時間：2022-11-09 18:51:13
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇電機設計論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
一、變頻器運行時對變頻電機工作的影響
在變頻電機調速控制系統中，采用電力電子變壓變頻器作為供電電源，供電系統中電壓除基波外不可避免含有高次諧波分量，對外表現為非正弦性，諧波對電機的影響主要體現在磁路中的諧波磁勢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機定子銅耗、轉子銅(鋁)耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉子銅(鋁)耗。這些損耗都會使電動機效率和功率因數降低。同時，這些損耗絕大部分轉變成熱能，引起電機附加發熱，導致變頻電機溫升的增加。如將普通三相異步電動機運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%。同時這些諧波磁動勢與轉子諧波電流合成又產生恒定的諧波電磁轉矩和振動的諧波電磁轉矩，恒定諧波電磁轉矩的影響可以忽略，振動諧波電磁轉矩會使電動機發出的轉矩產生脈動，從而造成電機轉速(主要是低速時)的振蕩，甚至引起系統的不穩定。諧波電流還增加了電機峰值電流，在一定的換流能力下，諧波電流降低了逆變器的負載能力。對于變頻電機，如何在設計過程中采取合理措施避免或減小應用變頻器所帶來的影響，以求得系統最佳經濟技術效果，是本文討論的重點。
二、變頻電機設計特點
對于變頻電機，其設計必須與逆變器、機械傳動裝置相匹配共同滿足傳動系統的機械特性，如何從調速系統的總體性能指標出發，求得電機與逆變器的最佳配合，是變頻電機設計的特點。設計理論依據交流電機設計理論，供電電源的非正弦以及全調速頻域內達到滿意的綜合品質因數是變頻電機設計中需要著重注意的兩個問題，設計中參數的選取應做特別的考慮。與傳統異步電機相比，一般變頻電機設計有如下一些特點：
1.用于變頻調速的異步電動機要求其工作頻率在一定范圍內可調，所以設計電機時不能僅僅考慮某單一頻率下的運行特性，而要求電機在較寬的頻率范圍內工作時均有較好的運行性能。如目前大多調速異步電動機的工作頻率在5Hz~100Hz內可調，設計時要全面考慮。
2.變頻電機在低速時降低供電頻率，可以把最大轉矩調到起動點，獲得很好的起動特性，因而在設計變頻電機時不需要對起動性能作特別的考慮，轉子槽不必設計為深槽，從而可以重點進行其它方面的優化設計。
3.變頻電機通過調節電壓和頻率，在每一個運行點都可以有多種運行方式，對應多種不同的轉差頻率，因而總能找到最佳的轉差頻率，使電機的效率或功率因數在很寬的調速范圍內都很高。因而，變頻電機的功率因數和效率可以設計得更高，功率密度得以進一步提高。現有數據表明：在額定工作點，逆變器供電下的異步電機效率比普通電機高2%~3%，功率因數高10%~20%。
4.變頻電機采用變頻裝置供電，輸入電流中含有較多的高次諧波，產生電機局部放電和空間電荷，增大了介質損耗發熱和電磁振動力，加速了絕緣材料的老化，所以應加強電機絕緣和提高整體機械強度，變頻電機的絕緣強度一般要達到F級以上。
5.變頻供電時產生的軸電壓和軸電流會使電機軸承失效，縮短軸承使用壽命，必須在設計上要加以考慮。對較小的軸電流，可以適當增大電機氣隙和選用專用脂；另外，增加軸承的電氣絕緣或者將電機軸通過電刷接地，可以有效解決軸承損壞問題；對過高軸電壓，應設法隔斷軸電流的回路，如采用陶瓷滾子軸承或實現軸承室絕緣。同時，在逆變器輸出端增加濾波環節，降低脈沖電壓dU/dt也是一種有效的方法。
三、電磁設計
在普通異步電動機設計基礎之上，為進一步提高變頻調速電機的性能，對變頻調速異步電動機的設計參數也要進行更加細致的考慮。滿足高性能要求時的變頻電機設計參數的變化與設計目標之間的關系。在設計參數和性能要求之間還必須折衷選擇。電磁設計時不能僅限于計算某一個工作狀態，電磁參數的選取應使每個頻率點的轉矩參數滿足額定參數要求，最大發熱因數滿足溫升限值，最高磁參數滿足材料性能要求，最高頻率點滿足轉矩倍數要求，額定點效率、功率因數滿足額定要求。由于諧波磁勢是由諧波電流產生的，為減小變頻器輸出諧波對異步電動機工作的影響，總之是限制諧波電流在一定范圍內。
四、絕緣設計
電機運行于逆變電源供電環境，其絕緣系統比正弦電壓和電流供電時承受更高的介電強度。與正弦電壓相比，變頻電機繞組線圈上的電應力有兩個不同點：一是電壓在線圈上分布不均勻，在電機定子繞組的首端幾匝上承擔了約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。這是變頻電機通常發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有很大的差異，因此產生了過早的老化或破壞。變頻電機絕緣損壞是局部放電、介質損耗發熱、空間電荷感應、電磁激振和機械振動等多種因素共同作用的結果。變頻電機從絕緣方面看應具有以下幾個特點：(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、結構設計
在結構設計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般應注意以下問題：
1.普通電機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的振動和噪聲變得更加復雜。在設計時要充分考慮電動機構件及整體的剛度，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產生共振現象。
2.電機冷卻方式：變頻電機一般采用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅動，使其在低速時保持足夠的散熱風量。
3.對恒功率變頻電機，當轉速超過3000r/min時，應采用耐高溫的特殊脂，以補償軸承的溫度升高。
4.變頻電機承受較大的沖擊和脈振，電機在組裝后軸承要留有一定軸向竄動量和徑向間隙，即選用較大游隙的軸承。
5.對于最大轉速較高的變頻電機，可在端環外側增加非磁性護環，以增加強度和剛度。
6.為配合變頻調速系統進行轉速閉環控制和提高控制精度，在電機內部應考慮裝設非接觸式轉速檢測器，一般選用增量型光電編碼器。
7.調速系統對傳動裝置加速度有較高要求時，電機的轉動慣量應較小，應設計成長徑比較大的結構。
六、結論
與普通異步電動機不同，變頻調速異步電動機采用變頻器供電，其運行性能與電機本體和調速系統的設計都密切相關。這一方面使變頻調速電機的設計要同時兼顧電機本體和調速系統；另一方面也使得變頻調速異步電動機的設計變得靈活，但同時也增加了高性能變頻調速系統設計的復雜程度。只有結合變頻器和一定的控制策略，從整體上進行電機的設計和優化，才能獲得最理想的運行性能。
參考文獻：
[1]ANDRZEJM.TRZYNADLOWSKI著，李鶴軒，李揚譯.異步電動機的控制.北京：機械工業出版社，2003.
[2]陳伯時，陳敏遜.交流調速系統(第2版).北京：機械工業出版社，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
上海交通大學學位論文原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。學位論文作者簽名：周燁斐日期：2007年1月25日
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變頻調速協調控制系統設計摘要新型粗紗機在機械結構、系統傳動以及電氣控制方面都有較大的改變，它除去了傳統粗紗機中的上、下錐輪，差速器，龍筋升降傳動部件和成型機構，機械結構變得大為簡化。新型粗紗機采用PLC控制四臺變頻器，分別獨立驅動錠翼、羅拉、筒管和龍筋的電機來實現高效高質紡紗。機械結構的簡化雖然可以在很多方面提高粗紗機的性能和穩定性，但是羅拉、錠翼、筒管、龍筋四個電機的同步控制成了整個控制系統設計的難點，從而粗紗的張力控制也成了最需要解決的問題。如何設計一個全新的控制系統來代替原先機械傳動部分，實現和超越其功能是新型四電機粗紗機設計的關鍵和核心部分。張力控制的好壞決定著新型粗紗機能夠開發成功。針對以上的關鍵和難點，本文從硬件和軟件系統兩方面來闡述解決方案，并且著重對張力控制系統的設計進行詳細的分析。在硬件系統的設計方面，本文首先對整個控制系統的機械結構做了個簡要說明；在電氣系統方案方面，我們選擇了由工控機、PLC、矢量
變頻基礎傳動、光電傳感器組成的系統，其中，工控機為綜合監控系統，人機界面采用WINCC來設置紡織工藝參數，監控整車的運行和故障狀態，它通過MPI網絡協議和PLC進行通訊；PLC是實時控制的核心，獲取粗紗位置光電傳感器的檢測值，并通過PROFIBUS-DP總線和四臺矢量變頻器進行通信，讀取矢量變頻器中各電機的速度，計算出各個電機的理論速度，然后向矢量變頻器發送指令，設置各變頻電機的速度，從而控制電機的運轉。由于變頻器對整個系統的重要性，本文又對變頻器的選擇以及其與PLC的通訊作了一個詳細的描述。在硬件結構搭建完畢的基礎上，本文在對控制對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、張力軟測量模型。該模型的主要作用就是取代原先機械錐輪，根據實時的徑向線密度調整卷繞直徑，從而調整四電機的速度，改善其同步性。并且該模型具有自學的功能，使得該模型能夠適應多種不同的機型，從而超越了機械錐輪的功能，有著更加廣泛的應用。二、張力控制算法。該算法建立在軟測量模型的基礎上，通過優化過的閉環控制算法，不斷地調整徑向線密度，并且使其趨于穩定。這兩方面相輔相成，從而使張力控制達到最優化。最后本文對整個軟件系統作了分析，對軟件的主要模塊分開剖析，概述了模塊與模塊之間的關系，并且對最為復雜的幾個模塊進行仔細闡述，使得本系統的設計思路躍然紙上。通過合理的硬件系統，周詳的軟件系統和創新的張力控制方案，新
型四電機粗紗機在測試階段運行良好，為其研發成功奠定了基礎。關鍵詞：同步控制，張力控制，變頻器，軟測量模型
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，Frequency Converter，Measuring Model
目錄第一章緒論........................................................................................................................11.1研究背景................................................................................................................11.2傳統粗紗機概況....................................................................................................41.3新型粗紗機介紹....................................................................................................61.4本章小節...............................................................................................................9第二章硬件系統結構......................................................................................................102.1系統機械結構......................................................................................................102.2電氣系統方案....................................................................
