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一、永磁同步电机应用于电梯驱动技术
永磁同步电机无齿轮传动系统采用正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)，由于其减少了变速箱以及齿轮机械结构，减小了体积。论文参考网。同时永磁同步电机较之于以往交流异步电动机，应用于电梯拖动系统时有以下几个特点:
1、永磁同步电机机械噪音小，转矩波动小，转速平稳，动态响应快速准确。同步电动机比异步电动机对电压及转矩的扰动有着更强的承受能力，能做出比较快的反应。异步电动机当负载转矩发生变化时，电机的转差率也发生变化，转速也就随之变化，这样电机的转动部分的惯量就会阻碍电机做出快速的反应;而同步电机当负载转矩发生变化时，只要电机的功角做出相应的变化，而转速维持在原来的转速，这样电机转动部分的惯量就不会影响电机的快速反应。
2、相对于传统有齿轮传动系统，以永磁同步电机为主要技术的无齿轮曳引技术实现了无机房化，降低了建筑面积，整个电梯系统的成本降低，维护方便，减少了机械传动系统，噪音降低。
3、体积小，重量轻，随着高性能永磁材料的应用，转子无需励磁，相对于异步电机减少了变速用的变速箱，所以永磁同步电机功率密度不断增加，比起同容量的异步电机，它的体积，重量都要减小许多。
4、损耗小，效率高，永磁同步电机相对于异步电机无需励磁电流，无功电流分量，显著的提高了功率因数;由于高性能永磁材料的应用，提高了磁负荷，在相同功率的情况下，在设计过程中可以相应的减少电负荷，这样随之减小定子电流和定子铜耗。转子采用表面磁钢形式，在稳定运行时无转子铜损提高了效率。
5、性能价格比高。论文参考网。随着电力电子技术的成熟，电子器件的价格的降低，人们越来越多得用变频电源来驱动永磁同步电机，这就使整个驱动系统的成本不断降低。
二、国内外电梯驱动用永磁同步电动机的发展现状
国际上对电梯驱动用永磁同步电动机的研究己经进行了多年。从上世纪90年代起，电梯行业内的有关企业就开始了对电梯驱动用永磁同步电机的探索。日本三菱公司首先在高速电梯曳引机上使用永磁电机，提高了电梯的运行性能。日本在永磁电机应用于电梯的研究也己经进行了多年，并且取得了很大的成绩，其中以日本安川为代表的一些企业己经生产出了此类产品并获得了应用。他们在控制方式、转子位置检测、驱动变频器及电机本体设计等方面己经有了很多产品且申请了相关的专利。其产品经过实际测试，得到了国内同行的高度评价。论文参考网。东芝公司外旋转无齿轮永磁同步电动机曳引机的曳引轮与电机成为一体，实现了小型化、轻量化。
三、永磁同步电动机的分类
永磁同步电机按主磁场方向的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式;按电枢绕组位置的不同，可分为内转子式(常规式)和外转子式;按转子上有无起动绕组，分为无起动绕组的电动机(用于变频器供电的场合，利用频率的逐步升高而起动，并随着频率的改变而调节转速，常称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组的电动机(可在某一频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转矩起动，常称为异步起动永磁同步电动机);按供电电流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电动机(简称无邪}J直流电动机)和正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。永磁同步电机无齿轮传动系统采用的正是正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。
四、变频调速永磁同步电动机的设计要求
由于采用变频器对电机实行变频变压调速时，经变频器输入电机的电源是一个含有大量谐波分量的电压或电流发生源，它对电机的性能产生很大影响，主要表现在:电机振动、电磁噪声、损耗增大、起动转矩下降，温升升高等现象，而电梯的运行恰在这几方面要求比较严格，为此必须有针对性地采取措施。
（一）电动机低速平稳性的改善
电动机服务于电梯传动系统，因此对于运行的平稳性、动态响应性能和运行中的低噪声提出了较高的要求，尤其是对电机低速运行的平稳性要求更为严格，因为低速平稳性是保证电梯电机性能的重要指标。影响电动机低速平稳性的主要原因是电动机低速运行时的脉动转矩，该脉动转矩通常分为两种:一是由感应电动势或电流波形畸变而引起的纹波转矩，二是由齿槽或铁心磁阻变化而引起的齿谐波转矩。针对这两种情况，减小电动机低速脉动转矩的措施主要有以下几点:
1、使电机空载磁场气隙磁通密度的空间分布尽量接近于正弦形，以减少由谐波磁场引起的谐波转矩以及由谐波转矩引起的电磁振动。
2、合理选择定子槽数，使在该槽数下采用绕组短距、分布的方法来有效地削弱高次谐波电动势。
3、当转子有槽时，应该选择与定子槽数相配合的转子槽数。
4、增大电机的气隙长度，以减小气隙磁场齿谐波及相应的齿谐波转矩。
5、采用定子斜槽或转子斜极削弱齿谐波电动势，从而减少相应的齿谐波转矩。
6、减小定子槽的开口宽度或采用磁性槽楔，以降低由定子槽开口引起的气隙磁导的变化，从而减小了气隙磁场齿谐波。
7、采用阻尼绕组，以减小电枢反应磁链的脉动，可以有效地减少纹波转矩。
8、增大交轴同步电抗，使凸极永磁同步电动机的交轴同步电抗与直轴同步电抗的差距增大，从而增加电机的磁阻转矩，以增强电机低速运行时的输出能力。
（二）电动机低速平稳定位转矩的抑制
高精度的调速传动系统通常要求系统具有较高的定位精度。影响永磁同步电动机停转时定位精度的主要原因是电机的定位转矩，即电机不通电时所呈现出的磁阻转矩，该转矩使电机转子定位于某一位置。定位转矩主要是由转子中的永磁体与定子开槽的相互影响而产生的。
（三）提高弱磁扩速的能力
永磁同步电动机的励磁磁场由永磁体产生，不像电励磁同步电动机那样可以调节，这样在控制手段上就只能通过增大电机的直轴去磁电流以达到弱磁扩速的目的。
针对这一情况，对永磁同步电动机本身提出的要求是:
1、增大直轴同步电抗，以增强电机直轴电流的去磁能力。
2、选用抗去磁能力强的永磁体，并在电机结构上对永磁体加强保护，以避免永磁体发生不可逆性去磁。
3、充分利用电机的磁阻转矩，使永磁磁链设计得较低，从而增强电机的弱磁扩速能力。
4、保证电机转子具有适合高速运行的足够的机械强度。
五、结论
永磁同步电动机和异步电动机不同，永磁体提供的磁通量和磁动势随着磁路的饱和程度、材料尺寸、电机的运行状态变化而变化，而且由于转子磁路结构形式多种多样，不同的转子磁路结构，其空载漏磁系数各不相同，对电机的性能有着重要影响。据有关人士预计，在2010年新增的电梯90%以上是由低速、大转矩的永磁同步电动机直接驱动的无齿轮曳引电梯，永磁同步电动机在无齿轮曳引电梯中的应用将有很好的发展前景。
参考文献:
[1]廖富全.基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统[J]兵工自动化,2005,(03).
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Abstract： With the development of China's express delivery business blowout， a rapid growth in the number of logistics vehicles. In the context of energy constraints， environmental pollution， our government put the development of electric vehicles as a logistics solution to energy and environmental problems and realize the sustainable development of one of the major initiatives， the auto production enterprises will also electric car logistics as an important strategic direction grab the commanding heights of the auto industry in the future， the key components of the motor for electric vehicle logistics is currently using more ac asynchronous motor， permanent magnet synchronous motor and switched reluctance motor， the motor has advantages and disadvantages of each. From the angle of technological development， permanent magnetic motor will be a development trend. At the same time， from the point of automotive electrical installation convenience， etc， will be electric logistics hub motor car driving mode of the ideal.
