況。統(tǒng)計(jì)2015年12月至2016年2月，壓梗機(jī)故障次數(shù)，月平均故障次數(shù)為0.7次。
【關(guān)鍵詞】嵌入式CortexTM-M3 LM3S811 溫度檢測(cè)
豆?jié){是現(xiàn)代科學(xué)公認(rèn)的營(yíng)養(yǎng)品，隨著家庭生活條件的改善、生活水平的提高以及出于對(duì)食品安全的考慮，富含植物性蛋白的豆?jié){正以無可阻擋的魅力走進(jìn)千家萬戶，本論文即采用 嵌入式單片機(jī)設(shè)計(jì)的一款豆?jié){機(jī)。
1 LM3S811單片機(jī)介紹
TI公司的Stellaris系列的單片機(jī)，能夠使用戶以傳統(tǒng)的8位和16位器件的價(jià)位來享受32位的性能。該系列單片機(jī)是針對(duì)工業(yè)應(yīng)用方案而設(shè)計(jì)的，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控、電子售貨機(jī)、測(cè)試和測(cè)量設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和交換機(jī)、工廠自動(dòng)化、建筑控制、運(yùn)動(dòng)控制、醫(yī)療器械、以及火警安防等。
LM3S811單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)還在于能夠方便的運(yùn)用多種ARM的開發(fā)工具和片上系統(tǒng)（SoC）的底層IP應(yīng)用方案，能夠滿足各種需求。另外，該單片機(jī)使用了兼容ARM的Thumb?指令集的Thumb2指令集來減少存儲(chǔ)容量的需求，并以此達(dá)到降低成本的目的。因此，本設(shè)計(jì)采用LM3S811單片機(jī)作為控制芯片。
2 豆?jié){機(jī)工作流程與硬件設(shè)計(jì)
2.1 豆?jié){機(jī)工作流程
正常上電后按豆?jié){按鈕，蜂鳴器“嘀”一聲，指示燈亮。
（1）延時(shí)2秒、隨后加熱到80℃，打豆10秒后停5秒。
（2）自動(dòng)加熱掛泡，停止加熱10秒。
（2）打豆10秒，停10秒如此循環(huán)6次。
（3）加熱到掛泡，如此循環(huán)3次。
（4）打豆10秒，停6秒如此循環(huán)6次。
（5）加熱到掛泡，如此循環(huán)6次。
完成后蜂鳴器提示音1秒一聲，一分鐘后轉(zhuǎn)至每間隔10秒蜂鳴器“嘀”一聲提示音，表示工作進(jìn)程結(jié)束。
2.2 豆?jié){機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)
全自動(dòng)豆?jié){機(jī)硬件電路包括溫度傳感器電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)以及輸出控制電路。
由于單片機(jī)內(nèi)部有上拉電阻，所以按鈕電路沒有連接上拉電阻；用單片機(jī)引腳直接控制繼電器的方式驅(qū)動(dòng)電加熱器與電機(jī)；溫度傳感器采用熱敏電阻KTY81-110，采用電阻串聯(lián)分壓法直接將熱敏電阻兩端的電壓輸入到單片機(jī)LM3S811的ADC中；采用變壓器降壓、整流、濾波后，經(jīng)過3.3V穩(wěn)壓器1117（3.3V）輸出，為豆?jié){機(jī)提供電源。通過這些電路設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)豆?jié){機(jī)系統(tǒng)。
3 基于LM3S811單片機(jī)的豆?jié){控制電路機(jī)程序框架
本設(shè)計(jì)為全自動(dòng)豆?jié){機(jī)，采用狀態(tài)機(jī)描述進(jìn)行編程。按照狀態(tài)機(jī)描述豆?jié){機(jī)不同得工作狀態(tài)，程序由C語言寫出，主程序由單片機(jī)初始化、溫度傳感器初始化、鍵盤初始化等等，程序框架如下：
include " LM3S811.h"
定義數(shù)碼管譯碼數(shù)組；
定義數(shù)碼管位選數(shù)組；
定義LED燈數(shù)組；
定義保存在FLASH中數(shù)據(jù)的數(shù)組；
定義定時(shí)標(biāo)記變量；
定義其他全局?jǐn)?shù)組與變量； //例如定時(shí)變量dsbl等
函數(shù)原型聲明；
void main（void）
{
定時(shí)器0初始化； //實(shí)現(xiàn)時(shí)間標(biāo)記
定時(shí)器1初始化； //對(duì)定時(shí)變量定時(shí)
引腳初始化； //按鈕、水位電極、ADC、繼電器等引腳初始化
ADC初始化；
其他初始化語句；
while（1）
{
//按鍵處理語句；
{
功能選擇等按鈕語句； //按鈕變量anbl隨按下按鈕不同而不同
豆?jié){按鈕按下時(shí)，anbl=1； //對(duì)應(yīng)指示燈亮，表示工作狀態(tài)
燒水按鈕按下時(shí)，anbl=2；
攪拌按鈕按下時(shí)，anbl=3；
若沒有按鈕按下，anbl=4；
需要按鈕抬起判斷語句；
}
//低水位電極、防溢出電極、溫度檢測(cè)
if（sample_time= =1）
{
檢測(cè)水位電極； //設(shè)置低水位標(biāo)志，若是低水位，低水位標(biāo)志為1
檢測(cè)防溢出電極； //設(shè)置防溢出標(biāo)志，若是溢出，防溢出標(biāo)志為1
ADC轉(zhuǎn)換溫度值、數(shù)字濾波語句，轉(zhuǎn)換成溫度值。
sample_time= =0；
}
//狀態(tài)機(jī)
if （state_time= =1）
{
狀態(tài)機(jī)語句；
state_time=0；
按鈕變量=0
}
//輸出語句：
4 結(jié)論
TI公司的Stellaris系列的單片機(jī)，LM3S811單片機(jī)與Stellaris系列的所有成員是代碼兼容的，這為用戶提供了靈活性，能夠適應(yīng)各種精確的需求，必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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通訊作者簡(jiǎn)介
周立平（1979-），男，現(xiàn)為中國(guó)電子科技集團(tuán)第二研究所工程師。研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制。
關(guān)鍵詞：永磁同步電動(dòng)機(jī)；應(yīng)用特性；研究
引言
稀土永磁電動(dòng)機(jī)具有高效節(jié)能的顯著優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍正日益遍及國(guó)防、航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的諸多領(lǐng)域，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｏ噍^于電勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)，稀土永磁電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特殊且種類多樣，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和分析方法已難以適應(yīng)高性能電機(jī)研發(fā)的要求，需要綜合運(yùn)用多學(xué)科理論和現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段，進(jìn)行創(chuàng)新研究。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式得到的產(chǎn)品，在工況相對(duì)固定的應(yīng)用場(chǎng)合，能夠表顯出良好的技術(shù)性能，但在永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)用的過程中，其振動(dòng)與噪聲始終沒有得到有效解決，甚至?xí)?duì)其實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。