關鍵詞：智能建筑弱電工程，電視監控，電話，結構化布線，電源接地
衡量城市建筑的現代化標準，建筑的設計形態和智能化是兩個主要方面。智能化建筑的弱電系統主要由以下各系統組成：
(1)通信網絡系統；
(2) 辦公自動化系統；
(3) 建筑設備監控系統；
(4) 公共安全防范系統；
(5) 結構化布線系統；
(6) 弱電電源及接地系統。
智能建筑弱電工程設計的出發點，應以建筑為平臺，配置備功能系統，為人們提供一個投資合理、高效、合適、便利的環境空間，以適應當前現代建筑的需要。從具體設計上，應從智能建筑的實際性質出發，充分考慮業主和使用者的各種功能要求，使設計能在總體結構上現代化，技術上先進實用，經濟上合理，同時需考慮智能建筑各系統的兼容性和擴展性。
以下以無錫光大銀行弱電工程的部分系統分別加以論述。
1、門禁系統
(1)管理中心子系統
本工程系統管理中心共設置了兩臺服務器，其中一臺一卡通綜合數據庫服務器和一臺WEB應用服務器。
(2)門禁子系統
控制點選擇的原則是對辦公區域設防，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置有123個控制點，共設置讀卡器169個。
(3)巡更子系統
本次設計利用門禁子系統在每層電梯前室和電梯感應門的讀卡器作為巡更系統的數據采集點，使用這種在線式的巡更管理系統最大的好處是可以利用原有的門禁讀卡器，從而節約成本。巡更讀卡只向巡更系統傳送巡更數據而門鎖不動作。
(4)發卡子系統
本系統在指揮中心大樓完成統一發卡工作，進行用戶信息的輸入工作，同時為每一張卡片建立必要的密鑰，對每一個員工進行各種功能的授權。
2、電話通信系統
電話通信系統由交換設備、傳輸系統、終端設備組成。采用800門程控交換機設備，話務臺功能較強。數字式程控交換機可以要所不同需要實現眾多服務的功能。如：系統功能、話務功能和用戶分機功能，另外還具有選擇功能(包括登記結帳、話務計費、狀態輸入、打印賬單、讀卡功能等)。
電話機房設在地下層，包括傳輸設備室、交換機房及話務室。
電話線路本配線方式采用單獨式，其特點是故障范圍小，檢修、擴建改造簡單，在備樓層電話布線采用放射式。電話線路采用3類4對雙絞線，電話終端采用RJ11插口，這樣不僅通話質量高，又能滿足用戶撥號上網的需要。
在各樓層電話分線箱的選擇上，應盡量留有余量，以備將來擴展。
3、閉路電視監視系統
(1)攝像部分
本系統在大樓各入口、首層大廳、停車場、電梯、各層電梯廳、樓梯間、走廊、大辦公區出入口、監控中心、財務室、大樓四周等處共設計安裝185臺彩色攝像機。首層大廳采用全方位一體化彩色快球攝像機，在地下停車場采用彩色／黑白自動切換、低照度攝像機，室外采用帶云臺彩色攝像機，走廊、電梯廳等采用小半球攝像機。在電梯內安裝小型半球不銹鋼攝像機，可防止意外碰撞。根據《安全防范工程技術規范》GB 50348—2004，規定電梯廂內的攝像機安裝在廂門上方的左或右側。電涌保護裝置：室外攝像機的視頻、信號、電源線路根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB 50343—2004，規定在端口處設置浪涌保護裝置。
(2)顯示部分
在一層監控中心安裝l臺60寸等離子彩色電視機和20臺21寸彩色高清電視機組成電視監視墻，替代傳統的監視器，滿足監視效果并節約投資。
(3)控制部分
a.視頻矩陣主機
視頻矩陣主機是監視系統的核心部分。它能夠實現對云臺鏡頭、顯示切換、錄像機報警界面的控制。本系統采用的矩陣主機輸入為256路、輸出為32路，與指揮中心的矩陣主機為相同廠家，便于聯網。論文參考。在保衛部門和主管經理辦公室分別設置分控臺，用于系統的分控。
b．硬盤錄像機
本系統采用動態實時錄像模式，當畫面選定區域中的圖像發生變化時自動啟動錄像，畫面靜止時自動結束錄像。連續錄制時間不少于四十天。選用十六路數字硬盤錄像機12臺，硬盤錄像機統一由一臺計算機管理，操作簡便，也可以通過局域網進行操作，采用網絡編輯刻錄系統，根據需求進行光盤統一刻錄。
4、防盜報警系統
對銀行大廳、庫房、財務辦公區域等重要場所采用紅外或微波技術信號探測器進行定向保護，對銀行庫房、資料中心等一些大門設置門磁、雙鑒探測器等報警保護。各監控點與閉路電視監視系統聯動，一旦報警被觸發，能夠做到圖像、聲音多方式取證。報警主機能夠實現對各監控點的單點布防和撤防。本系統在每層電梯廳設置雙鑒探測器、聲音復核探測器，每一個聲音復核探測器均與一個攝像機、一個雙鑒探測器相對應。在走廊設置緊急手動報警按鈕、非可視對講分機，在一層大廳玻璃墻內設置玻璃破碎報警探測器。本系統通過防盜報警主機專用光端機，將報警信號實時匯總到指揮中心的防盜報警主機，進行統一管理。
5、消防報警系統
消防報警系統是按一類防火建筑設計，消防控制中心設在首層。生產管理中心消防報警系統的機房設置在本樓首層的監控中心，包括火災自動報警與消防聯動控制系統。根據規范設置了感煙探測器、感溫探測器、手動報警按鈕、消防專用電話機、消防廣播等設備。生產管理中心的消防報警系統分別與指揮中心大樓的消防中心聯網，便于統一管理。
6、結構化布線系統
作為智能建筑的基礎，結構化布線是一種具有全新概念的布線系統，用以服務建筑物中所有通信和計算機設備，滿足現在將來的布線要求。
設計應以智能建筑的現時和計劃需要為依據。在設計中未將電話通訊歸入結構化布線，這是圖為語音與數據兩種終端的分界很明顯，且位置不易變更。另外，從技術經流上考慮，3類線帶寬16MHz，傳輸10Mbps及其以下低速數據，作為語言傳輸是廉價而效果很好的媒介。
無錫光大銀行的結構化布線是計算機管理系統的結構化布線。計算機管理系統分為行政局域網系統和銀行大廳前臺服務系統。前臺與后臺共有終端信息點500多個，行政局域網的信息終端分布在辦公區域，大廳前臺系統的信息終端分布在銀行前臺服務區域。論文參考。
結構化布線分為4個子系統部分；
6．1 工作區子系統
大樓內的綜合布線系統采用非屏蔽6類對絞電纜、光纜組成布線系統。共設計信息點3711個(預留278個)，其中語音點l5l0個(預留130個)，數據點2150個(預留148個)，雙光纖點51個。預留信息點只敷設管線、安裝面板或盲板、不安裝模塊。
6．2 干線子系統
語音主干采用3類50對大對數銅纜作為語音信號的主干傳輸電纜。數據主干，標準層采用一條24芯多模光纜，其它層采用一條l2芯多模光纜。水平雙口光纖點采用4芯多模光纜。
6．3 管理層系統部分
數據、語音主設備管理間位于大樓地下一層的弱電機房，安裝19寸標準機柜三臺，安裝語音配線架(MDF)一臺。論文參考。每層設置一個設備管理間，標準層設備管理間內設置19寸機柜兩臺。
6．4 設備間子系統
由設在電腦機房的設備及主干線等組成。
7、局域網系統設備安裝工程
(1)網絡結構
生產管理中心的計算機局域網的網絡系統采用快速交換式以太網絡。網絡結構分為兩層：即核心層交換機與接入層交換機。核心層交換機利用光纖采用星型結構聯接服務器和各樓層的接入交換機，樓層的接入交換機用6類UTP雙絞線聯接至本層的網絡數據端口，通過網絡數據端口聯接到用戶計算機(PC)。
(2)網絡設備配置
計算機局域網系統的核心交換機、服務器等設備安裝在地下一層的弱電機房內，接入交換機設備安裝在各樓層的設備間19寸標準機柜內。
a．核心交換機
在局域網系統中配置具有三層交換功能的交換機2臺，安裝在地下一層弱電機房內。該交換機配置雙引擎、雙電源的冗余備份手段和技術，保證設備在發生故障時能在最短時間內恢復，以最大程度地保證網絡的正常運轉。每臺核心交換機配置54個GE接口，通過劃分VLAN的方式將存續企業管理中心、帳務管理中心、商務管理中心三個管理中心隔離，便于對各中心有效地實行分層管理。
b．接入交換機
接入交換機配置40臺。選用24換機，每個交換機配置兩個GE端口和24個FE端口。
c．服務器
在局域網系統中配置兩臺服務器和兩臺工作站，工作方式采用雙機熱備份工作方式，以保證穩定運行網絡的操作系統。
(3)互聯方案
生產管理中心新建的局域網與指揮中心局域網互聯組網，利用指揮中心局域網系統的安全機制，需要擴容相應的軟件。
8、不間斷電源(UPS)系統
在地下一層弱電機房設置一套容量為40KVA的UPS主機，2臺主機之間采用并聯冗余工作方式，電池組放電時間為30分鐘，以保證各弱電系統的穩定運行。在每層的弱電設備間1 9寸標準機柜內配置1臺1KVA的UPS主機，共計14臺，電池組放電時間為15分鐘，供樓層接入交換機等網絡設備用電。在弱電井、機房等處安裝接地銅排。
9、結束語
智能建筑弱電工程涉及面廣，技術性強，設計中要有全面的觀點。隨著現代社會高新技術的發展，對智能建筑的弱電工程及計算機控制通信和設備自動化管理技術要求也日益提高，這就要求不斷掌握新技術，不斷完善設計。
參考文獻
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[3]《民用閉路監視電視系統工程技術規范》GB501 98-1 994 中國計劃出版社1994年
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[5]《民用建筑電氣設計規范》JGJ／T1 6—1 992中國計劃出版社1994年
關鍵詞：開關磁阻電機調速系統 PID建模 仿真
中圖分類號： TD614 文獻標志碼 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
升降設備的應用非常廣泛，已經使用于家電制造、食品加工、飲料生產、煙草輸送、化工生產、郵政、機械電子制造、倉儲物流、建筑等自動化生產行業和旅游觀光、高樓大廈、私人住宅、大型舞臺等人類的生活娛樂方面。80%的升降設備采用電機調速系統作為設備的動力系統。目前升降設備中應用的調速系統主要有交流電機調速系統和直流電機調速系統，見圖1-1。
圖1-1升降設備調速系統
交流調速系統主要包括交流雙速系統、交流調壓調速（ACVV）系統和變壓變頻（VVVF）系統。這種調速系統的優點是：控制電路簡單，元器件少，工藝簡單，成本低；同時，在任何轉速下轉差功率保持不變，效率很高。該調速系統的缺點是：乘坐人員舒適感較差，速度較低，故障率較高。
直流調速系統主要包括有刷電機調速和永磁直流無刷電機調速等。有刷電動機轉速與轉矩、電流的關系是線性的，電機的機械特性是直線，因此該電機廣泛地應用于大范圍平滑調速的設備中。目前，在超高速電梯中，直流電機仍占相比例。但是直流電機調速系統也具有以下缺點：