Key words： electric automobile logistics； the motor； current situation and trend
动物流汽车是新能源汽车中发展较快的一个类型。新能源汽车用的驱动电机要满足频繁启/停、加减速，爬坡或低速时能提供较大转矩，在高速行驶时提供小转矩高转速，而且变速范围要宽。由于新能源汽车车载能源为动力电池，容量有限，为获得最大的行驶里程，大多数车辆都采用了能量回馈技术，即在汽车制动时，通过控制器将车轮损耗的动能反馈到电池中，并使电机处于发电状态，将发出的电输送到电池中[1]。因此，电动汽车的驱动机不能单纯的称为电动机，而应称为电机。
科技部要求新能源汽车技术研发将重点围绕电机驱动与电力电子、动力电池与电池管理等6个技术方向展开。考核指标为电机控制器峰值功率密度≥17kW/L，最高效率≥98.5%，匹配电机额定功率20kW至60kW，功能安全满足ISO26262标准ASCIL C级的要求，设计寿命达到15年或40万公里；装车应用≥10 000套[2]。
1 电动物流汽车对电机的要求
与工业生产机械、家用电器等的电机相比，电动物流汽车用驱动电机的工作比较特殊：
（1）电机工况复杂：电动汽车经常启停、加减速、上下坡等，电机的输出转矩和功率变化频繁。
（2）电机在冲击、振动的环境下工作：电动汽车的颠簸和振动都会传递给电机，此外，电机还要承受汽车在紧急制动、急转弯、急加速时的惯性力。
（3）车载电源能量有限：电动汽车的电源能源是有限的，当能量用尽时，需要停止运行，进行充电或添加燃料来恢复其消耗的能量。
（4）电机本身也是负载：电机及其控制器本身的质量也是车辆质量的一部分。
与工业用电机相比，针对电动物流汽车的驱动特点所设计的电机有着特殊的性能要求：
（1）电动物流汽车驱动电机要满足频繁的启停、加减速、转矩控制的动态性能要求较高，电机要有自动调速功能，能减轻使用者的操作强度，提高驾驶的舒适性，并且控制响应能达到与燃油车油门踏板同样的要求。
（2）在允许范围内尽量采用高电压，可减小电机和逆变器及其它装备的尺寸。
（3）为了减少整车的重量，通常取消多级变速器，这就要求在低速或爬坡时，电机可以提供较高的转矩，通常来说要能够承受4～5倍的过载。
（4）调速范围要宽，还需要在整个调速范围内保持较高的运行效率。
（5）电机设计时尽量设计为高额定转速，同时尽量采用铝合金外壳，各种控制器装备的质量和冷却系统的质量等也要求尽可能小，有利于减少电动汽车的重量。
（6）电动汽车应具有最优化的能量利用，具有制动能量回收功能，再生制动回收的能量一般要达到总能量的10%～20%。
（7）电机工作环境较差，要求电机要有很好的可靠性、耐高低温和耐潮性好、噪声低运行，同时还要保证电机的制造成本低。
（8）为保证安全，需要安装高压保护设备。
（9）结构要简单以便于维修，价格还要低廉。
2 电动物流汽车常用电机类型
直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机是电动物流汽车常用的动电机。直流电机应用最早，这种电机的特点是控制性能好、成本低，但其重量过大、效率低、电刷和滑环的存在增加维护成本，尤其是电刷的磨损会带来安全隐患。
电动物流汽车对车用电机的要求不断提出新的要求，随着电控、机械制造和材料等技术的进步，交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机的性能将更为优越，是目前应用较为广泛的电动物流汽车用电机。电动物流汽车常用电机的性能和优缺点比较及应用车型如表1、表2所示。
3 电动物流汽车用电机发展趋势
3.1 永磁同步电机
由于永磁同步电机效率高、转矩密度高、高效区宽、调速范围宽、重量轻等优点，电机永磁化是未来电机的发展趋势之一[4]。
3.2 轮毂电机
轮毂电机技术又称为车轮内装式电机技术，是一种将电机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置技术。轮毂电机可采用永磁无刷、直流无刷、开关磁阻等电机类型。由于电机处于车轮轮毂内，受体积限制，要求电机为扁形结构，即电机短而粗。
轮毂电机具有：更方便的底盘布置，更灵活的供电系统，更好的汽车底盘主动控制性能，最优的驱动力分配等技术优点。
由于采用了电动轮驱动的形式，没有了机械传动系，使车厢的空间更大，底盘布置更灵活，底盘通用性增强。同时，汽车的电源供电系统无论是采用燃料电池、超级电容或者蓄电池，或者是它们的组合，都不受限制，原来的机械硬连接动力传动形式也变为电缆进行供电的软连接形式。
轮毂电机的控制响应快、精度高，并且每个驱动轮由各自的控制器控制，可以实现最理想的控制效果。轮毂电机也有比如密封和起步电流/扭矩间的平衡关系，以及转向时驱动轮的差速问等题，但从电机驱动技术的特点和发展趋势来看，轮毂电机将是电动物流汽车最理想的驱动方式。
4 结束语
2015年，我国快递业务总量达到211亿件，同比增长54%，相比去年提高8%。随着整个快递业务量的爆发，物流车辆的增长数量也得到了快速增长。在能源制约、环境污染等大背景下，我国政府把发展电动物流汽车作为解决能源及环境问题、实现可持续发展的重大举措之一，各汽车生产企业也将电动物流汽车作为抢占未来汽车产业制高点的重要战略方向[5]。在政府与企业的共同努力下，我国电动物流汽车近几年展现出良好的发展势头。电机作为电动物流汽车上的关键零部件，其技术、产品品质等还要提升，行业标准还不完善，整个行业还处于起步阶段，关键技术方面还落后于发达国家。因此，加快新一代电机等技术研发，已成为我国“十三五”规划的重点突破方向。
参考文献：
[1] 李登辰. 轮边驱动电动汽车高速齿轮系统的设计与研究[D]. 青岛：青岛科技大学（硕士学位论文），2014.
[2] 刘重才. 电动物流车放量催生电机需求[N]. 上海证券报，2015-12-10（A06）.
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前言
直线驱动器主要定位于高精密加工伺服进给领域，因此它的高响应、高效率和高精度三项技术指标一直是国内外学者重点研究方向[1]。传统的直线驱动器一般均采用旋转伺服电机驱动滚珠丝杠螺母副来实现，或采用液压系统（气动系统）驱动液压缸（气缸）来实现。
本文提出了一种内置永磁同步电机的滚珠丝杠直线驱动器，通过自主优化的控制算法将永磁同步电机高功率密度、高效率的优良性能充分发挥，从而克服采用传统旋转伺服电机的直线驱动器结构复杂，外形尺寸大等缺点，并获得更高的驱动精度以及可控性。
1 内置永磁同步电机的滚珠丝杠直线驱动器的工作原理和基本结构
永磁同步电机相对于其他类型的旋转伺服电机具有功率密度高、效率高、调速平稳等特点，更适合用于高速高精密加工伺服进给领域。
内置永磁同步电机的滚珠丝杠直线驱动器主要由驱动器壳体、前后端盖、定子、转子、位置传感器、滚珠丝杠、滚珠螺母等组成。具体结构如图1所示。
驱动器采用自然冷却方式，前端盖1和后端盖8通过螺栓与驱动器壳体2连接，定子4固定于驱动器壳体2的内部；转子5安装在空心转子轴7上，转子5两侧安装有平衡环11，转子轴7通过过渡轴套12与前轴承安装轴3连接成一个整体，转子轴7、过渡轴套12和前轴承安装轴3组成的整体通过前轴承14和后轴承10与前后端盖连接。转子轴末端安装有位置传感器9，用来实时采集转子的位置，反馈给驱动控制器。调节螺母13用来调整前部轴承14的游隙。轴承安装轴3前端与滚珠螺母15连接，滚珠丝杠6位于空心转子轴7的内部。
转子结构如下图2所示，转子冲片19经过叠压后由铆钉16进行固定形成转子铁芯，转子铁芯外部沿圆周分布有磁钢17，定子铁芯两端装有有转子扣套18，用来固定磁钢17。
图1内置永磁同步电机的滚珠丝杠直线驱动器结构图 图2 转子结构图
直线驱动器工作时，转子带动转子轴、过渡轴套、前轴承安装轴、滚珠螺母等一起旋转，滚珠丝杠不旋转，从而可以得到滚珠丝杠的轴向直线运动，通过改变转子的旋转方向来改变丝杠的直线运动方向。
2内置永磁同步电机的滚珠丝杠直线驱动器的控制实现
空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)由于其直流电压利用率高，易于数字化实现等优点，己广泛应用于交流伺服系统的全数字控制系统中[2]。内置永磁同步电机的滚珠丝杠直线驱动器采用三相电压型功率逆变器作为功率驱动单元，其硬件结构如图3所示。
图3 内置永磁同步电机的滚珠丝杠直线驱动器硬件结构示意图
图中，C为系统主电容组，直接接于系统直流母线两端，需根据系统电压及负载考虑其匹配参数，用于稳定系统直流母线的电压波动，保证驱动器正常工作。
主控制板作为直线驱动器的核心，通过CAN与系统部件进行通讯，通过A/D端口采集电机温度、功率器件温度和电机输入电流等信号，通过I/O端口接收前进/后退，开启/关闭、温度设定等信号，经旋转变压器测量接收旋转变压器位置信号由旋变解码芯片U4对其进行解码后传递给电机运行控制芯片U3使用。U3测量驱动电机M1的电流值并根据U4返回的驱动电机位置值、系统提供的一系列信号输出SVPWM矢量控制波形至相应驱动板以控制电机M1的运行。