為此，針對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究十分有必要，同樣也逐漸成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵增長(zhǎng)點(diǎn)。因此，本文在電機(jī)和電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用問題，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作工程中的振動(dòng)和噪聲問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析研究，并提出具體解決改善措施。論文的工作主要集中在以下幾個(gè)方面：（1）測(cè)試裝置與系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，選擇11kW的永磁同步電動(dòng)機(jī)，對(duì)其振動(dòng)和噪聲的特性進(jìn)行測(cè)試。其中，將非金屬環(huán)合理安裝于9000A的渦流傳感器之上，隨后，同樣將其安裝在軸承端蓋的位置，進(jìn)而對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)特性展開全面測(cè)試。（2）永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)與噪聲信號(hào)的分析，通過對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲信號(hào)的測(cè)試與分析，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于額定負(fù)載的情況下，其振動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)出一簇脈沖，其電流信號(hào)也有所改變，并非正常的正弦時(shí)域波形。（3）對(duì)噪聲頻譜的分析，當(dāng)11kW永磁同步電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)時(shí)，根據(jù)聲壓級(jí)頻譜的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，其中存在兩個(gè)峰值。而當(dāng)11kW永磁同步電動(dòng)機(jī)處于額定負(fù)載的狀態(tài)下，根據(jù)聲壓級(jí)頻譜內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，存在三個(gè)峰值。而通過噪聲頻譜與振動(dòng)頻譜的對(duì)比和比較，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)噪聲產(chǎn)生影響的因素中，軸承振動(dòng)并非主要矛盾。通過對(duì)空載以及額定負(fù)載條件下的聲壓級(jí)頻譜對(duì)比與比較可以發(fā)現(xiàn)，峰值多出一，而具體的原因就是受負(fù)載增加的影響，導(dǎo)致電流與功角隨之提高，進(jìn)而生成了頻率成分。
以下是詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程：
1 永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用特性的實(shí)驗(yàn)分析――以振動(dòng)與噪聲為實(shí)驗(yàn)對(duì)象
1.1 測(cè)試裝置與系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)
選擇11kW的永磁同步電動(dòng)機(jī)，對(duì)其振動(dòng)和噪聲的特性進(jìn)行測(cè)試。其中，將非金屬環(huán)合理安裝于9000A的渦流傳感器之上，隨后，同樣將其安裝在軸承端蓋的位置，進(jìn)而對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)特性展開全面測(cè)試。
1.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)與噪聲信號(hào)的分析
通過對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲信號(hào)的測(cè)試與分析，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于額定負(fù)載的情況下，其振動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)出一簇脈沖，其電流信號(hào)也有所改變，并非正常的正弦時(shí)域波形[1]。
1.3 對(duì)噪聲頻譜的分析
當(dāng)11kW永磁同步電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)時(shí)，根據(jù)聲壓級(jí)頻譜的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，其中存在兩個(gè)峰值。而當(dāng)11kW永磁同步電動(dòng)機(jī)處于額定負(fù)載的狀態(tài)下，根據(jù)聲壓級(jí)頻譜內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，存在三個(gè)峰值。而通過噪聲頻譜與振動(dòng)頻譜的對(duì)比和比較，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)噪聲產(chǎn)生影響的因素中，軸承振動(dòng)并非主要矛盾。通過對(duì)空載以及額定負(fù)載條件下的聲壓級(jí)頻譜對(duì)比與比較可以發(fā)現(xiàn)，峰值多出一個(gè)，而具體的原因就是受負(fù)載增加的影響，導(dǎo)致電流與功角隨之提高，進(jìn)而生成了頻率成分。
2 改善永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用特性的具體措施
2.1 有效降低力波
第一，繞組選擇要科學(xué)。在選擇定子繞組的過程中，最好選擇諧波磁動(dòng)勢(shì)不高的，像是正弦繞組，能夠有效地降低噪聲。第二，將定子槽與轉(zhuǎn)子槽的開口寬度減小。通過半閉口槽亦或是閉口槽能夠使氣隙磁導(dǎo)諧波有效降低。與此同時(shí)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的降低，就需要采用槽開口寬度增大的方式。第三，氣隙磁通密度適當(dāng)減少。因?yàn)閺较蛄蜌庀洞琶芷椒匠尸F(xiàn)出正比例關(guān)系，而振幅和徑向力同樣呈正相關(guān)關(guān)系。除此之外，升功率和振幅平方近似呈正比例的關(guān)系[2]。在這種情況下，磁通的密度如果相對(duì)較高，那么不僅只是聲功率隨之提高，同樣還會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的效果，分叉與混沌現(xiàn)象的發(fā)生幾率會(huì)更高。然而，一旦減小氣隙磁密，還會(huì)使電動(dòng)機(jī)的自重增加。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)綜合考慮多種因素來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.2 磁場(chǎng)應(yīng)對(duì)稱
在永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的過程中，如果轉(zhuǎn)子偏心很容易引起低階徑向力，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)自身的噪聲不斷增加[3]。在這種情況下，不僅要對(duì)加工工藝與裝配工藝進(jìn)行合理地控制，同樣采取定子并聯(lián)繞組的方式，也能夠避免因轉(zhuǎn)子不同心而帶來的噪聲，這樣就能夠確保各級(jí)磁通處于一致狀態(tài)，有效地規(guī)避了磁拉力出現(xiàn)的不平衡性，使得振動(dòng)與噪聲的產(chǎn)生幾率下降。