（a）有刷直流電機通常結構復雜，這會導致調速系統成本增加，故障增多。
（b）機械換向器限制了電機的容量、電壓和速度，同時還容易產生火花。
（c）電樞在轉子上，這降低電機效率，惡化電機散熱情況。
開關磁阻電動機調速系統的電動機結構緊湊牢固，適合于高速運行，并且驅動電路簡單成本低、性能可靠，在寬廣的轉速范圍內效率都比較高，而且可以方便地實現四象限控制。這些特點使SRD開關磁阻電動機驅動系統很適合升降設備的各種工況下運行，是升降設備中極具有潛力的機種。開關磁阻電動機調速系統的特點主要表現在以下幾個方面：
1）起動電流小；
2）運行效率高；
3）系統安全可靠p壽命長；
4）過載能力強；
5）系統性價比高。
2 開關磁阻電機的軟件設計
該系統采用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內核的高性能處理器。該系列處理器最高工作頻率可達72MHZ，并具有1.25Mips/MHZ的運算能力，滿足開關磁阻電機在高速運行時實時計算的要求，處理器自帶512K字節的閃存處理器和最大64K字節的SRAM，滿足該系統的軟件設計要求。同時該系列處理器集成了一些專門的外設，如用于檢測電機位置信號三相霍爾傳感器和正交編碼器接口、用于電機控制的脈寬調制模塊PWM、12位高速A/D轉換器、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仿真器調試接口，允許在系統設計過程中隨時進行調試，并可對軟件進行實時調試。多種適合電機控制的專業外設大大縮短了開發周期。
該系統軟件主要采用C語言編程，實現模塊化設計，增加了程序的可讀性和移植性。該系統控制軟件主要完成以下功能：
電機起動無死區，啟動轉矩足夠大；能實現提升階段的電動運行和下降階段的制動運行。
實時、精確地計算電機轉速，通過模糊PID調節器，調節PWM波形的占空比，實現電壓斬波控制，控制電機轉速平穩。
提升階段電機起動時采用雙相啟動方式，中速運行時采用PWM控制，并能實現這兩種控制狀態之間的平滑過渡。下降階段電機轉速到達設定轉速時開始啟動制動
具有一定的保護功能，當電機運行時出現過流和堵轉等故障情況時，及時的做出相應保護動作，保護電動機和控制電路。
開關磁阻電機控制器最核心的任務是控制電機換相，在額定轉速時，電機轉子每轉過一個周期僅僅需要5ms左右的時間，也即每900us的時間位置信號就會發生一次變化。控制邏輯為了能夠及時控制電機換相，至少每900us就要產生一次中斷。如果軟件使用實時操作系統，操作系統本身需要占用一定的存儲資源和一定的運行時間，容易造成對中斷的響應不及時，從而造成電機控制偏差。此外電機控制器人機接口簡潔，系統任務量少但實時性要求高，不能夠發揮出實時操作系統多任務調度和管理的優勢。因此，在本文中采用前后臺系統作為軟件的主要框架，主程序完成系統的初始化并進入循環等待，各個中斷完成電機的換相以及速度調節等功能。
系統初始化主要完成：STM32中所用模塊的初始化，包括時鐘管理、中斷管理器的配置、通用輸入輸出GPIO、定時器模塊、A/D轉換模塊和脈寬調制模塊PWM。系統狀態自檢是通過分別給上開關管和下開關管短時間通電，根據相電流來判斷是否存在有開關管燒毀的情況，如果存在電流過大的情況，則有開關管已經短路，程序給出報警信號并退出運行。
如果所有開關管均正常，沒有出現短路現象，主程序打開系統時鐘中斷，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，則初始化運行時參數，并且打開控制電機轉動的中斷。電機啟動以后，主程序不斷循環掃描鍵盤命令，如果接收到停機命令，則關閉所有驅動信號，并且關閉控制電機轉動的中斷，等待下一次電機啟動命令。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調節器的初始參數相加做為新的PID調節器參數，從而構成模糊PID調節器。在Matlab中，使用simulink工具對模糊PID進行建模和仿真，如圖3-19所示。設定參數與系統反饋值相減得到當前系統的誤差，誤差和誤差變化率通過一個限幅器以后輸入模糊控制器，模糊控制輸出PID調節器的參數變化量ΔKP、ΔKI、ΔKD，該參數變化量與PID調節的器的原始參數相加獲得新的PID調節器參數，PID調節器根據新的參數輸出對應的控制參數，被控系統在新的控制參數下運行，最終得到新的反饋。
可以發現，相對于PID調節器，模糊PID調節器具有調節時間快，調節過程平穩等優點，能夠有效的抑制系統超調和振蕩等問題。
4小結
本文在開關磁阻電機線性模型的基礎上，使用matlab建立了開關磁阻電機的仿真模型。首先闡述了基本仿真模型各個子模塊的功能和組成，然后利用各個子模塊搭建了開關磁阻電機調速系統的電動和制動模型，在此模型的基礎上，對電動狀態最優開通角度和最大力矩啟動進行了分析和仿真，對制動原理進行了驗證，為開關磁阻電機控制器的實現提供了理論驗證。針對升降設備調速系統轉速的要求以及傳統的PID調節的固有問題，本章分析了模糊自適應PID控制的原理，詳述了其在該系統中的具體實現，最后給出了仿真效果。
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【關鍵詞】風電場 集電線路 設計要點
中圖分類號： U212.3 文獻標識碼： A 文章編號：
一、前言
我國政府對可再生能源的開發利用高度重視，風能作為可再生能源中最具有經濟開發價值的清潔能源，具有蘊量巨大；可以再生；分布廣泛；沒有污染等優點。推進國內各地豐富的風資源的逐步開發利用，建設風能發電工程，符合我國能源發展戰略的需要。根據最新風能資源，全國陸地可利用風能資源3億．千瓦，加上近岸海域可利用風能資源，共計約10億千瓦。風電場工程除關鍵的風機布置外，較為重要的設計內容就是場內的輸變虹程設計。不同于—般的電網送電線路工程，風電場集電線路工程(等同于送電線路)是將各臺風電機組所發的電量由聯絡線路組接后分送至場內升壓變電所低壓側，經集中升壓后通過接入系統線路與電網并網。由于風電場為分散式新能源工程，風機設備投資遠比—般的發電項目昂貴。為節約工程的造價．有必要對風電場內采用的集電線路方式及導線選型進行技術、經濟分析，以提高風電場工程建設的合理性。
二、風電場集電線路的特點
風電場工程主體為分散于各處、相互之間保持一定間距的風電機組，由于一般風機發電機的出口端電壓為690v，屬低玨電源。為減少場內連接線路的線路損耗，經升壓后，由場內的高壓聯絡線路統一送至升壓站，需建設的高壓聯絡線路按風電場工程的定義稱為場內集電線路。根據風電場的裝機容量， 需確定風電場的主接線形式。根據風機特點，目前已更多地采用一機一變的單元接線，即在每臺風機邊設置一臺滿足風機單機容量輸出的箱式變壓器。同時，為提高整個風電場的安全、可靠運行， 以50MW風電場裝機容量規模為例，3—4回左右的主接線方式較為適宜。在既有風機的控制保護同時，又有箱變的保護配置，能達到風電機組的安全運行要求，而且通過合桿等方式又能節約一定的集電線路工程量。風電場內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方式。而根據電力市場的現狀，一般電力電纜線路的投資遠遠高于架空線路，較之能達到倍數級的關系。除個別地區的風電場， 由于土地資源和環境等因素制約下場內只能采用直埋敷設電纜方式外，大部分的風電場由于地處偏遠地區，人煙稀少，同時對環境影響較小的前提下，較多的形式是場內集電線路采用架空線路方式。
三、集電線路方式的選擇
風電場集電線路有3種形式，第1種是架空線方式，風電機組所發電能經箱式變電站升壓后，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，風電機組所發電能經箱式變電站升壓后，通過電纜連接至相鄰箱式變電站高壓側；第3種是架空與電纜混合方式。從節省投資方面考慮，風電場集電線路一般情況下優先采用架空線路，當風電場處于海濱、林區等環境保護或旅游區域時，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方式
風電場內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方式。而根據電力市場的現狀．—般電力電纜線路的投資遠高于架空線路，較之能達到倍數級的關系。除個別地區的風電場，由于土地資源和環境等因素制約下場內只能采用直埋敷設電纜方式外，大部分的風電場由于地處偏遠地區，人煙稀少。同時對環境影響較小的前提下，較多的形式是場內集電線路采用架空線路方式，進入變電所艮—搬采用直埋電纜敷話玢試。對于采用架空方式的風電場集電線路，選用2種不同截面導線、10臺左右風機串接的35kV輸電方案，從技術、經濟上分析后，不失為一種較好的選型方法。在提高風電場經濟性的同時，又能方便風電場集電線路的施工，而且可以減少樾的備品備件的種類與數量。
風電場電纜敷設路徑首先要避免電纜遭受機械外力、過熱和腐蝕等危害，其次應盡量結合場內道路．在滿足安全的條件下。保證電纜路徑最短。風電場電纜敷設主要采用直埋方式。電纜敷設于非凍土地區時，電纜外皮至地面深度不得小于0．7 m，當位于行車道或耕地時。應加深至1 m以上；直埋電纜敷設于凍土地區時，為防止凍脹對電纜產生危害，宜將電纜敷設于凍土層以下．如無法埋深，可埋設在土壤排水性好的干燥凍土層或回填土中。風電場電纜敷設路徑如遇到大塊盤石等不宜開挖電纜溝地區，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，也可采用拉管方式敷設。該方式利用導向鉆機和導向儀設計出軌道和鉆孔，然后回拉擴孔，并將敷設套管拉入鉆孔中，最后將電纜牽引至套管完成對電纜的敷設。
五、防雷接地
風電場內35 kV架空線路應全線架設避雷線，且逐基接地；10 kV架空線路一般只需電纜上桿桿塔接地。若處于多雷區時全線也需架設避雷線且逐基接地。
六、電纜終端
風電場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、電場處理和外觀等方面都要優于熱縮型．應該作為設計首選。但是風電機組的出口電壓一般為690 V．而我們選用的是1 kV低壓電纜，因此為節省工程造價，1 kV電纜終端采用熱縮型就可到達設計要求，35 kV電纜終端一般則采用冷縮型。
2、選擇戶內型和戶外型