对于永磁同步电动调速控制策略则采用矢量变换控制。矢量控制技术不论在电机的低速运行区还是高速运行区，其抗扰特性、启制动特性、稳速特性均达到或者超过直流调速系统，尤其在高精度传动系统中其调速范围已达100000：1，因此，特别适合于交流伺服传动系统的控制[3-4]。
图4 内置永磁同步电机的滚珠丝杠直线驱动器矢量控制框图
如图4所示为内置永磁同步电机的滚珠丝杠直线驱动器矢量控制框图，其控制过程为：
1)控制器接收来自上位机或数控系统的位置参考信号χ_Ref，与检测元件检测到的实际位置χ相比较得到位置偏差。为了减小偏差，位置调节器按实现设定好的调节规律(如PID控制、滑模控制等)，给出速度环参考信号v_Ref。
2)将速度环参考信号v_Ref与电机实际运行速度v进行比较，得到速度偏差。以速度偏差为输入，速度调节器按一定的调节规律给出电流环的参考输入i_Ref；
3)根据d、q轴电流偏差，经电流调：竹器调节得到参考电压空间矢量的d、q坐标系分量；
4)经逆Park变换，将参考电压空间矢量的d、q坐标系分量转化为α、β坐标系分量；
5)经SVPWM变换，由参考电压空间矢量的α、β坐标系分量调制输出SVPWM波形，控制电压型逆变器调制三相初级绕组的电压，改变绕组电流。从而改变电动机的加速度、速度和位置。
进一步分析，采用矢量控制的直线驱动器构成了电流环、速度环和位置环的三环全数字反馈。电流环接受速度调节器的输出，控制电流矢量的幅值和相对于定子磁场的位置，从而控制电动机的推力大小和方向；速度环则克服驱动器运行时受到自身推力波动、非线性摩擦力、负载变化以及参数时变的影响，使电机快速而准确地跟踪位置环调节器的输出；位置环则用于消除内环调节偏差及其他未知因素的影响，使驱动器准确跟踪系统发出的位置指令，从而获得预期的加工轨迹。
3结论
本文提出的内置永磁同步电机的滚珠丝杠直线驱动器，克服了现有的采用旋转伺服电机驱动滚珠丝杠螺母副的直线驱动器结构复杂，外形尺寸大等缺点,并大大提高其驱动精度和可控性。通过对直线驱动器机械结构性能的优化设计，实现最佳惯量匹配,进而保证伺服驱动电机的工作性能和满足传动系统对控制指令的快速响应要求。通过对直线驱动器驱动控制算法的深入研究，实现由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，进而实现伺服进给系统运动的准确性以及灵活性。
参考文献
[1]G. Brandenburg, S. Bruckl, J. Dormann, et al. Comparative investigation of rotary and linear moor feed drive systems for high precision machine tools．In：International Workshop on Advanced Motion Control, AMC．Nagoya, Jpn: IEEE，Piscataway, NJ，USA，2000，384-389.
[2]F. Blaschke. Principle of field orientation as used in the new Transvektor control system for induction machines, (Das Prinzip der Feldorientierung. die Grundlage fuer die TRANSVEKTOR-Regelung yon Drehfeldmaschinen)，1971，45(10).
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优先原则：根据区块实际特点，在保证油井最佳产能的前提下，优化参数设计、精确调整运行参数。
适用原则：通过现场适应性、实用性试验，优选匹配最佳、节能效果最好的节能产品推广应用，避免盲目引进。
主次原则：以节能电机为主，以节能控制箱为辅的原则，同时兼顾旧机型抽油机和普通旧电机的节能技术改造，充分合理发挥节能设备优势，从而达到在较少资金取得较好的节能效果。
规模原则：节能拖动装置在一定范围内可降低电功消耗。
2.论证节能技术与试用验证
2.1节能技术论证
一般用节能抽油机、控制箱等节能设备较多。筛选永磁电机、空抽控制器、低压无功计量补偿装置等节能设备，并分段实施。
交流永磁电机 采用稀土永久磁铁代替励磁绕组激磁，没有转差损耗，定子电流减小，功率因数高，电机在负载变化和电网电压波动时，不存在速度波动，没有机械传动过程损耗。
直流无刷永磁电动机 是一种典型的机电一体化结构。电动机定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。转子上粘有已充磁的永磁体，为检测转子极性，在电动机内装有位置传感器（霍尔元件）。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等。
空抽控制器 是美国汉诺威专利技术，通过高分辨率传感器检测抽油机电机动力线电流、电压及相位角，计算出电机运转实时有功功率、无功功率，并根据抽油机上行、下行电流变化与抽油机加载、卸载过程的关系准确描述出抽油机加载及卸载过程的电流运行轨迹及加、卸载过程的时间变化，将采集到的数据存储在主控制器的存储区中，并对预置在芯片里的具有广域代表性的数学模型进行个性化修正，找出真实反映每台抽油机实际运行情况的电流、功率及负荷的变化规律，达到对抽油机智能化、科学化管理。通过科学控制间机抽井的启、停状态，防止油井空抽，达到节省能耗、降低磨损的目的。
抽油机变频控制器 是一种输出频率可调的电力拖动设备，从电机转速公式：N=60f/p×（1-S）得出，电机转速与频率成正比，电机在保持磁通量不变，在电压与频率之比为恒定值状态，功率与电压成正比，功率与频率也成正比，下调频率能降低电机输出功率，达到节能的目的。
双转子柔性电动机 由两台同轴不同功率的异步电动机组成，互为主辅电机，不同负荷下分别对应着主电机、辅电机、主辅电机同时运行三种状态。自动控制装置可根据抽油机负载情况，控制运行状态的转换，使其运行在最佳状态。
抽油机机井整体工艺参数优化 在保证产液量的情况下，抽油机井整体工艺参数优化技术采用损失功率最低或机械采油成本最低为原则的设计方法，合理优化抽油机井杆柱、管柱、泵型、电机、调整冲程、冲次等抽汲参数，使抽汲系统达到最优，能对对检泵作业井的参数设计和新投产井机、杆、泵选择及能耗进行预测和分析。
2.2试用验证
2006年开始，组织各采油厂对永磁交流电机、摩擦换向式抽油机、智能变速多功率超高转差电机、直流无刷永磁电机、空抽控制器等技术产品，选择不同的油田、油井进行试装；并对节电情况进行节能测试，作如下对比。
节能率测试结果对比
③.截止2009年底，在油田随检泵作业应用抽油机整体工艺参数优化技术600多口井次，实施优化后，泵径增大130口井，泵径减小52口井，冲次降低250多口井，冲次增大10口井，调大冲程16口井，应用小功率永磁电机178口井。
④.双转子柔性电动机：2007年现场试验4口井，平均有功功率降低0.91kW，无功功率降低13.7kVar，运行电流降低20.54A，平均单井日节电38.84kwh，节电率达20%。
⑤.加装抽油机空抽控制器、变频器；摩擦换向式抽油机等技术改造后，节能效果也比较明显效。
4.认识、体会与努力方向
机械采油是一个系统工程，应将采油工艺、油藏条件、地面设备、地面条件等有机结合起来，结合抽油机、油井效用年限，综合考虑，才能取得最佳的经济效益。
节能抽油机电机或节能控制装置是可以降低电能消耗，降耗低碳是进一步提高抽油井效率的主要手段之一，但要增加技术与管理环节，系统可靠性要降低，维护管理成本会相应地增加，只有加大应用规模，取得规模效应，才能实现好的经济和社会效益。
节能型抽油机是发展方向，能与油井负荷相匹配，并有完善的保护功能；有数据采集和存储功能；联网和通信功能以及遥控遥测功能；并能适应油田的野外环境要求，操作简单，智能化程度高。
自动化控制是攻关方向。应用微型计算处理机和自动适应电子控制器进行控制、监测，具有抽油（液）效率高、节电、功能多、安全可靠、自动化程度高、经济性好、适应性强等特点、功能。
参考文献：
[1]于海迎.抽油机节能技术及其发展趋势.石油和化工节能.2007. 2；
[2]徐甫荣，赵锡生. 抽油机节能电控装置综述. 电气传动自动化.2004.06；
[3]赵来军，倪振文，职黎光，刘刚，黎若鹏. 抽油机变频控制技术.采钻工艺；
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1 采用新型功率半导体器件和脉宽调制（PWM）技术