2.3 斜槽與斜極的控制
對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)來說，將其定子鐵心以斜槽的形式制作出來，能夠確保徑向力波始終沿著電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度方向軸線來移動(dòng)[4]。這樣一來，其沿著軸線方向的平均徑向力就會(huì)隨之下降，同時(shí)，附加轉(zhuǎn)矩以及噪聲也會(huì)隨之降低，然而，實(shí)際的附加損耗卻并不會(huì)下降。
2.4 定子動(dòng)態(tài)振幅與聲振幅的合理減少
第一，要科學(xué)增加阻尼。可以在永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心以及機(jī)座中適當(dāng)?shù)赝可献枘岵牧希c此同時(shí)，使用清漆亦或是環(huán)氧樹脂，實(shí)現(xiàn)定子疊片的有效粘結(jié)[5]。基于此，應(yīng)當(dāng)對(duì)定子鐵心以及機(jī)座間存在的間隙進(jìn)行及時(shí)填充，這樣也能夠使電動(dòng)機(jī)阻尼不斷增加。第二，聲輻射效率的減少。在對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)聲輻射功率進(jìn)行計(jì)算的過程中，主要是相對(duì)聲強(qiáng)輻射系數(shù)和無窮大平板聲強(qiáng)公式相乘[6]。其中，相對(duì)聲強(qiáng)輻射的系數(shù)和電動(dòng)機(jī)的定子長(zhǎng)徑比以及振動(dòng)模態(tài)階數(shù)等存在緊密的聯(lián)系。為此，在立波階數(shù)的增加，使聲強(qiáng)輻射系數(shù)減少，可以有效地控制噪聲。
3 結(jié)束語
綜上所述，永磁同步電動(dòng)機(jī)在實(shí)踐應(yīng)用中的作用十分重要，所以，對(duì)其應(yīng)用特性的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。電動(dòng)機(jī)振動(dòng)過大不僅會(huì)對(duì)運(yùn)行可靠程度帶來負(fù)面影響，同樣還會(huì)引發(fā)噪聲。因而，文章將稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)作為重點(diǎn)研究對(duì)象，并且以振動(dòng)和噪聲兩個(gè)特性為例，闡述了控制這兩種特性的可行性方式，以期為永磁同步電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供有價(jià)值的參考依據(jù)，充分發(fā)揮其自身的功用。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：實(shí)訓(xùn)課程；分層次；模塊化
作者簡(jiǎn)介：李自成（1970-），男，四川資陽人，成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化系，副教授。（四川?樂山?614000）
中圖分類號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）20-0086-02
電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)在電氣信息領(lǐng)域起著十分重要的作用，主要研究電能的產(chǎn)生、傳輸、轉(zhuǎn)換、控制、儲(chǔ)存和利用，同時(shí)有關(guān)電能的轉(zhuǎn)換及使用的控制在該專業(yè)所占的地位也日益重要。[1，2]它和人們的日常生活及工業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系越來越緊密，因而發(fā)展迅速，已經(jīng)成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，并成為很多高校的一門重要學(xué)科。而成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院在2005年成立了電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，在專業(yè)發(fā)展過程中注重實(shí)踐課程體系的建立。為了適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)關(guān)于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐技能，突出工程能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)，結(jié)合電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)方案制訂了電氣專業(yè)工程訓(xùn)練教學(xué)計(jì)劃，形成了科學(xué)的電氣工程實(shí)訓(xùn)課程體系。體系以培養(yǎng)學(xué)生在電機(jī)及其電力拖動(dòng)技術(shù)、電力電子與電氣傳動(dòng)技術(shù)、電氣控制技術(shù)、電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)等方面的工程技能為基本目標(biāo)，旨在提升學(xué)生在電氣領(lǐng)域的知識(shí)應(yīng)用水平和綜合創(chuàng)新能力，構(gòu)建起理論知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)際技能訓(xùn)練、單項(xiàng)能力培養(yǎng)與綜合素質(zhì)提升之間的橋梁。
一、課程目標(biāo)定位
課程體系反映了應(yīng)用型本科對(duì)知識(shí)能力方面的要求。應(yīng)用型本科同一般普通本科的培養(yǎng)體系是平行的，相比具有鮮明的技術(shù)應(yīng)用性特征。[3]在培養(yǎng)規(guī)格上，應(yīng)用本科培養(yǎng)的不是學(xué)科型、學(xué)術(shù)型、研究型人才，而是培養(yǎng)適應(yīng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線需要的高等技術(shù)應(yīng)用型人才；在培養(yǎng)模式上，應(yīng)用本科以適應(yīng)社會(huì)需要為目標(biāo)，以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用能力為主線設(shè)計(jì)學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)方案，以“應(yīng)用”為主旨和特征構(gòu)建課程、教學(xué)內(nèi)容體系，重視學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。基于應(yīng)用型本科的性質(zhì)，為了加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，使學(xué)生盡快掌握本專業(yè)領(lǐng)域的技能，因此整個(gè)體系強(qiáng)調(diào)建立一個(gè)系統(tǒng)化的實(shí)訓(xùn)過程，通過實(shí)訓(xùn)，學(xué)生應(yīng)該具備以下技能：
掌握電機(jī)和電力拖動(dòng)技術(shù)，熟悉變壓器、直流電機(jī)、交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，通過實(shí)訓(xùn)熟悉電機(jī)運(yùn)行原理和調(diào)速原理。
掌握電力電子與電氣傳動(dòng)技術(shù)，熟悉各種電力電子器件的應(yīng)用，能正確使用變頻器，并能初步進(jìn)行電機(jī)調(diào)速電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。