按照正常理解，處于風電機組及箱體內的電纜終端屬于戶內，處于桿塔側的電纜終端屬于戶外。其實這種觀念并不完全正確，戶內和戶外型電纜終端的主要區別在于戶外型比戶內型多增加了傘群，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生。處于風電機組和箱體內的電纜終端，雖然有外保護措施，但是其溫度及濕度條件其實是達不到戶內要求的，有些風電場的箱體內可能會發生凝露現象，因此針對這種情況，設計時應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生故障時如何與線路隔離，一般有下列3種方式：
1、裝設跌落式熔斷器，有短路保護和隔離電路的作用。但該方案可能由于風電場風大時，會造成動靜觸頭接觸不緊密而出現火花灼傷觸頭，這種方式用戶褒貶不一，但也有用戶一直使用至今的，關鍵是采購的設備質量如何。
2、裝設隔離開關，主要起隔離電路的作用。該方案安裝的方式較多，有側裝式和正裝式，考慮到原桿塔的空間結構．原則上應按獨立式設計，而且要加圍欄，以保證人身安全。
3、沒有明顯斷口，不加任何附屬設備。其實這是最簡單最可靠的作法，元件少、自然故障率低。如箱式變電站發生故障時．可采取備用箱變的做法，實踐中很方便，特別是能在最短時間內恢復送電，減少大風月期間的電能損失。
八、結束語
風能發電作為可再生能源中最具有經濟開發價值的清潔能源，風資源的開發利用是我國能源發展戰略和調整電力結構的重要措施之一。風能既是綠色環保的可再生能源，同時也是目前技術成熟的、可作為產業開發的可持續發展的重要能源，大規模發展風力發電是解決我國能源和電力短缺最現實的戰略選擇。
【參考文獻】
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關鍵詞：冷彎技術，煤礦機械，應用
一、w型鋼帶機主要參數
⑴適用于鋼帶原度：2.0~5.0mm， 適用鋼帶最大寬度：400mm
⑵機組理論運行速度：11m／mm， 料卷重量：≤4000kg
⑶主電機功率：11kw，液壓電機功率：5.5kw
⑷適用電源：380v／50HZ， 機組總質量：5800kg
二、結構簡介
本設備由生料支架、進料導入平臺、鋼帶壓平機、成型軋輥主機、計數器、沖孔機、剪切裝置、成品接料架、液壓站、電腦控制柜等件組成。全機采用工業電腦PLC控制。結構圖見圖1.
三、設計概況
⑴軋輥設計
在冷彎成型過程中，板材逐漸成型為最終的形狀，當材料通過軋機時，是由旋轉的軋輥成型的。軋輥設計的目標是：以最少的成型步驟，也就是最少的道次數在給定滿足的公差內成型要求的產品。根據（MT/T861—2000礦用w型鋼帶）標準的要求，該軋輥設計為7個道次，設計一套好的便于使用的軋輥可以遵循以下原則：材料按照預想的方式平滑順暢流動；足夠的成型道次數。軋輥能起到正確作用，必須可以做到以下幾點：如軋輥制造準確，并且軋機軸不彎曲，不松動，軸肩定位準確。如果滿足以上條件，一組好的軋輥會生產出數萬米的優質產品。
⑵軋機設計中應考慮的問題：1、軋機類型的選取，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型式。2、軋機軸直徑的選取：根據計算與類比法，軸徑定為80mm。3、道次間距：道次間距是水平方向的中心軸距，成型產品時，道次間距會很關鍵，不能太短亦不能太長，過短會產生波浪和扭曲，以至于不能安裝調節輥和其它組件（如計數器），另外空間太小會使安裝和和使用常規檢查軋輥間隙變得極其困難。由此本設備道次間距選在≤500mm。4、下軸和軋機臺面距離：一般情況下大多數軋機包括本設備下軸都是固定的，不可調節。5、下軸驅動：冷彎成型行業已作為一種規則，一般均采用下軸驅動。由11kw電機經Pm500減速機帶動鏈輪鏈條，鏈條1.5寸雙排拖動。6、分離定位套設計：分離定位套可減少多規格寬斷面的軋輥更換時間。 從軸端卸下原螺母，拉出機架，分離定位套的換輥操作，只需松開螺母，將軋輥向兩側拉動6~20mm即可，這個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間約70%~80%。比如，用標準定位套，每個道次套更換時間在10~24min，而用定位分離套，更換時間可以減少3~5min。
本設備用的是鉸鏈聯接定位套和帶止口的活動墊片，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間，而且該構建表面美觀，非常實用。定位套是軋輥組的一部分，因此，長度公差和兩端平衡度很關鍵。定位套不必熱處理，對加工粗糙度也沒有嚴格要求。
⑶四柱式沖床設計
㈠
鋼帶機沖孔一般都是由液壓沖床完成的，液壓沖床的有點是沖切力、行程、沖切速度容易調整，震動和噪聲小。由于液壓沖床運動部件很少，因此它不宜過載，也不宜太多的維護。但是長久以來，速度的限制是液壓沖床的最大缺點。為此，我們在本設備中設計了四柱式下曲柄沖床。該沖床結構簡單，價格低廉，是冷彎件沖孔的使用設備。這種機床樣式如圖2所示：
利用電機來驅動飛輪，飛輪通過轉鍵式離合器聯結
曲軸支撐在底座上，通過中部連桿，曲軸驅動曲帶
動底板上下運動，曲柄的偏心大小決定了行程的大小
離合器系統控制滑塊行程次數，該沖床切力
沖壓速度50~60次／分鐘。一般小型機械沖床只有兩根立柱，但為了安全，能承載更大的機械力，故設計了四柱沖床。
㈡
沖切力的計算，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—材料的抗剪切強度（MPa）
鋼帶沖孔Φ34mm，厚度5mm，低碳鋼抗剪強度415Mpa
P=πdtτ=3.14×34×5×415=22.15t
所需沖切力會歲某些因素增減。如模具的鈍化，或間隙的加大，都能使力度增大。通過以上的預算就能達到初步的估計。
㈢
鋼帶剪的計算
為了減小剪切力，剪床設計為斜刃剪切，斜度為3°
P=0.5τ
公式中t—剪切件厚度。
τ—材料抗剪強度Mpa。
—剪切斜度一般在2°～5°之間。
故P=0.5τ=0.5××4.5×=10.5t，因為雙刃是10.5×2=21t，
故所需沖切力為21t。
該產品是冷彎技術在煤礦機械中使用的理想產品，其主要特點是：
⑴結構緊湊，制造工藝簡單；
⑵自動化程度高；
⑶本設備采用機械沖孔后，生產效率大幅度提高；
⑷操作方便，運行安全可靠；
⑸設備組裝出廠、運輸、安裝方便，安裝周期短。
四、結束語
該設備經安裝，測試后運行良好，各項參數均符合設計和標準要求，運行平穩可靠，不論從剛度和強度上都能滿足生產的要求。
附：
關鍵詞：電機矢量控制；永磁同步電機；電流采樣；數字濾波
引言
20世紀70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出異步電機矢量控制理論來解決交流電機轉矩控制問題。矢量控制實現的基本原理是通過測量和控制電機定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對電機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制電機轉矩的目的。
在交流電機矢量控制策略中，相電流采樣性能是一個重要的指標。在對成本要求高的應用場合，如何低成本地獲得好的電流采樣性能成為關鍵問題。
電流檢測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。電阻采樣通過測量電阻上的壓降來計算電流大小，適合于被測電流較小的場合。霍爾電流傳感器測量精度高、線性度好、響應快、使用簡單，但價格比較昂貴。電流互感器體積較大，造價昂貴，適合于被測電流大的場合。對于小功率的伺服驅動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，微處理器對某兩相電流通過采樣電阻進行采樣，再根據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，經過電壓偏置和放大[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，電流采樣時刻是在三相上橋臂都截止的時刻進行的，因為只有在這個時刻才能保證采樣電阻上均有反映該相電流的電流流過，只是此時可能采樣得到的電流是續流電流，不過續流電流也可以真實的反映相電流的值。由此可見，雙電阻采樣方法也可以實現三相定子電流的重構。
根據以上分析，雙電阻采樣方法可以實現三相定子電流的重構，不過由圖2可見該方案也存在電流采樣盲區問題，就是當電流采樣相為電壓最大相時，如果該相占空比比較高的時候，電流可采樣的區間（電壓最大相下橋臂開通區間）就變得狹窄，考慮到IGBT剛切換時會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鍵，負載一定時，如果采樣電阻的阻值小，則壓降小，在電機回路中不會產生很大的影響；如果采樣電阻的阻值過大，會引起電壓損耗，減小能量效率，且較大的阻值還會使負載電壓發生偏移，產生電磁干擾，產生系統對噪聲敏感等問題；此外選取采樣電阻時，還要考慮電阻的穩定性能和阻值誤差[3]。
2 相電流的濾波
由于永磁同步電機的寬范圍調速及高速特性，在電機設計時不易獲得理想的正弦氣隙磁場[4]，同時電力電子裝置的非線性特性，導致在系統控制時采樣的相電流含有不規則的高次諧波和隨機干擾。再加上電流采樣電路的穩定性及A/D轉換單元偏差的存在，更是加大了實際采樣到的電流波動。另外，在系統電路中采用的開關電源、大功率電磁鐵等電路，可能還會引起很大干擾。
可見，永磁同步電動機相電流中，含有各種高次、隨機的諧波。其中包含PWM斬波引起的高頻諧波，有因電機非正弦反電勢引起的低次諧波，還有電力電子線路因干擾出現的隨機脈沖。因此，在系統控制中，需要采用不同的硬件和數字濾波方法。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斬波引起的干擾。軟件濾波用于去除隨時脈沖干擾和由低次諧波引起的噪聲。
采用550W伺服驅動器（載波頻率16KHz），配4極15槽永磁同步電機進行測試。在3500rpm輕負載下，用示波器分時測得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，還由于電機反電勢、齒槽等影響，使相電流呈現的不是正弦波。
從處理器A/D轉換后，獲取的相電流數值如圖4所示，相電流又增加了由于A/D電路引起的隨機電流尖峰。
2.1 程序判斷濾波