功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如BJT（双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化硅场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频化的PWM技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。典型的电力电子变频装置有电压型交-直-交变频器、电流型交-直-交变频器和交-交变频器三种。电流型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动（发电）状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。电压型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电容作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲。对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。电压型PWM变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位。但电压型变频器的缺点在于电动机处于制动（发电）状态时，回馈到直流侧的再生电能难以回馈给交流电网，要实现这部分能量的回馈，网侧不能采用不可控的二极管整流器或一般的可控整流器，必须采用可逆变流器，如采用两套可控整流器反并联、采用PWM 控制方式的自换相变流器（“斩控式整流器”或 “PWM整流器”）。网侧变流器采用PWM控制的变频器称为“双PWM控制变频器”，这种再生能量回馈式高性能变频器具有直流输出电压连续可调，输入电流（网侧电流）波形基本为正弦，功率因数保持为1并且能量可以双向流动的特点，代表一个新的技术发展动向，但成本问题限制了它的发展速度。通常的交-交变频器都有输入谐波电流大、输入功率因数低的缺点，只能用于低速（低频）大容量调速传动。为此，矩阵式交-交变频器应运而生。矩阵式交-交变频器功率密度大，而且没中间直流环节，省去了笨重而昂贵的储能元件，为实现输入功率因数为1、输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径。
随着电压型PWM变频器在高性能的交流传动系统中应用日趋广泛，PWM技术的研究越来越深入。PWM利用功率半导体器件的高频开通和关断，把直流电压变成按一定宽度规律变化的电压脉冲序列，以实现变频、变压并有效地控制和消除谐波。PWM技术可分为三大类：正弦PWM、优化PWM及随机PWM。正弦PWM包括以电压、电流和磁通的正弦为目标的各种PWM方案。正弦PWM一般随着功率器件开关频率的提高会得到很好的性能，因此在中小功率交流传动系统中被广泛采用。但对于大容量的电力变换装置来说，太高的开关频率会导致大的开关损耗，而且大功率器件如GTO的开关频率目前还不能做得很高，在这种情况下，优化PWM技术正好符合装置的需要。特定谐波消除法（Selected Harmonic Elimination PWM——SHE PWM）、效率最优PWM和转矩脉动最小PWM都属于优化PWM技术的范畴。普通PWM变频器的输出电流中往往含有较大的和功率器件开关频率相关的谐波成分，谐波电流引起的脉动转矩作用在电动机上，会使电动机定子产生振动而发出电磁噪声，其强度和频率范围取决于脉动转矩的大小和交变频率。如果电磁噪声处于人耳的敏感频率范围，将会使人的听觉受到损害。一些幅度较大的中频谐波电流还容易引起电动机的机械共振，导致系统的稳定性降低。为了解决以上问题，一种方法是提高功率器件的开关频率，但这种方法会使得开关损耗增加；另一种方法就是随机地改变功率器件的导通位置和开关频率，使变频器输出电压的谐波成分均匀地分布在较宽的频带范围内，从而抑制某些幅值较大的谐波成分，以达到抑制电磁噪声和机械共振的目的，这就是随机PWM 技术。 转贴于
2应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论
交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合、时变的被控对象，VVVF控制是从电动机稳态方程出发研究其控制特性，动态控制效果很不理想。20世纪70年代初提出用矢量变换的方法来研究交流电动机的动态控制过程，不但要控制各变量的幅值，同时还要控制其相位，以实现交流电动机磁通和转矩的解耦，促使了高性能交流传动系统逐步走向实用化。目前高动态性能的矢量控制变频器已经成功地应用在轧机主传动、电力机车牵引系统和数控机床中。此外，为了解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接转矩控制、电压定向控制等。尤其随着微处理器控制技术的发展，现代控制理论中的各种控制方法也得到应用，如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制可提高系统的动态性能，滑模（Sliding mode）变结构控制可增强系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波器可以获得无法实测的状态信息，自适应控制则能全面地提高系统的性能。另外，智能控制技术如模糊控制、神经元网络控制等也开始应用于交流调速传动系统中，以提高控制的精度和鲁棒性。
3广泛应用微电子技术
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1 引言
伺服驱动器（servo drives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。
伴随着电机由有刷电机、无刷电机以及永磁同步电机的发展历程，伺服驱动器相应经历了模拟电路、8位单片机模数混合电路及高性能DSP电机专用控制解决方案等发展阶段。伺服进给系统的调速范围宽、定位精度高、有足够的传动刚性和高的速度稳定性、快速响应无超调、低速大转矩，过载能力强、可靠性高等诸多特点对控制芯片提出了更高的要求。
2 DSP电路设计
伺服驱动器选用微芯公司高性能16位数字信号控制器dsPIC 30F4011作为无刷电机的主控芯片，它集DSP的高速运算处理能力与电机常用检测接口于一体，成为很多伺服方案的首选。DSP在伺服系统中主要承担对实时输入数据按照某种控制规律、算法实时地计算、处理并且存储，最后将实时结果输出。DSP的性能对整个伺服系统的控制性能起着至关重要的作用，因此选择一款合适的DSP芯片变得尤为重要，整个伺服驱动器硬件都是围绕DSP来设计的。
2.1 dsPIC30F4011芯片及功能
dsPIC30F4011是伺服驱动器的主控芯片。是Microchip公司为满足高性能，高精度伺服要求而推出的一款电机专用芯片，如图1所示，外设资源比较丰富。
dsPIC30F4011采用改进的哈佛架构，能提供最高30MIPS的工作速度[1]，指令宽度为24，16位的数据总线宽度，2KB数据RAM，48KB程序FLASH，除此之外：
（1）高灌/拉电流I/O引脚，25mA/25mA。
（2）5个16位定时器/计数器，需要时可组合成32位定时器。
（3）10位高速模数转换器（ADC）模块。
（4）6路PWM输出，边沿对齐或中心对齐，3个占空比发生器，输出可改写。
（5）可用于带霍尔传感器电机的输入捕捉模块。
（6）可用于进行速度和位置测量的正交编码器接口（QEI），A相、B相、索引脉冲三输入信号。
（7）通用异步收发器（UART）模块。
2.2 dsPIC30F4011开发环境及工具
dsPIC30F4011的开发环境由MPLAB IDE代码编辑器和ICD2程序下载和调试器构成，前者主要完成控制程序代码编辑、修改，经编译生成Hex文件后，通过ICD2下载到器件中，也可以使用ICD2进行调试。
3 伺服驱动器软件的研究
3.1 伺服系统控制程序总体框架
无刷直流电机位置伺服系统主要由无刷电机、功率驱动模块、电子换相单元、光电编码器、原点位置传感器、RS-485总线通讯单元[43]等组成。如图2。
3.2 伺服驱动器控制系统功能的实现
由于电流、速度、位置各环的比例，积分系数值是在电机启动前通过串口设置的，在电机运行过程中也随时可以更改，增强了系统的稳定性，减小了超调，缩短了响应时间[4]。从而实现了无刷电机高要求的控制系统。
4 结语
本课题来源在于研究dsPIC30F4011做为控制核心芯片解决了伺服驱动器的调速范围宽、定位精度高、有足够的传动刚性和高的速度稳定性、快速响应无超调、低速大转矩，过载能力强、可靠性高等诸多特点在设计与运用的问题。从而提高了生产率和加工质量，也满足了定位精度高，响应速度快的要求。
参考文献
[1]孙振源.基于dspic30F4011的BLDC模糊自适应PID控制研究[D].青岛：青岛大学硕士学位论文，2011：35.