掌握電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)，通過實(shí)訓(xùn)熟悉繼電保護(hù)基本原理，利用MATLAB進(jìn)行潮流計(jì)算，并能進(jìn)行初步的短路分析。
熟練掌握工廠電氣控制、電氣設(shè)計(jì)軟件等開發(fā)平臺(tái)和應(yīng)用技術(shù)，能夠進(jìn)行系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)或者利用軟件進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)。
掌握電氣系統(tǒng)或者控制程序的調(diào)試方法，能通過實(shí)際操作較好地判斷出電氣系統(tǒng)或者控制程序的缺陷，并進(jìn)行改進(jìn)。
為了節(jié)約成本，加快開發(fā)過程，能夠用仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真，熟練使用各種仿真軟件，包括Protel DXP等。
能熟練使用各種檢測(cè)工具，具備對(duì)低壓電器的認(rèn)知和感性認(rèn)識(shí)，熟悉每種低壓電氣的正確用法，能進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)，選擇出滿足要求的電器。
二、課程體系的構(gòu)成原則
實(shí)訓(xùn)基于各課程各章節(jié)內(nèi)容或者課程之間聯(lián)系，以實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為主體和載體，以程序或者電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、技術(shù)、能力和素質(zhì)的全面提高。以實(shí)訓(xùn)課程體系作為實(shí)訓(xùn)目標(biāo)的基礎(chǔ)，制訂完善的實(shí)訓(xùn)計(jì)劃體系，同時(shí)堅(jiān)持了以下原則：
以就業(yè)實(shí)際需求為導(dǎo)向，以能力培養(yǎng)為核心，以學(xué)生適應(yīng)就業(yè)崗位為目標(biāo)，以崗位技能為重點(diǎn)，兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。
注重知識(shí)、技術(shù)、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，使學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)既鞏固了所學(xué)的知識(shí)和技術(shù)又提高了應(yīng)用知識(shí)、技術(shù)的能力，使素質(zhì)得到升華。
以實(shí)踐能力和工程訓(xùn)練為重點(diǎn)，突出技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)在應(yīng)用中創(chuàng)新，通過解決問題綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。
課程體系體現(xiàn)了開放性、靈活性，及時(shí)反映了新能源技術(shù)的發(fā)展以及新技術(shù)的應(yīng)用。
課程體系與人才培養(yǎng)方案的課程體系銜接，分別針對(duì)電氣技術(shù)、電力系統(tǒng)自動(dòng)化、電力電子等方向設(shè)立實(shí)訓(xùn)課程。
三、分層次模塊化實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的設(shè)立
電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)主要是研究電能應(yīng)用的專業(yè)。近幾十年來，有關(guān)電能的轉(zhuǎn)換、控制在該專業(yè)所占的地位日益重要，專業(yè)名稱中的“及其自動(dòng)化”反映了科學(xué)技術(shù)的這種發(fā)展和變化。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)范圍主要包括電工基礎(chǔ)理論、電氣裝備制造和應(yīng)用、電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制三個(gè)部分。[4，5]因此實(shí)訓(xùn)課程的設(shè)立也應(yīng)該反映這些專業(yè)范圍。首先，電工理論是電氣工程的基礎(chǔ)，主要包括電路理論和電磁場(chǎng)理論。這些理論是物理學(xué)中電學(xué)和磁學(xué)的發(fā)展、延伸。而電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)等可以看成是由電工理論的不斷發(fā)展而誕生，電工理論是它們的重要基礎(chǔ)。電氣裝備制造主要包括發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器等電機(jī)設(shè)備的制造，也包括開關(guān)、用電設(shè)備等電器與電氣設(shè)備的制造，還包括電力電子設(shè)備的制造、各種電氣控制裝置、電子控制裝置的制造以及電工材料、電氣絕緣等內(nèi)容。電氣裝備的應(yīng)用則是指上述設(shè)備和裝置的應(yīng)用。電力系統(tǒng)主要指電力網(wǎng)的運(yùn)行和控制、電氣自動(dòng)化等內(nèi)容。制造和運(yùn)行不可能截然分開，電氣設(shè)備在制造時(shí)必須考慮其運(yùn)行，如電力系統(tǒng)由各種電氣設(shè)備組成，其良好的運(yùn)行必然要依靠良好的設(shè)備。
針對(duì)專業(yè)范圍，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)工程訓(xùn)練在學(xué)院工程訓(xùn)練中心進(jìn)行。訓(xùn)練內(nèi)容劃分為工程認(rèn)知訓(xùn)練、專業(yè)技能訓(xùn)練和綜合創(chuàng)新訓(xùn)練三個(gè)層次。由于我院從專業(yè)建立初期就注重實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。目前訓(xùn)練條件優(yōu)良，已建有電氣技術(shù)實(shí)訓(xùn)室、電機(jī)及拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)室、電力自動(dòng)化及繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)室、電力電子及傳動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室等專業(yè)實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，學(xué)院工程訓(xùn)練中心為進(jìn)一步提升學(xué)生在電氣工程領(lǐng)域的綜合創(chuàng)新能力，建設(shè)了數(shù)控加工中心、基于先進(jìn)控制技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室和柔性制造中心，突出真實(shí)的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，突出強(qiáng)化學(xué)生在系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)等方面的工程訓(xùn)練，有利于高水平應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。
我院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程體系設(shè)立了三個(gè)方向：電氣技術(shù)方向、電力電子技術(shù)方向、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。針對(duì)不同方向和實(shí)訓(xùn)層次設(shè)立不同的課程。如圖1所示。