對于隨機電流尖峰，通常采用限幅濾波法或限速濾波法[5]來實現消除。電機相電流是個動態的信號，既要考慮采樣值的實時性，又要顧及采樣值的連續性。文章實際采用如下濾波算法：設順序采樣時刻t1，t2，t3的采樣值分別為Y（1），Y（2），Y（3），ΔY1和ΔY2為根據現場情況確定的門限值，其中ΔY1
采用程序判斷濾波后，消除了隨機的電流尖峰，如圖5所示。
2.2 算術平均值法
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。
算術平均值法對信號的平滑濾波程度完全取決于n。
當n較大時，平滑度高，但靈敏度低，即外界信號的變化對測量計算結果Y的影響小；當n較小時，平滑度低，但靈敏度高。電機相電流是個動態的信號，應視具體情況選取n。采用算術平均值法濾波后，消除了圖5波形中的大部分低次諧波，如圖6所示。經過兩次濾波后，相電流的波形得到了顯著的優化。
3 系統的實驗結果
采用上述550W伺服驅動器和電機，在測功機上進行相電流濾波前后的對比測試，結果如下：（1）電機3500rpm恒速運行，測功機不加載時：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3500rpm恒速運行，測功機加1.3Nm扭矩進行定點測試時：控制器的效率由濾波前的81.35%上升到濾波后的82.51%。
由上述結果可以看出，采用了相電流濾波的伺服系統，減少了功耗，提升了系統的效率。
4 結束語
由以上分析及實驗結果可以看出，在采用雙電阻相電流采樣的伺服控制系統中，通過復合數字濾波方法能夠將由PWM斬波引起的高頻諧波、電機非正弦反電勢引起的低次諧波、電力電子線路因干擾出現的隨機脈沖等因素引起的相電流噪聲得到有效的抑制，提高了電機運行的平穩性，有效改善了系統的效率。
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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.
【關鍵詞】壓梗機；故障次數；降低
【Keywords】 tobacco stem compressor； failure number； reduce
【中圖分類號】TP271+.4 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0177-02
1 引言
煙梗通過上游設備進料振槽進入隧道式增溫增濕設備，然后經過壓梗段的進料振槽送入壓梗機內。煙梗在壓梗機料倉內受到兩個軋輥壓制作用后，通過壓梗段的出料振槽送入下游切梗絲工序段。 壓梗機是制絲車間梗線的重要設備之一，主要通過軋輥壓制煙梗，從而達到煙梗內部組織疏松的目的。壓梗機運行穩定不僅影響梗線的連續生產，對梗絲質量的提升也有著重要作用[1]。
2 現狀調查
小組成員對壓梗機2015年4月至6月的梗線設備故障進行統計，統計結果如下表1。可以發現壓梗機占梗線設備故障次數的62.2%。
3 目標確定
目標依據分析：
根據小組對2015年4月至6月壓梗機故障的統計，其月均故障次數為7.7次。其中饋電器過流和料位檢測孔堵塞故障，月均為6.3次。
若能杜絕饋電器過流和料位檢測孔堵塞故障，則壓梗機故障次數可降為7.7-6.3=1.4次。
4 要因分析
小組成員通過頭腦風暴法對軋輥電機饋電器過流原因進行分析，并繪制關聯圖，確定其目標因素為以下幾個方面：饋電器額定電流與電機額定電流不匹配，接線端子松動，軋輥電機三相內阻不相等，饋電器輸出端到電機端子線路閃斷，軋輥壓梗寬度過小，軋輥機械傳動機構異常，料位檢測裝置失效，金屬探測儀剔除帶金屬物料功能失效，洗梗工序未能將硬石物質剔除，進料控制程序設計不合理。以下為要因確認的部分內容：
洗梗工序未能將硬石等物質剔除：
①洗梗工序物料中含的石頭等硬質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入水槽后，在水流作用下漂浮在料液表面，而如硬石等物質會沉入水槽槽底，不會隨物料進入網帶而進入下一工序。
②通過跟蹤5批次投料，未發現洗梗工序出料中含有硬石等物質。
結論：非要因。
進料控制程序設計不合理：
①聯動生產過程中，當下一工序（切梗絲工序）料滿時壓梗段暫停供料，但隧道式增溫增濕設備繼續運行（在聯動條件下，一直運行），繼續向壓梗段進料振槽供料，造成進料振槽上煙梗堆積。
②當下一工序需要繼續供料時，進料振槽上大量煙梗進入壓梗機料倉。
結論：要因。
5 制定對策
方案一：
下一工序料滿要求停止進料時，隧道式增溫增濕設備與壓梗段設備立刻暫停供料。
①確定隧道式增溫增濕設備控制程序中壓梗段運行信號；
②將壓梗段運行信號作為隧道式增溫增濕設備運行信號的條件之一；
③調試并完善程序；
④跟蹤生產情況。
方案二：
下一工序料滿要求停止進料時，隧道式增溫增濕設備與壓梗段設備延時后暫停供料。
①確定排空隧道式增溫增濕設備槽體內物料所需時間；
②修改隧道式增溫增濕設備程序，增加隧道式增溫增濕設備延時后暫停供料功能，確定最佳延時時間；
③修改壓梗段程序，將隧道式增溫增濕設備延時后暫停時間作為壓梗段延時暫停時間；
④跟蹤生產情況。
6 對策實施
針對方案2的對策實施內容：
確定排空隧道式增溫增濕設備槽體內物料所需時間；跟蹤統計，排空隧道式增溫增濕設備內物料所需時間一般為4-7秒。修改隧道式增卦鍪設備程序，增加隧道式增溫增濕設備延時后暫停供料功能，確定最佳延時時間；增加延時功能，將延時時間設置為3s、 4s、 5s、 6s、 7s，進行跟蹤統計。最終我們將延時時間設置為5s。修改壓梗段程序，將隧道式增溫增濕設備延時后暫停時間作為壓梗段延時暫停時間。
方案一與方案二均能夠實現壓梗段設備與隧道式增溫增濕設備的同步運行和停止。但是在生產過程中發現，實施方案一后，停留在隧道式增溫增濕設備槽體內的煙梗由于受槽體內溫濕度的影響，水分相對較高，影響下一工序的生產，當暫停供料時間較長時，影響尤為明顯。
7 效果檢查
8 鞏固措施
①將本次優化后的程序提交車間存檔，并把相關資料納入標準化管理；
②組織機電人員及操作人員對優化后的壓梗機及隧道式增溫增濕設備的控制原理進行培訓；
③加強機電人員及操作人員的點檢、巡檢工作；
④繼續跟蹤壓梗機工作情況。統計2015年12月至2016年2月，壓梗機故障次數，月平均故障次數為0.7次。
【關鍵詞】嵌入式CortexTM-M3 LM3S811 溫度檢測
豆漿是現代科學公認的營養品，隨著家庭生活條件的改善、生活水平的提高以及出于對食品安全的考慮，富含植物性蛋白的豆漿正以無可阻擋的魅力走進千家萬戶，本論文即采用 嵌入式單片機設計的一款豆漿機。
1 LM3S811單片機介紹
TI公司的Stellaris系列的單片機，能夠使用戶以傳統的8位和16位器件的價位來享受32位的性能。該系列單片機是針對工業應用方案而設計的，包括遠程監控、電子售貨機、測試和測量設備、網絡設備和交換機、工廠自動化、建筑控制、運動控制、醫療器械、以及火警安防等。
LM3S811單片機的優勢還在于能夠方便的運用多種ARM的開發工具和片上系統（SoC）的底層IP應用方案，能夠滿足各種需求。另外，該單片機使用了兼容ARM的Thumb?指令集的Thumb2指令集來減少存儲容量的需求，并以此達到降低成本的目的。因此，本設計采用LM3S811單片機作為控制芯片。
2 豆漿機工作流程與硬件設計
2.1 豆漿機工作流程
正常上電后按豆漿按鈕，蜂鳴器“嘀”一聲，指示燈亮。
（1）延時2秒、隨后加熱到80℃，打豆10秒后停5秒。
（2）自動加熱掛泡，停止加熱10秒。
（2）打豆10秒，停10秒如此循環6次。
（3）加熱到掛泡，如此循環3次。
（4）打豆10秒，停6秒如此循環6次。
（5）加熱到掛泡，如此循環6次。
完成后蜂鳴器提示音1秒一聲，一分鐘后轉至每間隔10秒蜂鳴器“嘀”一聲提示音，表示工作進程結束。
2.2 豆漿機硬件電路設計
全自動豆漿機硬件電路包括溫度傳感器電路、單片機最小系統以及輸出控制電路。
由于單片機內部有上拉電阻，所以按鈕電路沒有連接上拉電阻；用單片機引腳直接控制繼電器的方式驅動電加熱器與電機；溫度傳感器采用熱敏電阻KTY81-110，采用電阻串聯分壓法直接將熱敏電阻兩端的電壓輸入到單片機LM3S811的ADC中；采用變壓器降壓、整流、濾波后，經過3.3V穩壓器1117（3.3V）輸出，為豆漿機提供電源。通過這些電路設計，能夠實現全自動豆漿機系統。
3 基于LM3S811單片機的豆漿控制電路機程序框架
本設計為全自動豆漿機，采用狀態機描述進行編程。按照狀態機描述豆漿機不同得工作狀態，程序由C語言寫出，主程序由單片機初始化、溫度傳感器初始化、鍵盤初始化等等，程序框架如下：
include " LM3S811.h"
定義數碼管譯碼數組；
定義數碼管位選數組；
定義LED燈數組；
定義保存在FLASH中數據的數組；
定義定時標記變量；
定義其他全局數組與變量； //例如定時變量dsbl等
函數原型聲明；
void main（void）
{
定時器0初始化； //實現時間標記
定時器1初始化； //對定時變量定時
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
豆漿按鈕按下時，anbl=1； //對應指示燈亮，表示工作狀態
燒水按鈕按下時，anbl=2；
攪拌按鈕按下時，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
if（sample_time= =1）
{
檢測水位電極； //設置低水位標志，若是低水位，低水位標志為1
檢測防溢出電極； //設置防溢出標志，若是溢出，防溢出標志為1
ADC轉換溫度值、數字濾波語句，轉換成溫度值。
sample_time= =0；
}
//狀態機
if （state_time= =1）
{
狀態機語句；
state_time=0；
按鈕變量=0
}
//輸出語句：
4 結論
TI公司的Stellaris系列的單片機，LM3S811單片機與Stellaris系列的所有成員是代碼兼容的，這為用戶提供了靈活性，能夠適應各種精確的需求，必將得到越來越廣泛的應用。
參考文獻
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[2]李延鵬.ARM嵌入式系統開發與應用完全手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2013.