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合成纤维纺丝机变频调速系统发展大致可分为3个阶段:
(1)大变频器调速由一台大功率变频器来驱动多台永磁同步电动机。电动机可逐台起动或分组启动。优点是系统简单、控制方便，可保证多电机同步运行。缺点是变频器容量必须选用很大;单台电动机短路故障有可能引起变频跳闸，造成整台纺丝机停车。
(2)多台小变频器驱动每台电动机均有一台小变频器驱动。对比大变频器驱动，优点有:a)、一台变频器驱动一台电机，可以实现软起动，变频器容量基本与电动机相同;b)、当某台电动机发生故障时，对应变频器停止工作，不会影响整台纺丝机的正常运转。缺点是:a)、总设定、总启动需另加调节环节;b)、几台变频器输出频率会有离散性，为达到转速同步，需加串行通信接口。
(3)共用直流电源多台小逆变器驱动采用共用直流电源多台小逆变器驱动。除了保持小变频器拖动的特点外，更重要的是可以实现再生发电制动，也可防止电网瞬时低电压(含瞬时失电)带来的停役故障。
3涤纶短纤维纺丝装置对电气控制系统的基本要求及对原有拖动系统的分析
(1)涤纶短纤维纺丝装置对电气控制系统的基本要求
纺丝机对电气传动的要求为“四高”和“一少”。
四高:即高同步性(一台纺丝机不同纺位的电机转速要求横向转速一致，纵向比例同步);高精确性(转速稳定，精确度高达0.1%～0.01%);高转速或甚高转速(在没有升速齿轮箱条件下，电机转速高达8000～9000r/min);高可靠性(至少保证一年安全连续运行8000小时)。
一少:即少维修或免维修，无须照看。在采用了高精度的变频调速器和永磁同步电动机组成的调速系统后，高同步、高精度、高转速和少维修可以实现，但高可靠性还做不到，影响了纺丝装置安稳长满优生产。以3万吨/年短丝生产线为例，其日产量为100吨短纤维，若外来电网瞬时低电压(或瞬时失电)，引起计量泵变频器停役电机停转，会造成聚酯熔体压力增大，迫使聚酯装置熔体增压泵停止，从而影响聚酯装置正常生产。
(2)原有电力拖动系统的优缺点
原1.5万吨/年短丝直接纺装置的变频器属于第一代变频器，即一台变频器驱动多台永磁同步电动机，此类变频器在技术上采用公用换流环节，具有辅助充电装置的换流电路。优点是:a)、即使直流电压很低时也能可靠换流。b)、在短时间内数倍额定电流(最大为3倍)时，也能可靠换流。c)、变频器由空载状态到负载状态时，能够迅速抑制起动电流的极限值。但变频装置在运行中尚存在以下不足之处:a)、短丝装置由于多台电动机共用一台变频器，无法实现软起动，所以选用时既要考虑到最高频率时直接起动，又要考虑到若干台电机高速运转时，某一纺位故障排除后又继续投入运行，因此变频器容量不得不选用偏大。b)、纺丝机故障停台率偏高。但因变频器不能承受电网瞬时低电压(含瞬时失电)，而由于雷电、电缆接地故障及开关倒闸操作，定会出现瞬时低压现象，造成变频器停役，致使整台纺丝机停产，酿成巨大损失。c)、无法实现再生发电制动。后纺采用直流拖动，电动机维护和保养很麻烦，牵伸比调节也很困难。
4前纺装置变频调速系统特点分析(由UPS供电、小逆变器永磁同步电动机开环同步拖动系统)
新生产线的前纺部分变频调速系统如图1。前纺装置变频调速系统主要是由UPS供电、小逆变器永磁同步电动机开环同步拖动系统组成，前纺装置的主要改进是电源系统采用UPS(西门子System4233，330kVA)供电。
正常情况下由市电进行供电，若电网瞬时失电或低电压，由电子开关控制自动切换到蓄电池供电，确保逆变器不受影响。为保证纺丝的精度，前纺没有采用1台逆变器带1台电动机的控制方式，而是由2台大逆变器分别向32台计量泵电机(永磁同步电动机)提供可变频交流电源。装置控制采用集散式数字工艺控制系统(DCS)和微处理机网络系统，在两台逆变器之间用PLC加串行通信接口组成开环控制，确保两变频器的输出频率相同，即保证了32台计量泵电动机转速的绝对同步。与原生产线相比，虽然一次性投入较大，但可确保在瞬时低电压(含瞬时失电)时，计量泵可正常工作，提高经济效益。在前纺调速系统中，32台计量泵电动机、7辊导丝辊电动机及喂入轮电动机的所有逆变器均接在共用直流母线上。
5后处理装置变频调速系统特点分析
后纺装置的变频调速系统如图2。后处理装置中牵伸、紧张热定型、叠丝、卷曲的拖动采用共用直流多逆变器变频调速系统，其逆变器接同一直流母线。电动机则采用大功率的异步电动机。共用直流母线由＃1、＃2整流装置供电。两套整流器的叠加既可扩大容量，又可减少纹波和谐波，稳定直流电压。与原生产线相比有如下优点:
(1)采用共用直流母线可以自适应调整不同牵伸比条件下被拖电动机的制动力矩。比如对某一设定好的牵伸比，头道、二道、三道牵伸机的转速分别为n1、n2、n3，由于丝的张力作用，在没有制动功能时，头道牵伸辊会被后面牵伸辊拖着跑，而现在采用共用直流母线的变频调速后，一旦n1的数值超过设定值，电动机便进入了再生发电制动状态。一方面被拖电机变成发电机，发出的电能经续流二极管整流变成直流回馈到直流母线，电动机不仅无须从电网吸收能量，还可将制动能量供给其他逆变器，既可稳定直流母线电压，又由于电动机容量较大(如第二牵伸机电动机为400KW)，电能节约也相当可观。另一方面，被拖电动机处于制动状态，只要设置相应的频率比，就能控制转速比，确保了牵伸比控制精度。
(2)涤纶短丝后处理牵伸紧张热定型联合机组是涤纶短纤维生产中的一道关键工序，主要承担着将原丝按一定牵伸倍率进行拉伸和定型。涤纶部原短丝装置的后纺拖动由一台功率较大的直流电动机拖动一根机械长边轴，再带动各道牵伸辊、紧张热定型辊等。直流电动机虽然在调速的范围、调速的精度及动态响应等方面性能较好，但直流拖动最致命的问题就是直流电动机的维护和保养很麻烦，并且对环境要求也较高。另外采用长边轴传动，若要改变生产品种，则牵伸比的调节较困难，并且精度也达不到要求，这样势必会影响产品质量、品种翻改以及高附加值产品的开发。新生产线采用交流变频调速，各道牵伸辊具有独立的变频传动，只需改变各变频器的频率就能方便调整工艺需要的牵伸倍率。从投产后的生产情况分析，生产的涤纶短纤维品种增加(其中1.33dtex有光缝纫线销量占全国销量的1/2以上)、质量提高、单耗下降，停车故障大幅减少，经济效益显著。
叠丝机、卷曲机也采用共用直流母线多逆变器调速方案，只是功率较小，不再讨论。切断机则为独立变频器，和一般变频调速原理相同，在此不再展开。
6结束语
(1)如上所述，共用直流母线变频调速技术是可靠的，虽然一次投入较高，但每年可以减少停车2~3次，按一条3万吨/年生产线计算，可减少PET放流8~12吨，同时还可避免因停车造成的纤维质量波动(一次停车将影响144~216吨纤维的质量稳定性)，如此计算不用几年就可收回改造费用。
(2)由于采用共用直流母线变频调速技术，使整体生产条件处于稳定状态，从而给改变产品规格、调整工艺参数带来极大便利。过度时间短，废丝少，工艺调整精确。
(3)从新生产线实际运行情况看，共用直流多逆变器调速系统在涤纶短纤维的生产中优势突出，代表了纺丝机拖动的发展方向。但在后纺部分仍不能完全排除电网失电对变频器的影响，如变频器一旦停役会使正在牵伸的一段涤纶丝(约100m)报废。改进方法可采用两个独立的交流电源供电，分别经整流器整流后送至共用直流母线(需用二极管隔离)，一旦失掉一路电源，仍有另一路交流电源支持，不会停车。另外，前纺卷绕纺丝装机容量196kW，UPS输出容量330kW，实际使用的容量较小，需要注意。
参考文献
篇8
数控车床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品、关键工序的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，日常忽视对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控车床的效益，我们一定要重视日常维护工作，创造出良好的维修条件。
1.1人员条件
数控车床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。
首先要有高度的责任心和良好的职业道德；知识面要广，要学习并基本掌握有关数控车床的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括基本数控知识；应经过良好的技术培训，数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控车床的技术培训，首先是参加相关的培训班和车床安装现场的实际培训，然后向有经验的操作、维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学；勇于实践，要积极投入数控车床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力；掌握科学的方法，要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法；学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。
1.2物质条件
准备好通用的和专用的数控车床电气备件；常备电器元件应做到采购渠道快速畅通；必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件；要有完整的数控车床技术图样和资料；数控车床使用、维修技术资料档案。
1.3关于预防性维护
预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作：
要分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平；建档针对每台车床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，要经常检查、总结、改进；建立日常维护保养计划，保养内容包括坐标轴传动系统的、磨损情况，主轴等，油、水、气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等，及各功能部件和元件的保养周期。
2.数控车床维护保养工作内容
数控车床具有集机、电、液为一体的自动化机床，经各部分的执行功能最后共同完成机械执行机构的移动、转动、夹紧、松开、变速和换刀等各种动作，可见做好数控车床的日常维护保养将直接影响机床性能。数控车床日常维护主要包括机床本体、主轴部件、滚珠丝杠螺母副、导轨副、电气控制系统、数控系统等维护。