首先，工程認(rèn)知訓(xùn)練是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)整個(gè)教學(xué)過程中一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)包括生產(chǎn)實(shí)習(xí)等內(nèi)容，使學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)際或者科研中驗(yàn)證從課本上學(xué)到的理論知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，從而鞏固所學(xué)知識(shí)并體會(huì)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值；培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)去觀察、解釋并進(jìn)一步嘗試解決生產(chǎn)實(shí)際或者科研過程中發(fā)生的問題，提高分析問題與解決問題的能力；使學(xué)生了解企業(yè)的生產(chǎn)工序、工藝流程、管理制度，從而獲得與本專業(yè)有關(guān)的實(shí)際生產(chǎn)知識(shí)，并擴(kuò)大專業(yè)知識(shí)面；培養(yǎng)學(xué)生從事技術(shù)專題調(diào)查、搜集資料和進(jìn)行研究的能力，并為即將進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文打下良好的基礎(chǔ)。其后是專業(yè)技能訓(xùn)練，針對(duì)專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)置模塊，包括電機(jī)、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)自動(dòng)化、電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、PLC、電氣CAD等。而學(xué)生專業(yè)技能是一個(gè)復(fù)雜的技能系統(tǒng)，諸多技能之間既相互關(guān)聯(lián)又相互影響，其訓(xùn)練途徑及實(shí)施辦法亦多種多樣，同時(shí)必須具備整體性、科學(xué)性和互動(dòng)性。因此，專業(yè)技能訓(xùn)練方案的制訂，內(nèi)容上密切結(jié)合學(xué)科和緊扣本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，與專業(yè)培養(yǎng)方案一致，注重能力的提高和知識(shí)的應(yīng)用，注重開放性和拓展學(xué)生的思維空間構(gòu)建與理論教學(xué)相輔相成、以能力培養(yǎng)為主線的技能訓(xùn)練方案，為專業(yè)培養(yǎng)方案的貫徹執(zhí)行服務(wù)，以適應(yīng)教育教學(xué)改革發(fā)展的需要，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。最后是綜合創(chuàng)新訓(xùn)練，為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化培養(yǎng)提供先進(jìn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、制作的環(huán)境與條件。通過綜合創(chuàng)新訓(xùn)練為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)能培養(yǎng)興趣、產(chǎn)生好奇心的環(huán)境，使他們?cè)谶@里自己動(dòng)手創(chuàng)新制作、激發(fā)創(chuàng)造力。以創(chuàng)新思維和創(chuàng)新制作能力的訓(xùn)練為核心，充分發(fā)揮學(xué)生的自主能力和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，培養(yǎng)更多高素質(zhì)、復(fù)合型、應(yīng)用型人才。綜合創(chuàng)新訓(xùn)練不但能夠培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，而且還有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新思維，起著其他課程不能替代的作用。
整個(gè)課程體系對(duì)應(yīng)于工程素質(zhì)訓(xùn)練、金工實(shí)習(xí)、電機(jī)及拖動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)、控制理論和控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)、PLC與變頻器應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)、單片機(jī)技術(shù)工程訓(xùn)練、CAD實(shí)訓(xùn)、電力系統(tǒng)自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)、電力電子與電氣傳動(dòng)實(shí)訓(xùn)、自控系統(tǒng)綜合實(shí)習(xí)、調(diào)速系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)、供配電系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)等實(shí)訓(xùn)。同時(shí)為了突出應(yīng)用型本科的特點(diǎn)，增加了“Protel DXP實(shí)用教程”和“電氣工程CAD”與實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密的課程。實(shí)訓(xùn)課內(nèi)容如表1所示。
通過該課程體系使學(xué)生能夠初步了解機(jī)電工程的基本研究領(lǐng)域，具備電氣基本操作技能，掌握電機(jī)及拖動(dòng)系統(tǒng)的類型、組成和控制方法，掌握控制理論及自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成，具備對(duì)一般機(jī)電控制系統(tǒng)的安裝、分析和維護(hù)技能，掌握常用電力電子器件的特性，并能根據(jù)要求設(shè)計(jì)出實(shí)用電路，掌握可編程控制器和變頻器的使用方法，具有一定的電氣控制系統(tǒng)開發(fā)能力，在本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)具備一定的科學(xué)研究、科技開發(fā)和組織管理能力，具有較強(qiáng)的工作適應(yīng)能力。
四、結(jié)論
電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)自2005年在成都理工大學(xué)成立以來，針對(duì)本學(xué)校學(xué)生的入學(xué)基礎(chǔ)和就業(yè)的實(shí)際情況對(duì)實(shí)踐方面的教學(xué)課程體系不斷調(diào)整，增加了“Protel DXP實(shí)用教程”和“電氣工程CAD”與實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密的課程，增加了綜合創(chuàng)新訓(xùn)練課程，已經(jīng)形成了完整、科學(xué)的實(shí)訓(xùn)體系。從目前的實(shí)際運(yùn)行情況來看，通過實(shí)訓(xùn)，學(xué)生的就業(yè)率得到提高，同時(shí)學(xué)生到企業(yè)后熟悉崗位的時(shí)間縮短，得到了用人單位的好評(píng)。
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摘要：高職院校畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、工程實(shí)際應(yīng)用能力以及創(chuàng)新能力的重要途徑。通過分析高職院校畢業(yè)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，結(jié)合福建船政交通職業(yè)學(xué)院機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐，提出高職院校機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)改革方法，并進(jìn)行改革效果分析。