通訊作者簡介
周立平（1979-），男，現為中國電子科技集團第二研究所工程師。研究方向為自動控制。
關鍵詞：永磁同步電動機；應用特性；研究
引言
稀土永磁電動機具有高效節能的顯著優點，應用范圍正日益遍及國防、航空航天、工農業生產和日常生活的諸多領域，發展潛力巨大。相較于電勵磁電動機，稀土永磁電動機結構特殊且種類多樣，傳統的設計理論和分析方法已難以適應高性能電機研發的要求，需要綜合運用多學科理論和現代設計手段，進行創新研究。傳統設計模式得到的產品，在工況相對固定的應用場合，能夠表顯出良好的技術性能，但在永磁同步電動機實際運用的過程中，其振動與噪聲始終沒有得到有效解決，甚至會對其實際運行的穩定性產生不利的影響。為此，針對永磁同步電動機設計當中的關鍵技術研究十分有必要，同樣也逐漸成為國民經濟發展的關鍵增長點。因此，本文在電機和電磁場理論的基礎上，結合實際工程應用問題，對永磁同步電動機的工作工程中的振動和噪聲問題進行實驗分析研究，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方面：（1）測試裝置與系統的實驗，選擇11kW的永磁同步電動機，對其振動和噪聲的特性進行測試。其中，將非金屬環合理安裝于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，進而對轉子動態特性展開全面測試。（2）永磁同步電動機振動與噪聲信號的分析，通過對永磁同步電動機振動和噪聲信號的測試與分析，當電動機處于額定負載的情況下，其振動信號呈現出一簇脈沖，其電流信號也有所改變，并非正常的正弦時域波形。（3）對噪聲頻譜的分析，當11kW永磁同步電動機處于空載狀態時，根據聲壓級頻譜的內容可以發現，其中存在兩個峰值。而當11kW永磁同步電動機處于額定負載的狀態下，根據聲壓級頻譜內容可以發現，存在三個峰值。而通過噪聲頻譜與振動頻譜的對比和比較，可以發現對于永磁同步電動機噪聲產生影響的因素中，軸承振動并非主要矛盾。通過對空載以及額定負載條件下的聲壓級頻譜對比與比較可以發現，峰值多出一，而具體的原因就是受負載增加的影響，導致電流與功角隨之提高，進而生成了頻率成分。
以下是詳細實驗過程：
1 永磁同步電動機應用特性的實驗分析――以振動與噪聲為實驗對象
1.1 測試裝置與系統的實驗
選擇11kW的永磁同步電動機，對其振動和噪聲的特性進行測試。其中，將非金屬環合理安裝于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，進而對轉子動態特性展開全面測試。
1.2 永磁同步電動機振動與噪聲信號的分析
通過對永磁同步電動機振動和噪聲信號的測試與分析，當電動機處于額定負載的情況下，其振動信號呈現出一簇脈沖，其電流信號也有所改變，并非正常的正弦時域波形[1]。
1.3 對噪聲頻譜的分析
當11kW永磁同步電動機處于空載狀態時，根據聲壓級頻譜的內容可以發現，其中存在兩個峰值。而當11kW永磁同步電動機處于額定負載的狀態下，根據聲壓級頻譜內容可以發現，存在三個峰值。而通過噪聲頻譜與振動頻譜的對比和比較，可以發現對于永磁同步電動機噪聲產生影響的因素中，軸承振動并非主要矛盾。通過對空載以及額定負載條件下的聲壓級頻譜對比與比較可以發現，峰值多出一個，而具體的原因就是受負載增加的影響，導致電流與功角隨之提高，進而生成了頻率成分。
2 改善永磁同步電動機應用特性的具體措施
2.1 有效降低力波
第一，繞組選擇要科學。在選擇定子繞組的過程中，最好選擇諧波磁動勢不高的，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諧波有效降低。與此同時，為了能夠實現轉矩脈動的降低，就需要采用槽開口寬度增大的方式。第三，氣隙磁通密度適當減少。因為徑向力和氣隙磁密平方呈現出正比例關系，而振幅和徑向力同樣呈正相關關系。除此之外，升功率和振幅平方近似呈正比例的關系[2]。在這種情況下，磁通的密度如果相對較高，那么不僅只是聲功率隨之提高，同樣還會影響系統運轉的效果，分叉與混沌現象的發生幾率會更高。然而，一旦減小氣隙磁密，還會使電動機的自重增加。在這種情況下，應當綜合考慮多種因素來進行設計。
2.2 磁場應對稱
在永磁同步電動機實際運行的過程中，如果轉子偏心很容易引起低階徑向力，導致電動機自身的噪聲不斷增加[3]。在這種情況下，不僅要對加工工藝與裝配工藝進行合理地控制，同樣采取定子并聯繞組的方式，也能夠避免因轉子不同心而帶來的噪聲，這樣就能夠確保各級磁通處于一致狀態，有效地規避了磁拉力出現的不平衡性，使得振動與噪聲的產生幾率下降。
2.3 斜槽與斜極的控制
對于永磁同步電動機來說，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機的長度方向軸線來移動[4]。這樣一來，其沿著軸線方向的平均徑向力就會隨之下降，同時，附加轉矩以及噪聲也會隨之降低，然而，實際的附加損耗卻并不會下降。
2.4 定子動態振幅與聲振幅的合理減少
第一，要科學增加阻尼。可以在永磁同步電動機的定子鐵心以及機座中適當地涂上阻尼材料，與此同時，使用清漆亦或是環氧樹脂，實現定子疊片的有效粘結[5]。基于此，應當對定子鐵心以及機座間存在的間隙進行及時填充，這樣也能夠使電動機阻尼不斷增加。第二，聲輻射效率的減少。在對永磁同步電動機聲輻射功率進行計算的過程中，主要是相對聲強輻射系數和無窮大平板聲強公式相乘[6]。其中，相對聲強輻射的系數和電動機的定子長徑比以及振動模態階數等存在緊密的聯系。為此，在立波階數的增加，使聲強輻射系數減少，可以有效地控制噪聲。
3 結束語
綜上所述，永磁同步電動機在實踐應用中的作用十分重要，所以，對其應用特性的研究具有重要的現實意義。電動機振動過大不僅會對運行可靠程度帶來負面影響，同樣還會引發噪聲。因而，文章將稀土永磁同步電動機作為重點研究對象，并且以振動和噪聲兩個特性為例，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機的正常運轉提供有價值的參考依據，充分發揮其自身的功用。
參考文獻
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關鍵詞：實訓課程；分層次；模塊化
作者簡介：李自成（1970-），男，四川資陽人，成都理工大學工程技術學院自動化系，副教授。（四川?樂山?614000）
中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）20-0086-02
電氣工程及其自動化專業在電氣信息領域起著十分重要的作用，主要研究電能的產生、傳輸、轉換、控制、儲存和利用，同時有關電能的轉換及使用的控制在該專業所占的地位也日益重要。[1，2]它和人們的日常生活及工業生產聯系越來越緊密，因而發展迅速，已經成為高新技術產業的重要組成部分，并成為很多高校的一門重要學科。而成都理工大學工程技術學院在2005年成立了電氣工程及其自動化專業，在專業發展過程中注重實踐課程體系的建立。為了適應當今社會關于應用型人才的培養要求，加強學生的動手能力和實踐技能，突出工程能力和工程素質的培養，結合電氣工程及其自動化專業的人才培養方案制訂了電氣專業工程訓練教學計劃，形成了科學的電氣工程實訓課程體系。體系以培養學生在電機及其電力拖動技術、電力電子與電氣傳動技術、電氣控制技術、電力系統自動化技術等方面的工程技能為基本目標，旨在提升學生在電氣領域的知識應用水平和綜合創新能力，構建起理論知識學習與實際技能訓練、單項能力培養與綜合素質提升之間的橋梁。
一、課程目標定位
課程體系反映了應用型本科對知識能力方面的要求。應用型本科同一般普通本科的培養體系是平行的，相比具有鮮明的技術應用性特征。[3]在培養規格上，應用本科培養的不是學科型、學術型、研究型人才，而是培養適應生產、建設、管理、服務第一線需要的高等技術應用型人才；在培養模式上，應用本科以適應社會需要為目標，以培養技術應用能力為主線設計學生的知識、能力、素質結構和培養方案，以“應用”為主旨和特征構建課程、教學內容體系，重視學生技術應用能力的培養。基于應用型本科的性質，為了加強對學生實踐能力的培養，使學生盡快掌握本專業領域的技能，因此整個體系強調建立一個系統化的實訓過程，通過實訓，學生應該具備以下技能：
掌握電機和電力拖動技術，熟悉變壓器、直流電機、交流電機的結構，通過實訓熟悉電機運行原理和調速原理。
掌握電力電子與電氣傳動技術，熟悉各種電力電子器件的應用，能正確使用變頻器，并能初步進行電機調速電路的設計和調試。
掌握電力系統自動化技術，通過實訓熟悉繼電保護基本原理，利用MATLAB進行潮流計算，并能進行初步的短路分析。