2.1外观保养
每天做好机床清扫卫生，清扫铁屑，擦干净导轨部位的冷却液。下班时所有的加工面抹上机油，防止生锈；每天注意检查导轨、机床防护罩是否齐全有效；每天检查机床内外有无磕、碰、拉伤现象；定期清除各部件切屑、油垢，做到无死角，保持内外清洁，无锈蚀。
2.2主轴的维护
在数控车床中，主轴是最关键的部件，对机床的加工精度起着决定性作用。它的回转精度影响到工件的加工精度，功率大小和回转速度影响到加工效率。主轴部件机械结构的维护主要包括主轴支撑、传动、等。
定期检查主轴支撑轴承：轴承预紧力不够，或预紧螺钉松动，游隙过大，会使主轴产生轴向窜动，应及时调整；轴承拉毛或损坏应及时更换；定期检查主轴恒温油箱，及时清洗过滤器，更换油等，保证主轴有良好的；定期检查齿轮，若有严重损坏，或齿轮啮合间隙过大，应及时更换齿轮和调整啮合间隙；定期检查主轴驱动皮带，应及时调整皮带松紧程度或更换皮带。
2.3滚珠丝杠螺母副的维护
滚珠丝杠传动由于其有传动效率高、精度高、运动平稳、寿命长以及可预紧消隙等优点，因此在数控车床使用广泛。其日常维护保养包括以下几个方面：
定期检查滚珠丝杠螺母副的轴向间隙：一般情况下可以用控制系统自动补偿来消除间隙；当间隙过大，可以通过调整滚珠丝杠螺母副来保证，数控车床滚珠丝杠螺母副多数采用双螺母结构，可以通过双螺母预紧消除间隙；定期检查丝杠防护罩：以防止尘埃和磨粒黏结在丝杠表面，影响丝杠使用寿命和精度，发现丝杠防护罩破损应及时维修和更换；定期检查滚珠丝杠螺母副的：滚珠丝杠螺母副剂可以分为脂和油两种。脂每半年更换一次，清洗丝杠上的旧脂，涂上新的脂；用油的滚轴丝杠螺母副，可在每次机床工作前加油一次。
2.4导轨副的维护
导轨副是数控车床的重要的执行部件，常见的有滑动导轨和滚动导轨。导轨副的维护一般是不定期，主要内容包括：
检查各轴导轨上镶条、压紧滚轮，保证导轨面之间有合理间隙。根据机床说明书调整松紧状态，间隙调整方法有压板间隙调整间隙、镶条调整间隙和压板镶条调整间隙等；注意导轨副的：导轨面上进行后，可以降低摩擦，减少磨损，并且可以防止导轨生锈。根据导轨状况及时调整导轨油量，保证油压力，保证导轨良好；经常检查导轨防护罩：以防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨面上引起的磨损、擦伤和锈蚀。发现防护罩破损应及时维修和更换。
2.5电气控制系统的日常维护
数控车床电气控制系统是机床的关键部分，主要包括伺服与检测装置、PLC、电源和电气部件等，其日常维护包括以下几个方面：
（1）定期检查电气部件，检查各插头、插座、电缆、各继电器触点是否出现接触不良，短路故障；检查各印制电路板是否干净；检查主电源变压器、各电机绝缘电路是否在1MΩ以上。平时尽量少开电气柜门，保持电气柜内清洁。
（2）伺服电动机的维护。
应用于进给驱动的伺服电动机多采用交流永磁同步电动机，其特点是磁极是转子，定子的电枢绕组与三相交流电枢绕组一样，但它有三相逆变器供电，通过转子位置检测其产生的信号去控制定子绕组的开关器件，使其有序轮流导通，实现换流作用，从而使转子连续不断地旋转。转子位置检测器与转子同轴安装，用于转子的位置检测，检测装置一般为霍尔开关或具有相位检测的光电脉冲编码器。
【参考文献】
篇9
目前的单片机广泛的应用在很多的场合，在以下的民用电子产品、计算机系统、智能仪表、工业控制、网络与通信的智能接口、军工领域、办公自动化等领域有广泛的应用。本次的电机控制系统设计使用单片机控制电路实现对电机的控制。
本文采用AT89C51单片机作为硬件核心实现对电机进行控制，通过采集电路采集电机的速度信息，并与设定的速度进行比较，产生偏差信号，偏差信号通过PID调节器调节电机转速，保证电机的恒转速运行。
AT89C51单片机温度测控仪采用Atmel公司的AT89C51单片机，采用双列直插封装（DIP），有40个引脚。该单片机采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术制造，与美国Intel公司生产的MCS—51系列单片机的指令和引脚设置兼容。其主要特征如下：8位CPU；内置4K字节可重复编程Flash，可重复擦写1000次；完全静态操作：0Hz～24Hz，可输出时钟信号；三级加密程序存储器；128B×8的片内数据存储器（RAM）；32根可编程I/O线；2个16位定时/计数器；中断系统有6个中断源，可编为两个优先级；一个全双工可编程串行通道；可编程串行UART通道；具有两种节能模式：闲置模式和掉电模式。
1电机控制系统的硬件设计
对于电机的整流电路在实际的应用过程中已经非常成熟，因此可以参考相关的电机设计资料，在本论文中就不做相应的赘述。
1.1功率驱动模块
功率驱动模块是电机控制系统的一个重要组成部分，在本文的电机控制系统中，采用的是IR公司的IRAMS10UP60A，这款集成电路具有硬件电路简单，并且稳定性和安全性、可靠性高等特点。在这款电路中具有自举电路和过温过流保护，这样能够保证闭环速度控制系统的功能。
1.2检测电路
在本篇论文中采用的是无刷直流电机自带的霍尔元件式的位置传感器，霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔元件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达-55℃～150℃。
通过遮光盘的齿部的遮挡与不遮挡，使霍尔元件产生高、低电平信号，从而提供了电动机的转子位置信息。当电机转轴逆时针转动时，遮光盘的齿部进入霍尔传感器定子内，此时由于永磁块的磁力线被齿部所短路，磁力线不穿越霍尔元件，霍尔元件输出为“1”（高电平）；当齿部离开时，磁力线穿越霍尔元件，霍尔元件输出为“0”（低电平），这样，根据这三个霍尔元件的输出状态，就可以准确地确定转子的磁极位置。
1.3电流采样设计
2电机控制系统软件设计
3结论
随着性能高的微处理器的出现，采用高性能的处理器可以简化系统的设计，同时还能够提高系统的安全性、可靠性。根据这种方法设计的电机控制系统与传统的电机控制系统相比较在成本上具有很大的优势。本文利用ATMEL公司的AT89C51的单片机，设计出了相应的硬件和软件系统，在系统的软件设计中，采用了模块化的设计思想，并给出了相应的设计流程，这种芯片式的电机控制系统设计，简化了设计的时间，降低了开发成本，能够很好的实现系统的功能。
参考文献：
篇10
在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛。随着汽车工业与电子工业的不断发展，今天的汽车已经逐步进入了电脑控制的时代。车身电器与电子设备是汽车的重要组成部分，其性能的好坏将直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排气净化及舒适性。计算机技术与电子技术广泛地应用于汽车，几乎已经深入到汽车所有的系统，大大推动了汽车工业的发展。
目前，国际汽车巨头纷纷将更多的电子信息技术设备装备到其整车中，在国外，中高档轿车采用的电子信息设备已经达到30%～50%，在一些高档车上，这个比率还要高。在电子信息技术设备供应商方面，也纷纷将下一个经济增长点定位在汽车电子产业上。摩托罗拉、英特尔、微软、德州仪器、飞利浦、西门子等这些过去为其他行业和产品提供技术支持的厂商，早已经做好了准备，有些产品已经为汽车提供了新的“动力”。
二、电子技术的应用
(一).电子技术在发动机上的应用
发动机电控技术可分为电控汽油喷射、电子点火、怠速控制、废气再循环控制、增压控制、故障自诊断、安全保险、备用控制以及其他控制技术。
1.电子控制喷油装置
在现代汽车上，机械式或机电混合式燃油喷射系统已趋于淘汰，电控燃油喷射装置因其性能优越而得到了日益普及。。电子控制燃油喷射系统是以空燃比作为主要的控制目标。通过电子控制器对各种不同传感器送来的数据进行判断和计算来控制喷油器以一定的油压，正确、迅速地把汽油直接喷入发动机汽缸。电子控制器主要是根据进气量的多少来控制喷油量的。电子控制燃油喷射系统按喷油器的喷射位置不同可以分为单点喷射系统(SPI)和多点喷射系统(MPI)两种。多点喷射系统是每个汽缸安装一个喷油器，而单点喷射系统是整个系统中只有一个或两个喷油器，安装在节气门的上方。与传统的化油器相比，电子控制燃油喷射装置的最大特点是，在获得最大功率的同时，最大限度地节油和净化排气，因此是节约能源，降低排污的有效措施。
2.电子点火装置
微机控制的电子点火系统主要由与点火有关的各种传感器、电子控制器(ECU)、点火电子组件、点火线圈、配电器、火花塞等组成。
其中传感器用来不断地收集与点火有关的发动机工作状况信息，并将收集到的数据输入电子控制器，作为运算和控制点火时刻的依据。电子点火系统中所用的传感器主要有曲轴转角传感器、曲轴转速传感器、曲轴基准位置传感器、进气管负压传感器、爆震传感器、空气流量及进气温度传感器等。其中前两种传感器是用来检测发动机转速信号的，而发动机转速信号是微机用来确定点火提前角的最主要依据。由其他传感器检测得到的数据主要用于对点火提前角和点火时刻进行修正。
图1-1某车型电子点火系统
电子控制器也叫微机控制器，它是电子点火系统的中枢，用来接收传感器收集到的信号，并且在按照一定的程序进行判断、计算后，给电子点火组件输出最佳点火时刻和初级电路导通时间的控制信号。微机控制的电子点火系统则可使发动机在任何工况下都处于最佳的点火时刻，从而更进一步改善发动机的动力性和经济性，降低排气污染。
3.怠速控制装置
怠速控制系统是电控发动机的一个子系统，主要由传感器，ECU及执行机构组成。怠速控制均采用发动机转速反馈法的闭环控制方式，即发动机转速传感器将发动机的实际转速和目标转速进行比较，根据比较的差值确定使发动机达到目标值的控制量，并通过执行机构对发动机怠速转速进行校正。
图1-2某车型怠速控制装置
车速传感器信号和节气门位置传感器信号用于判断发动机是否处于怠速工况，ECU便确认发动机处于怠速工况，并启动怠速控制系统实施怠速控制。冷却液温度传感器信号，空调压缩机接通信号，自动变速器档位信号，蓄电池电压等信号用来确定发动机怠速时的目标转速.不同怠速条件下的目标转速值已预先存储在ECU的存储器中.发动机转速信号作为怠速控制系统反馈信号，用来计算控制量的大小。ECU一般不单独设置，是由燃油喷射系统，点火系统等共用一个，这使系统简单化，提高控制精度。执行机构的作用是调节发动机进气量，实现怠速控制.