關(guān)鍵詞：高職院校；機(jī)電一體化專業(yè)；畢業(yè)設(shè)計(jì)；教學(xué)改革
作者：曾思通
1前言
《教育部辦公廳關(guān)于加強(qiáng)普通高等學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作的通知》（教高廳〔2004〕14號(hào)）指出，畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)大學(xué)生探求真理、強(qiáng)化社會(huì)意識(shí)、進(jìn)行科學(xué)研究基本訓(xùn)練、提高綜合實(shí)踐能力與素質(zhì)等方面具有不可替代的作用，是教育與生產(chǎn)勞動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合的重要體現(xiàn)，是培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)精神的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。高職院校的畢業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)有別于一般專業(yè)課程中的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)實(shí)踐教學(xué)，在實(shí)踐內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)方式、考核方式、評(píng)價(jià)體系等各方面都沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，因而如何實(shí)施這一實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，歷來是各高職院校研究和探索的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
臺(tái)灣技職教育在畢業(yè)設(shè)計(jì)特別是實(shí)務(wù)專題制作上頗有建樹。2017年，筆者赴臺(tái)進(jìn)行為期33天的教學(xué)改革學(xué)習(xí)，深入了解了臺(tái)北城市科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（實(shí)務(wù)專題）的設(shè)計(jì)及制作過程，觀摩了臺(tái)灣科技大學(xué)、正修科技大學(xué)等電機(jī)工程系的專題成果展；再通過對(duì)大陸相關(guān)院校的調(diào)研，以及根據(jù)自身多年從事機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)目前高職院校畢業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)存在的不足，并提出相應(yīng)的教學(xué)改革和實(shí)踐方法。
2高職院校畢業(yè)設(shè)計(jì)存在的不足
以畢業(yè)論文取代畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)畢業(yè)論文是為獲得學(xué)位資格而撰寫的學(xué)術(shù)性較強(qiáng)的研究論文，是衡量可否畢業(yè)及申請(qǐng)和授予相應(yīng)學(xué)位的基本依據(jù)，要求在一定的研究方向內(nèi)選擇論題或課題，對(duì)相應(yīng)的學(xué)術(shù)問題進(jìn)行研究論證[1]。針對(duì)本科教育的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）并不適合于培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能型人才為目標(biāo)的高職教育。高職院校畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要求體現(xiàn)以“職業(yè)能力培養(yǎng)”為主線，沿用本科院校的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）模式，勢(shì)必不能達(dá)到高職院校畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的培養(yǎng)目標(biāo)和要求。
以綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告或說明書作為畢業(yè)設(shè)計(jì)終結(jié)材料有些院校考慮到學(xué)生綜合能力特別是理論水平不夠，無法完成較高質(zhì)量的畢業(yè)設(shè)計(jì)，于是索性放棄畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，直接讓學(xué)生提交一份綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告或說明書作為畢業(yè)設(shè)計(jì)材料。這些綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告或說明書往往又有教材、網(wǎng)絡(luò)資料可查閱、參考，于是一部分學(xué)生有恃無恐，很少把精力放在畢業(yè)設(shè)計(jì)上，最終提交的材料質(zhì)量往往讓人大失所望。
以下企業(yè)實(shí)習(xí)的實(shí)習(xí)報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)以畢業(yè)頂崗實(shí)習(xí)報(bào)告代替畢業(yè)設(shè)計(jì)的高職院校也不在少數(shù)。通過調(diào)研和下企業(yè)檢查，畢業(yè)頂崗實(shí)習(xí)也存在一定的不足，很難達(dá)到期望的效果和目標(biāo)。企業(yè)鑒于自身經(jīng)濟(jì)效益、管理模式以及實(shí)習(xí)學(xué)生能力的考慮，往往讓學(xué)生從事相對(duì)簡(jiǎn)單，重復(fù)性、專業(yè)性不高的工作。在畢業(yè)頂崗實(shí)習(xí)還不盡如人意之際，簡(jiǎn)單地讓畢業(yè)生全部以實(shí)習(xí)報(bào)告頂替畢業(yè)設(shè)計(jì)，往往導(dǎo)致學(xué)生為完成任務(wù)而虛構(gòu)實(shí)習(xí)內(nèi)容或網(wǎng)絡(luò)抄襲相關(guān)實(shí)習(xí)報(bào)告。
以實(shí)務(wù)專題形式開展畢業(yè)設(shè)計(jì)以實(shí)務(wù)專題的形式開展畢業(yè)設(shè)計(jì)是近年來一些高職院校采取的方式。實(shí)務(wù)專題是借鑒臺(tái)灣技職院校各學(xué)科專業(yè)普遍推行的專題制作課程，通過專題制作過程培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力，整合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)及綜合技能，還能提升團(tuán)隊(duì)合作、獨(dú)立思考、邏輯思維、論文撰寫與口頭報(bào)告等諸多能力[2]。實(shí)務(wù)專題環(huán)節(jié)主要包括：根據(jù)學(xué)生的生活、工作實(shí)際情況，收集信息、查閱資料，確定具有一定實(shí)際意義的選題；提交方案的可行性報(bào)告、實(shí)施計(jì)劃、耗材清單預(yù)算、采購方案、預(yù)期成效；按計(jì)劃開展實(shí)務(wù)專題制作；提交設(shè)計(jì)說明書、答辯PPT、視頻；展示產(chǎn)品的功能等。