熟練掌握工廠電氣控制、電氣設計軟件等開發平臺和應用技術，能夠進行系統控制程序設計或者利用軟件進行電路的設計。
掌握電氣系統或者控制程序的調試方法，能通過實際操作較好地判斷出電氣系統或者控制程序的缺陷，并進行改進。
為了節約成本，加快開發過程，能夠用仿真軟件對電路進行仿真，熟練使用各種仿真軟件，包括Protel DXP等。
能熟練使用各種檢測工具，具備對低壓電器的認知和感性認識，熟悉每種低壓電氣的正確用法，能進行初步的設計，選擇出滿足要求的電器。
二、課程體系的構成原則
實訓基于各課程各章節內容或者課程之間聯系，以實訓項目為主體和載體，以程序或者電路系統設計作為驅動，實現知識、技術、能力和素質的全面提高。以實訓課程體系作為實訓目標的基礎，制訂完善的實訓計劃體系，同時堅持了以下原則：
以就業實際需求為導向，以能力培養為核心，以學生適應就業崗位為目標，以崗位技能為重點，兼顧長遠發展。
注重知識、技術、能力、素質的協調發展，使學生通過實訓既鞏固了所學的知識和技術又提高了應用知識、技術的能力，使素質得到升華。
以實踐能力和工程訓練為重點，突出技術應用能力培養，強調在應用中創新，通過解決問題綜合運用所學的知識。
課程體系體現了開放性、靈活性，及時反映了新能源技術的發展以及新技術的應用。
課程體系與人才培養方案的課程體系銜接，分別針對電氣技術、電力系統自動化、電力電子等方向設立實訓課程。
三、分層次模塊化實訓教學體系的設立
電氣工程及其自動化專業主要是研究電能應用的專業。近幾十年來，有關電能的轉換、控制在該專業所占的地位日益重要，專業名稱中的“及其自動化”反映了科學技術的這種發展和變化。電氣工程及其自動化專業的專業范圍主要包括電工基礎理論、電氣裝備制造和應用、電力系統運行和控制三個部分。[4，5]因此實訓課程的設立也應該反映這些專業范圍。首先，電工理論是電氣工程的基礎，主要包括電路理論和電磁場理論。這些理論是物理學中電學和磁學的發展、延伸。而電子技術、計算機硬件技術等可以看成是由電工理論的不斷發展而誕生，電工理論是它們的重要基礎。電氣裝備制造主要包括發電機、電動機、變壓器等電機設備的制造，也包括開關、用電設備等電器與電氣設備的制造，還包括電力電子設備的制造、各種電氣控制裝置、電子控制裝置的制造以及電工材料、電氣絕緣等內容。電氣裝備的應用則是指上述設備和裝置的應用。電力系統主要指電力網的運行和控制、電氣自動化等內容。制造和運行不可能截然分開，電氣設備在制造時必須考慮其運行，如電力系統由各種電氣設備組成，其良好的運行必然要依靠良好的設備。
針對專業范圍，電氣工程及其自動化專業工程訓練在學院工程訓練中心進行。訓練內容劃分為工程認知訓練、專業技能訓練和綜合創新訓練三個層次。由于我院從專業建立初期就注重實驗室的建設。目前訓練條件優良，已建有電氣技術實訓室、電機及拖動實驗室、電力自動化及繼電保護實驗室、電力電子及傳動控制實驗室等專業實驗室。同時，學院工程訓練中心為進一步提升學生在電氣工程領域的綜合創新能力，建設了數控加工中心、基于先進控制技術的運動控制實驗室和柔性制造中心，突出真實的工業應用環境，突出強化學生在系統分析、系統設計、系統開發等方面的工程訓練，有利于高水平應用型人才的培養。
我院電氣工程及其自動化專業課程體系設立了三個方向：電氣技術方向、電力電子技術方向、電力系統及其自動化。針對不同方向和實訓層次設立不同的課程。如圖1所示。
首先，工程認知訓練是電氣工程及其自動化專業整個教學過程中一個重要的實踐性環節。該環節包括生產實習等內容，使學生在生產實際或者科研中驗證從課本上學到的理論知識，加深對知識的理解和認識，從而鞏固所學知識并體會知識的應用價值；培養學生綜合運用所學的理論知識去觀察、解釋并進一步嘗試解決生產實際或者科研過程中發生的問題，提高分析問題與解決問題的能力；使學生了解企業的生產工序、工藝流程、管理制度，從而獲得與本專業有關的實際生產知識，并擴大專業知識面；培養學生從事技術專題調查、搜集資料和進行研究的能力，并為即將進行的畢業設計和論文打下良好的基礎。其后是專業技能訓練，針對專業應用領域設置模塊，包括電機、電力電子技術、電力系統自動化、電氣傳動自動控制系統、PLC、電氣CAD等。而學生專業技能是一個復雜的技能系統，諸多技能之間既相互關聯又相互影響，其訓練途徑及實施辦法亦多種多樣，同時必須具備整體性、科學性和互動性。因此，專業技能訓練方案的制訂，內容上密切結合學科和緊扣本專業的培養目標，與專業培養方案一致，注重能力的提高和知識的應用，注重開放性和拓展學生的思維空間構建與理論教學相輔相成、以能力培養為主線的技能訓練方案，為專業培養方案的貫徹執行服務，以適應教育教學改革發展的需要，全面提高人才培養質量。最后是綜合創新訓練，為實現個性化培養提供先進的創新設計、制作的環境與條件。通過綜合創新訓練為學生創造一個能培養興趣、產生好奇心的環境，使他們在這里自己動手創新制作、激發創造力。以創新思維和創新制作能力的訓練為核心，充分發揮學生的自主能力和綜合運用所學知識的能力，培養更多高素質、復合型、應用型人才。綜合創新訓練不但能夠培養學生的綜合素質，增強學生的工程實踐能力，而且還有助于培養學生的創新精神和創新思維，起著其他課程不能替代的作用。
整個課程體系對應于工程素質訓練、金工實習、電機及拖動技術實訓、控制理論和控制系統實訓、PLC與變頻器應用技術實訓、單片機技術工程訓練、CAD實訓、電力系統自動化實訓、電力電子與電氣傳動實訓、自控系統綜合實習、調速系統綜合設計、供配電系統綜合設計等實訓。同時為了突出應用型本科的特點，增加了“Protel DXP實用教程”和“電氣工程CAD”與實訓環節聯系緊密的課程。實訓課內容如表1所示。
通過該課程體系使學生能夠初步了解機電工程的基本研究領域，具備電氣基本操作技能，掌握電機及拖動系統的類型、組成和控制方法，掌握控制理論及自動控制系統的組成，具備對一般機電控制系統的安裝、分析和維護技能，掌握常用電力電子器件的特性，并能根據要求設計出實用電路，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開發能力，在本專業領域內具備一定的科學研究、科技開發和組織管理能力，具有較強的工作適應能力。
四、結論
電氣工程及其自動化專業自2005年在成都理工大學成立以來，針對本學校學生的入學基礎和就業的實際情況對實踐方面的教學課程體系不斷調整，增加了“Protel DXP實用教程”和“電氣工程CAD”與實訓環節聯系緊密的課程，增加了綜合創新訓練課程，已經形成了完整、科學的實訓體系。從目前的實際運行情況來看，通過實訓，學生的就業率得到提高，同時學生到企業后熟悉崗位的時間縮短，得到了用人單位的好評。
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摘要：高職院校畢業設計是一個重要的綜合性實踐教學環節，是培養和鍛煉學生自主學習能力、實踐能力、團隊協作能力、工程實際應用能力以及創新能力的重要途徑。通過分析高職院校畢業設計現狀，結合福建船政交通職業學院機電一體化專業畢業設計教學實踐，提出高職院校機電一體化專業畢業設計環節改革方法，并進行改革效果分析。
關鍵詞：高職院校；機電一體化專業；畢業設計；教學改革
作者：曾思通
1前言
《教育部辦公廳關于加強普通高等學校畢業設計（論文）工作的通知》（教高廳〔2004〕14號）指出，畢業設計實踐環節是實現培養目標的重要教學環節，在培養大學生探求真理、強化社會意識、進行科學研究基本訓練、提高綜合實踐能力與素質等方面具有不可替代的作用，是教育與生產勞動和社會實踐相結合的重要體現，是培養大學生的創新能力、實踐能力和創業精神的重要實踐環節。高職院校的畢業實踐教學環節有別于一般專業課程中的實驗實訓實踐教學，在實踐內容、實踐教學方式、考核方式、評價體系等各方面都沒有統一的規范和標準，因而如何實施這一實踐教學環節，歷來是各高職院校研究和探索的重點和難點。
臺灣技職教育在畢業設計特別是實務專題制作上頗有建樹。2017年，筆者赴臺進行為期33天的教學改革學習，深入了解了臺北城市科技大學畢業設計（實務專題）的設計及制作過程，觀摩了臺灣科技大學、正修科技大學等電機工程系的專題成果展；再通過對大陸相關院校的調研，以及根據自身多年從事機電一體化專業畢業設計指導的經驗，總結目前高職院校畢業教學環節存在的不足，并提出相應的教學改革和實踐方法。
2高職院校畢業設計存在的不足
以畢業論文取代畢業設計實踐環節畢業論文是為獲得學位資格而撰寫的學術性較強的研究論文，是衡量可否畢業及申請和授予相應學位的基本依據，要求在一定的研究方向內選擇論題或課題，對相應的學術問題進行研究論證[1]。針對本科教育的畢業設計（論文）并不適合于培養高素質技術技能型人才為目標的高職教育。高職院校畢業設計環節要求體現以“職業能力培養”為主線，沿用本科院校的畢業設計（論文）模式，勢必不能達到高職院校畢業設計環節的培養目標和要求。