4.废气再循环控制装置
汽车发动机作为一个大气污染源，应该采取各种有效措施予以治理和改造。关于汽车发动机排气的控制和净化问题，各国都进行了大量研究工作，研制了不少的技术措施。这些方法大致可分为发动机本身的改进和增加排放净化装置。而由于发动机本身的改进，较难满足日益严格的排放法规和降低成本的要求，因此现代汽车采取了多种排放控制措施来减少汽车的排气污染，如三元催化转换、废气在循环(EGR)、活性碳罐蒸发控制系统等。废气在循环简称为EGR(ExhaustGasRecirculation)系统，是目前用于降低NOx排放的一种有效措施。
图1-3某车型废气再循环控制装置
它是将一部分排气引入近期关于新混合气混合后进入汽缸燃烧，从而实现在循环，并对送入进气系统的排气进行最佳控制。普通电子式废气在循环(EGR)控制系统由废气再循环电磁阀、节气们位置传感器、废气再循环控制阀、曲轴位置传感器、发动机ECU、冷却液温度传感器、启动信号等组成。
5.增压控制装置
发动机中增压系统的安装日渐增多，其目的是为了提高进气效率。电控增压系统的研制开发是增压技术又跨上一个台阶。目前，应用较普遍的是电控废气涡轮增压系统，其由切换阀、动作器、空气冷却器、空气滤清器、ECU、释压电磁阀组成。通常增压器是为了与发动机的低速小负荷工况相匹配的而设计的，当发动机大负荷运行时容易导致增压器超速运行而损坏，为此电控废气涡轮增压系统专门在排气管中废气涡轮使出增加了一旁通气道，由ECU对切换阀的开度大小进行调整。
6.故障自诊断系统
现代轿车发动机的电控系统中，ECU一般都带有故障自诊断系统，自行检测、诊断发动机控制系统各部分的故障。对于传感器，可通过检测器信号是否超出规定范围来直接进行判断；对于执行器，则在起初是电路中增设专门回路来实现监测，对于ECU本身，也有专用程序进行诊断。故障自诊断系统一般由电子控制器(ECU)中的识别故障及故障运行控制软件、故障监测电路和故障运行后被电路等组成。
7.安全保险装置
如果ECM的输入信号不正常，他将按照内存中存储的固定喷油持续时间和固定点火提前角控制发动机，使发动机能够继续维持工作。ECM本身出故障时，装有备用控制系统的发动机能继续对喷油和点火进行控制，使车辆继续行驶。
8.发动机传感器
发动机传感器是指在发动机上使用的传感器。由于电子技术特别是微型计算机的发展，促进了传感器在发动机上的应用，从而也使发动机的整机性能有了极大的提高。发动机电子控制用传感器主要有空气流量传感器、曲轴位置/凸轮轴位置传感器、发动机转速传感器、爆震传感器进气温度传感器、冷却液温度传感器、氧传感器等。发动机电子控制技术的发展与传感器技术的发展是密不可分的。目前发动机传感器的种类越来越多，可靠性和净度不断提高，并向集成化、数字化和智能化方向发展。
二.电子技术在底盘上的应用
1.电控自动变速器
电控自动变速器可以根据发动机的载荷、转速、车速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数，经过计算机的计算、判断后自动改变变速杆的位置，从而实现变速器换档的最佳控，即可得到最佳挡位和最佳换挡时间。
图1-4奥迪A4自动变速器
它的优点是加速性能好、灵敏度高、能准确反映行驶负荷和道路条件等。传动系统的电子控制装置，能自动适应瞬时工况变化，保持发动机以尽可能低的转速工作。电子气动换挡装置是利用电子装置取代机械换挡杆及其与变速机构间的连接，并通过电磁阀及气动伺服阀汽缸来执行。它不仅能明显地简化汽车操纵，而且能实现最佳的行驶动力性和安全性汽车维修毕业论文格式汽车维修毕业论文格式。
2.防抱死制动系统(ABS)
该系统是一种开发时间最早、推广应用最为迅速的重要安全性部件。它通过控制防止汽车制动时车轮的抱死来保证车轮与地面达到最佳滑移(15%~20%)，从而使汽车在各种路面上制动时，车轮与地面都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系统，以保证车辆制动时不发生抱死拖滑、失去转向能力等不安全状况，提高汽车的操纵稳定性和安全性，减小制动距离。驱动防滑系统(ARS)也叫牵引力控制系统(TCS或TRC)是ABS的完善和补充，它可以防止启动和加速时的驱动轮打滑，既有助于提高汽车加速时的牵引性能，又能改善其操纵稳定性。
现代ABS尽管采用的控制方式、方法以及结构形式各不相同，但除原有的传统的常规制动装置外，一般ABS都是由传感器、电子控制器和执行器三大部分组成。其中传感器主要是车轮转速传感器，执行器主要指制动压力调节器。
1、车轮转速传感器
车轮转速传感器是ABS中最主要的一个传感器。车轮转速传感器常简称为轮速传感器，其作用是对车轮的运动状态进行检测，获得车轮转速(速度)信号。
2.电子控制器
ABS的电子控制器(ElectronicControlUnit)，常用ECU表示，简称ABS电脑。它的主要作用是接收轮速传感器等输入信号，计算出轮速、参考车速、车轮减速度功、滑移率等，并进行判断、输出控制指令，控制制动压力调节器等进行工作。另外，ABS电脑还有监测等功能，如有故障时会使ABS停止工作并将ABS警示灯点亮。
3.制动压力调节器
制动压力调节器是ABS中的主要执行器。其作用是接受ABS电脑的指令，驱动调节器中的电磁阀动作(或电机转动等)，调节制动系的压力，使之增大、保持或减小，实现制动系压力的控制功能。
由于ABS是在原来传统制动系统基础上增加一套控制装置形成的，因此ABS也是建立在传统的常规制动过程的基础上进行工作的。在制动过程中，车轮还没有趋于拖死时，其制动过程与常规制动过程完全相同；只有车轮趋于抱死时，ABS才会对趋于抱死的车轮的制动压力进行调节。
通常，ABS只有在汽车速度达到一定程度(如5km/h或8km/h)时，才会对制动过程中趋于抱死的车轮的制动压力进行调节。当汽车速度降到一定程度时，因为车速很低，车轮制动抱死对汽车制动性能的不利影响很小，为了使汽车尽快制动停车，ABS就会自动终止防抱死制动压力调节，其车轮仍可能被制动抱死。
在制动过程中，如果常规制动系统发生故障，ABS会随之失去控制作用。若只是ABS发生故障、常规制动系统正常时，汽车制动过程仍像常规制动过程一样照常进行，只是失去防抱死控制作用。现代ABS一般都能对系统的工作情况进行监测，具有失效保护和自诊断功能，一旦发现影响ABS正常工作的故障时，将自动关掉ABS，恢复常规制动，并将ABS警示灯点亮，向驾驶员发出警示信号，提醒驾驶员及时进行修理。
图1-5ABS系统图
ABS系统制动过程中，ABS电控单元(ECU)3不断地从传感器1和5获取车轮速度信号，并加以处理，分析是否有车轮即将抱死拖滑。如果没有车轮即将抱死拖滑，制动压力调节装置2不参与工作，制动主缸7和各制动轮缸9相通，制动轮缸中的压力继续增大，此即ABS制动过程中的增压状态。如果电控单元判断出某个车轮(假设为左前轮)即将抱死拖滑，它即向制动压力调节装置发出命令，关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道，使左前制动轮缸的压力不再增大，此即ABS制动过程中的保压状态。若电控单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑状态，它即向制动压力调节装置发出命令，打开左前制动轮缸与储液室或储能器(图中未画出)的通道，使左前制动轮缸中的油压降低，此即ABS制动过程中的减压状态。ABS系统就是如此循环进行制动的.