實(shí)務(wù)專題制作相比于傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）具有一定的優(yōu)勢(shì)，取得較好的效果，但在實(shí)施過程中也逐漸暴露一些問題。目前實(shí)務(wù)專題面臨的主要瓶頸有選題難度逐年增大、專題工作量差異大、考核標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、教師指導(dǎo)工作量大、資金有限等。
畢業(yè)答辯流于形式通過廣泛調(diào)研，不少高職院校存在畢業(yè)答辯不規(guī)范、流于形式，畢業(yè)設(shè)計(jì)通過率百分百甚至沒有畢業(yè)答辯環(huán)節(jié)的現(xiàn)象。于是不少學(xué)生心存僥幸心理，簡(jiǎn)單隨意應(yīng)付畢業(yè)設(shè)計(jì)，在學(xué)生中產(chǎn)生不良影響。教師對(duì)于這樣的現(xiàn)象難以遏制，對(duì)學(xué)生越來越?jīng)]信心，最終使畢業(yè)答辯越來越流于形式，失去應(yīng)有的作用。
3高職院校畢業(yè)設(shè)計(jì)理念
《教育部辦公廳關(guān)于加強(qiáng)普通高等學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作的通知》（教高廳〔2004〕14號(hào)）提出，高職高專學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)要與所學(xué)專業(yè)及崗位需求緊密結(jié)合，可以采取崗前實(shí)踐和畢業(yè)綜合訓(xùn)練等形式，由學(xué)校教師與企業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員共同指導(dǎo)，結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際選題，確定訓(xùn)練內(nèi)容和任務(wù)要求；時(shí)間應(yīng)不少于半年；對(duì)高職高專學(xué)生要加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的規(guī)范管理，加強(qiáng)過程監(jiān)控，嚴(yán)格考核，采取評(píng)閱、答辯、實(shí)際操作等形式，檢查和驗(yàn)收畢業(yè)設(shè)計(jì)成果。基于高職院校人才培養(yǎng)目標(biāo)、高職學(xué)生的特點(diǎn)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的特殊性，畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的基本理念有：以“職業(yè)能力培養(yǎng)”為主線，堅(jiān)持以高職教育培養(yǎng)目標(biāo)為依據(jù)，遵循“以應(yīng)用為目的，以必需、夠用為度”的原則，以“掌握概念、強(qiáng)化應(yīng)用、培養(yǎng)技能”為重點(diǎn)，力圖做到“降低理論要求、精選設(shè)計(jì)內(nèi)容、加強(qiáng)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練、突出應(yīng)用實(shí)踐”，注重學(xué)生應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)。
4高職院校機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)改革
強(qiáng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)的各級(jí)管理畢業(yè)設(shè)計(jì)工作涉及學(xué)校培養(yǎng)目標(biāo)、科研水平、教學(xué)管理、教師教學(xué)以及學(xué)生能力提升等多方面因素，在所有教學(xué)工作中占有極其重要的地位。學(xué)校應(yīng)建立職責(zé)清晰的畢業(yè)設(shè)計(jì)管理體系，明確相關(guān)管理機(jī)構(gòu)、系部、教研室及相關(guān)人員職責(zé)；各系部、教研室應(yīng)根據(jù)自身專業(yè)特點(diǎn)建立畢業(yè)設(shè)計(jì)管理和實(shí)施方案，并上報(bào)相關(guān)管理機(jī)構(gòu)審批。相關(guān)規(guī)章制度應(yīng)包括：選題審批制度；開題報(bào)告環(huán)節(jié)，建立過程考核特別是中期檢查制度；答辯資格審查制度；答辯制度等。
將技能大賽與畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)合高職院校職業(yè)技能競(jìng)賽旨在培養(yǎng)和檢驗(yàn)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力、創(chuàng)新能力、安全意識(shí)等職業(yè)素養(yǎng)[3]。相關(guān)高職院校都在機(jī)電一體化競(jìng)賽儀器設(shè)備上做了大量投入，而很多機(jī)電一體化競(jìng)賽平臺(tái)在培養(yǎng)學(xué)生綜合職業(yè)技能、素質(zhì)上可以發(fā)揮非常好的作用。
近年來，高職院校機(jī)電一體化專業(yè)省級(jí)、國(guó)家級(jí)相關(guān)的技能競(jìng)賽主要有自動(dòng)化生產(chǎn)線的安裝與調(diào)試、數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與技術(shù)改造、機(jī)械設(shè)備的安裝與調(diào)試、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用等。各院校的硬件設(shè)備都較為豐富，通過充分利用這些綜合性硬件平臺(tái)，可以為機(jī)電一體化專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供很好的平臺(tái)。通過多年的摸索，福建船政交通職業(yè)學(xué)院通過競(jìng)賽平臺(tái)開展畢業(yè)設(shè)計(jì)取得較好的效果，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。下面以學(xué)院機(jī)電一體化專業(yè)利用自動(dòng)化生產(chǎn)線的安裝與調(diào)試技能競(jìng)賽平臺(tái)開展畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行說明。
福建船政交通職業(yè)學(xué)院作為福建省自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)基地，擁有多套不同系列自動(dòng)化生產(chǎn)線平臺(tái)。為了使學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中較為系統(tǒng)地應(yīng)用所學(xué)機(jī)電一體化專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)和提升學(xué)生的綜合職業(yè)素養(yǎng)，在機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，選擇基于自動(dòng)化生產(chǎn)線平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的、學(xué)生需要完成的基本任務(wù)有：通過調(diào)研和查閱相關(guān)資料，了解自動(dòng)化生產(chǎn)線相關(guān)背景、發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)等；學(xué)習(xí)和掌握亞龍三菱335B自動(dòng)化生產(chǎn)線平臺(tái)，涉及PLC技術(shù)、傳感器技術(shù)、氣液動(dòng)技術(shù)、變頻器技術(shù)、組態(tài)技術(shù)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等；根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐案例，設(shè)計(jì)基于亞龍335B平臺(tái)的仿真實(shí)踐系統(tǒng)，自行設(shè)計(jì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的工作目標(biāo)和控制要求；完成工作任務(wù)細(xì)節(jié)，并展示系統(tǒng)功能；查閱相關(guān)技術(shù)手冊(cè)，整理歸納亞龍335B自動(dòng)化生產(chǎn)線平臺(tái)西門子和三菱系列的區(qū)別，最后將完成的自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)相關(guān)的控制器、變頻器等由三菱系統(tǒng)改造為西門子系列；完成畢業(yè)設(shè)計(jì)過程的設(shè)計(jì)說明書、相關(guān)視頻、答辯PPT等。