以綜合性實驗報告或說明書作為畢業設計終結材料有些院校考慮到學生綜合能力特別是理論水平不夠，無法完成較高質量的畢業設計，于是索性放棄畢業設計環節，直接讓學生提交一份綜合性實驗報告或說明書作為畢業設計材料。這些綜合性實驗報告或說明書往往又有教材、網絡資料可查閱、參考，于是一部分學生有恃無恐，很少把精力放在畢業設計上，最終提交的材料質量往往讓人大失所望。
以下企業實習的實習報告作為畢業設計以畢業頂崗實習報告代替畢業設計的高職院校也不在少數。通過調研和下企業檢查，畢業頂崗實習也存在一定的不足，很難達到期望的效果和目標。企業鑒于自身經濟效益、管理模式以及實習學生能力的考慮，往往讓學生從事相對簡單，重復性、專業性不高的工作。在畢業頂崗實習還不盡如人意之際，簡單地讓畢業生全部以實習報告頂替畢業設計，往往導致學生為完成任務而虛構實習內容或網絡抄襲相關實習報告。
以實務專題形式開展畢業設計以實務專題的形式開展畢業設計是近年來一些高職院校采取的方式。實務專題是借鑒臺灣技職院校各學科專業普遍推行的專題制作課程，通過專題制作過程培養學生發現問題、分析問題、解決問題能力，整合應用專業知識及綜合技能，還能提升團隊合作、獨立思考、邏輯思維、論文撰寫與口頭報告等諸多能力[2]。實務專題環節主要包括：根據學生的生活、工作實際情況，收集信息、查閱資料，確定具有一定實際意義的選題；提交方案的可行性報告、實施計劃、耗材清單預算、采購方案、預期成效；按計劃開展實務專題制作；提交設計說明書、答辯PPT、視頻；展示產品的功能等。
實務專題制作相比于傳統的畢業設計（論文）具有一定的優勢，取得較好的效果，但在實施過程中也逐漸暴露一些問題。目前實務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、考核標準不統一、教師指導工作量大、資金有限等。
畢業答辯流于形式通過廣泛調研，不少高職院校存在畢業答辯不規范、流于形式，畢業設計通過率百分百甚至沒有畢業答辯環節的現象。于是不少學生心存僥幸心理，簡單隨意應付畢業設計，在學生中產生不良影響。教師對于這樣的現象難以遏制，對學生越來越沒信心，最終使畢業答辯越來越流于形式，失去應有的作用。
3高職院校畢業設計理念
《教育部辦公廳關于加強普通高等學校畢業設計（論文）工作的通知》（教高廳〔2004〕14號）提出，高職高專學生的畢業設計要與所學專業及崗位需求緊密結合，可以采取崗前實踐和畢業綜合訓練等形式，由學校教師與企業的專業技術人員共同指導，結合企業的生產實際選題，確定訓練內容和任務要求；時間應不少于半年；對高職高專學生要加強畢業設計環節的規范管理，加強過程監控，嚴格考核，采取評閱、答辯、實際操作等形式，檢查和驗收畢業設計成果。基于高職院校人才培養目標、高職學生的特點以及畢業設計實踐教學環節的特殊性，畢業設計實踐教學環節的基本理念有：以“職業能力培養”為主線，堅持以高職教育培養目標為依據，遵循“以應用為目的，以必需、夠用為度”的原則，以“掌握概念、強化應用、培養技能”為重點，力圖做到“降低理論要求、精選設計內容、加強基礎技能訓練、突出應用實踐”，注重學生應用能力、創新意識、創新素質的培養。
4高職院校機電一體化專業畢業設計實踐教學改革
強化畢業設計教學環節的各級管理畢業設計工作涉及學校培養目標、科研水平、教學管理、教師教學以及學生能力提升等多方面因素，在所有教學工作中占有極其重要的地位。學校應建立職責清晰的畢業設計管理體系，明確相關管理機構、系部、教研室及相關人員職責；各系部、教研室應根據自身專業特點建立畢業設計管理和實施方案，并上報相關管理機構審批。相關規章制度應包括：選題審批制度；開題報告環節，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。
將技能大賽與畢業設計結合高職院校職業技能競賽旨在培養和檢驗學生的動手實踐能力、團隊協作能力、發現問題及解決問題的能力、創新能力、安全意識等職業素養[3]。相關高職院校都在機電一體化競賽儀器設備上做了大量投入，而很多機電一體化競賽平臺在培養學生綜合職業技能、素質上可以發揮非常好的作用。
近年來，高職院校機電一體化專業省級、國家級相關的技能競賽主要有自動化生產線的安裝與調試、數控機床裝調與技術改造、機械設備的安裝與調試、工業機器人技術應用等。各院校的硬件設備都較為豐富，通過充分利用這些綜合性硬件平臺，可以為機電一體化專業學生的畢業設計提供很好的平臺。通過多年的摸索，福建船政交通職業學院通過競賽平臺開展畢業設計取得較好的效果，積累了一些經驗。下面以學院機電一體化專業利用自動化生產線的安裝與調試技能競賽平臺開展畢業設計為例，進行說明。
福建船政交通職業學院作為福建省自動化生產線實訓基地，擁有多套不同系列自動化生產線平臺。為了使學生在畢業設計過程中較為系統地應用所學機電一體化專業知識，培養和提升學生的綜合職業素養，在機電一體化專業畢業設計過程中，選擇基于自動化生產線平臺設計與實現的、學生需要完成的基本任務有：通過調研和查閱相關資料，了解自動化生產線相關背景、發展現狀、發展趨勢等；學習和掌握亞龍三菱335B自動化生產線平臺，涉及PLC技術、傳感器技術、氣液動技術、變頻器技術、組態技術和電機驅動等；根據生產實踐案例，設計基于亞龍335B平臺的仿真實踐系統，自行設計自動化生產線的工作目標和控制要求；完成工作任務細節，并展示系統功能；查閱相關技術手冊，整理歸納亞龍335B自動化生產線平臺西門子和三菱系列的區別，最后將完成的自動化生產線控制系統相關的控制器、變頻器等由三菱系統改造為西門子系列；完成畢業設計過程的設計說明書、相關視頻、答辯PPT等。
將創新融入畢業設計近年來，國家高度重視科技創新，并將創新擺在國家發展全局的核心位置[4]。在國家實施知識產權強國戰略的背景下，高職院校應越來越重視創新創意的教學與實踐。畢業設計作為高職院校完成培養目標的重要實踐教學環節，應大力提倡創新設計、創新意識，逐漸提升學校整體科技創新能力。首先應積極鼓勵和引導學生在畢業設計選題時始終貫穿創新性原則；其次是允許老題新做，追求在某些環節、機構、功能上突出變化，不斷提升專業專題設計的專業水平、創新意識和創新思維；最后要積極鼓勵學生就畢業設計中設計并完成的機電一體化產品參加相關成果展、創新創業比賽以及申請相關專利等。
以福建船政交通職業學院經濟型激光雕刻機畢業設計專題為例，該作品是機電一體化技術專業學生“機電創新專題”DIY作品。學生利用數控知識，借鑒3D打印機的相關原理，設計了激光雕刻機的機構、控制電路并編寫了控制程序。激光雕刻機設計并實現后，學生利用該作品免費給廣大師生在U盤、手機、紀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年海峽兩岸大學生創新創業暨兩岸教育成果展并榮獲一等獎，在學院首屆黃炎培杯創新創業大賽中獲得金獎，申請并獲授權實用新型專利。
調整畢業設計時間多數院校將畢業設計安排在第六學期，難免造成畢業設計與頂崗實習、就業的沖突。根據機電一體化專業的學期教學安排以及畢業設計的特點，對畢業設計的時間安排做了調整，主要有：
1）實行導師制，在第四學期初為學生安排畢業設計導師，并于第四學期末完成選題，匯總教研室；
2）第五學期前兩周完成開題報告；
3）第五學期期末完成實務制作，并開展中期檢查，要求學生在中期檢查前完成實物制作并展示作品功能，中期檢查成績占最終成績的60%；
4）第六學期期末完成實務專題設計說明書、答辯PPT，參加畢業答辯。
5畢業設計改革實踐成效
首先，畢業設計教學環節的改革完善了學校、系部的教學管理體系，強化了師生的質量意識。
其次，通過技能競賽與畢業設計相結合，不僅有效利用了技能競賽設備平臺，也緩解了畢業設計選題難的局面，同時活躍了學生參加技能競賽的氛圍和熱情，提升了學校技能競賽的成績。教育部公布的2017年全國職業院校技能大賽高職組的獲獎名單，福建船政交通職業學院獲獎數量達57個，位居全國第二名。
再次，學生創新能力得到培養，教師科研能力顯著提高，學校的科研創新水平得到提升。在畢業設計環節大力提倡科研、創新，培養了學生的創新能力和實踐能力，學生在相關競賽中均取得優異成績。同時，畢業設計實踐教學環節豐富了教師的實踐知識和實際工作經驗，科研能力和學術水平都得到提高。
最后，畢業設計改革提升了學生畢業設計的水平，鍛煉、培養了學生的職業素養和職業能力，也提高了企業、社會對學生和學校的認可度。
參考文獻
[1]趙艷霞.高職畢業設計（論文）的現狀分析與改革[J].湖北函授大學學報，2014，27(4)：104-105.
[2]張麗霞.高職院校實務專題制作的探討與實踐[J].職業教育研究，2014(6)：136-138.