將創(chuàng)新融入畢業(yè)設(shè)計(jì)近年來，國(guó)家高度重視科技創(chuàng)新，并將創(chuàng)新擺在國(guó)家發(fā)展全局的核心位置[4]。在國(guó)家實(shí)施知識(shí)產(chǎn)權(quán)強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的背景下，高職院校應(yīng)越來越重視創(chuàng)新創(chuàng)意的教學(xué)與實(shí)踐。畢業(yè)設(shè)計(jì)作為高職院校完成培養(yǎng)目標(biāo)的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)大力提倡創(chuàng)新設(shè)計(jì)、創(chuàng)新意識(shí)，逐漸提升學(xué)校整體科技創(chuàng)新能力。首先應(yīng)積極鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題時(shí)始終貫穿創(chuàng)新性原則；其次是允許老題新做，追求在某些環(huán)節(jié)、機(jī)構(gòu)、功能上突出變化，不斷提升專業(yè)專題設(shè)計(jì)的專業(yè)水平、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維；最后要積極鼓勵(lì)學(xué)生就畢業(yè)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)并完成的機(jī)電一體化產(chǎn)品參加相關(guān)成果展、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽以及申請(qǐng)相關(guān)專利等。
以福建船政交通職業(yè)學(xué)院經(jīng)濟(jì)型激光雕刻機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)專題為例，該作品是機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)學(xué)生“機(jī)電創(chuàng)新專題”DIY作品。學(xué)生利用數(shù)控知識(shí)，借鑒3D打印機(jī)的相關(guān)原理，設(shè)計(jì)了激光雕刻機(jī)的機(jī)構(gòu)、控制電路并編寫了控制程序。激光雕刻機(jī)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)后，學(xué)生利用該作品免費(fèi)給廣大師生在U盤、手機(jī)、紀(jì)念品等物品上雕刻姓名、圖案等，取得很好的影響。該作品參加了2016年海峽兩岸大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)暨兩岸教育成果展并榮獲一等獎(jiǎng)，在學(xué)院首屆黃炎培杯創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中獲得金獎(jiǎng)，申請(qǐng)并獲授權(quán)實(shí)用新型專利。
調(diào)整畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間多數(shù)院校將畢業(yè)設(shè)計(jì)安排在第六學(xué)期，難免造成畢業(yè)設(shè)計(jì)與頂崗實(shí)習(xí)、就業(yè)的沖突。根據(jù)機(jī)電一體化專業(yè)的學(xué)期教學(xué)安排以及畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間安排做了調(diào)整，主要有：
1）實(shí)行導(dǎo)師制，在第四學(xué)期初為學(xué)生安排畢業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)師，并于第四學(xué)期末完成選題，匯總教研室；
2）第五學(xué)期前兩周完成開題報(bào)告；
3）第五學(xué)期期末完成實(shí)務(wù)制作，并開展中期檢查，要求學(xué)生在中期檢查前完成實(shí)物制作并展示作品功能，中期檢查成績(jī)占最終成績(jī)的60%；
4）第六學(xué)期期末完成實(shí)務(wù)專題設(shè)計(jì)說明書、答辯PPT，參加畢業(yè)答辯。
5畢業(yè)設(shè)計(jì)改革實(shí)踐成效
首先，畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)的改革完善了學(xué)校、系部的教學(xué)管理體系，強(qiáng)化了師生的質(zhì)量意識(shí)。
其次，通過技能競(jìng)賽與畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合，不僅有效利用了技能競(jìng)賽設(shè)備平臺(tái)，也緩解了畢業(yè)設(shè)計(jì)選題難的局面，同時(shí)活躍了學(xué)生參加技能競(jìng)賽的氛圍和熱情，提升了學(xué)校技能競(jìng)賽的成績(jī)。教育部公布的2017年全國(guó)職業(yè)院校技能大賽高職組的獲獎(jiǎng)名單，福建船政交通職業(yè)學(xué)院獲獎(jiǎng)數(shù)量達(dá)57個(gè)，位居全國(guó)第二名。
再次，學(xué)生創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)，教師科研能力顯著提高，學(xué)校的科研創(chuàng)新水平得到提升。在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)大力提倡科研、創(chuàng)新，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，學(xué)生在相關(guān)競(jìng)賽中均取得優(yōu)異成績(jī)。同時(shí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)豐富了教師的實(shí)踐知識(shí)和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，科研能力和學(xué)術(shù)水平都得到提高。
最后，畢業(yè)設(shè)計(jì)改革提升了學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的水平，鍛煉、培養(yǎng)了學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)能力，也提高了企業(yè)、社會(huì)對(duì)學(xué)生和學(xué)校的認(rèn)可度。
參考文獻(xiàn)
[1]趙艷霞.高職畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的現(xiàn)狀分析與改革[J].湖北函授大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，27(4)：104-105.
[2]張麗霞.高職院校實(shí)務(wù)專題制作的探討與實(shí)踐[J].職業(yè)教育研究，2014(6)：136-138.