3.电子转向助力系统
电子转向助力系统是用一部直流电机代替传统的液压助力缸，用蓄电池和电动机提供动力。这种微机控制的转向助力系统和传统的液压助力系比起来具有部件少、体积小、质量轻的特点，最优化的转向作用力、转向回正特性，提高了汽车的转向能力和转向响应特性，增加了汽车低速时的机动性以及调整行驶时的稳定性。
4.自适应悬挂系统
自适应悬挂系统能根据悬挂装置的瞬时负荷，自动适时调节悬架弹簧的刚度和减震器的阻尼特性，以适应当时的负荷，保持悬挂的既定高度。这样就能够极大地改进车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐的舒适性。
图1-6奥迪A4自适应悬挂系统
在自适应悬挂控制系统配置中，悬架置于车轮和车体之间。此系统不采用气动膜盒，而代之以盘簧和液压缸。液压系统由电子装置控制，该装置对传感器在汽车运转过程中产生的各种信号进行分析。主动悬挂控制系统配有一个能自动测量高度及根据速度调整的装置，当汽车以高速行驶时能缓慢地减低其速度汽车维修毕业论文格式文章汽车维修毕业论文格式出自http：//gkstk.com/article/wk-78500001092730.html，转载请保留此链接！。汽车的水平高度也可通过按钮分两次手动调节。
5.定速巡航自动控制系统
在高速长途行驶时，可采用定速巡航自动控制系统，恒速行驶装置将根据行车阻力自动调整节气门开度，驾驶员不必经常踏油门已调整车速。若遇爬坡，车速有下降趋势，微机控制系统则自动加大节气门开度；在下坡时，又自动关小节气门开度，以调节发动机功率达到一定的转速。当驾驶员换低速档或制动时，这种控制系统则会自动断开。
6.驱动防滑/牵引力控制系统(ASR/TCS)
目前安装ABS的轿车已经相当普遍，但随着对汽车安全性能的要求越来越高，出现了驱动防滑系统(ASR，AccelerationSlipRegulation)，驱动防滑系统又称牵引力控制系统(TCS，TractionControlSystem)，它的作用是当汽车加速时将滑动率控制在一定的范围内，从而防止驱动轮快速滑动。
汽车“打滑”可分为两种情况：一是汽车制动时车轮的滑移，前面已经分析过；二是汽车驱动时车轮的滑转。所谓汽车驱动时车轮的滑转，就当是汽车起步时，尽管驱动轮不停转动，汽车却原地不动的现象。驱动轮滑转有可能引起汽车的侧滑，且损失了发动机的转矩。为了防止驱动轮的滑转，人们在职动防抱死的基础上研制了驱动防滑系统。他的功能为：一是提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。
7.减震适应系统
减震适应系统是一种全自控系统，可随每个车轮的减震动进行自动调整，以达到各种行驶状态下调顺车身的运动。路面状况、汽车本身，以及驾驶方式等都在监控之下，以随时独立调节各个车轮的减震器设置值，保证最高的舒适性。驾驶人可通过按钮手动选择以舒适为主或以跑车操纵性为主。另一种作为选项的减震适应系统带有电子自动测量高度的悬挂功能，可在高速状态下把汽车自动调低15毫米。控制开关则允许驾驶人以手动方式分两级调低车身水平。减震适应系统的使用，保证开车过程中获得最大的稳定性和安全性，提供最高驾驶舒适性并改善驾驶动感，最大程度减少翻车和侧倾危险，作为选项的自动找平系统可在恶劣路面开车时减少对车身下部的损伤危险，提高稳定性，减少燃耗。
三.车身电子控制技术
1.电动座椅
现代轿车的驾驶者和前部乘员座椅多是电动可调的，所以又称电动座椅。座椅是与人接触最密切的部件，人们对轿车平顺性的评价多是通过座椅的感受作出的。因此电动座椅也是直接影响轿车质量的关键部件之一。
轿车电动座椅以驾驶者的座椅为主。从服务对象出发电动座椅必须要满足便利性和舒适性两大要求，也就是说驾驶者通过键钮操纵，既可以将座椅调整到最佳的位置上，使得驾驶者获得最好的视野，得到易于操纵方向盘、踏板、变速杆等操纵件的便利，还可以获得最舒适和最习惯的乘坐角度。
图1-8奥迪A4电动座椅
现代轿车的电动座椅是由坐垫、坐背、坐枕、骨架、悬挂和调节机构等组成。其中调节机构由控制器、可逆性直流电动机和传动部件组成，是电动座椅中最复杂和最关键的部分。自动座椅电子控制系统由座椅位置传感器、电子控制器ECU和执行机构的驱动电机三大部分组成。位置传感器部分包括座椅位置传感器、后视镜位置传感器、安全带扣环传感器以及方向盘倾斜传感器等；ECU包括输入接口、微机CPU和输出处理电路等；执行机构主要包括执行座椅调整、后视镜调整、安全带扣环以及方向盘倾斜调整等微电机，而且这些电机均可灵活进行正、反转，以执行各种装置的调整功能。另外，该系统还备有手动开关，当手动操作此开关时，各驱动电机电路也可接通，输出转矩而进行各种调整动作。
2.安全气囊
安全气囊系统称为SRS，相对于安全带，安全气囊只是一个辅助保护设备。
图1-9奥迪A4安全气囊系统
安全气囊是用带橡胶衬里的特种织物尼龙制成，工作时用无害的氦气填充。此系统由一个传感器激活，该传感器用于监视碰撞中汽车速度减小的程度。在碰撞发生的早期，安全气囊开始充气，安全充气大约需要0.03秒。安全气囊可以非常快的速度充气十分重要，这能确保当乘客的身体被安全带束缚不动而头部仍然向前行进时，安全气囊能及时到位。在头部碰到安全气囊时，安全气囊通过气囊表面的气孔开始排气。气体的排出有一定的速率，确保让人的身体部位缓慢地减速。由于安全气囊弹开充气的速度可高达320公里/小时，碰撞时如果人的乘坐姿势不正确，将给人带来严重的伤害。
3.电动门窗
电动门窗是指以电为动力是门窗玻璃自动升降的门窗。它是由驾驶员或乘员操纵开关接通门窗升降电动机的电路，电动机产生动力通过一系列的机械传动，使门窗玻璃按要求进行升降。其优点是操作简便，有利于行车安全。
电动门窗主要有升降控制开关、电动机(双向转动永磁电动机)、升降器、继电器等组成，其中电动机一般采用双向转动永磁电动机，通过控制电流方向，使其正反向转动，达到车窗升降功能。
图2-1奥迪A4电动门窗
4.辅助关门系统
辅助关门系统由气动装置、车门传感器组成。装在每个车门锁的传感器会监察车门开合运动的方向。当某个车门手动关闭到车门锁的第一卡合位或稍微超出时，气动辅助关闭装置即被触发，自动将车门拉合到锁定位。减少车门关闭所需的力量，减少车门关闭时产生的噪音，保证车门始终关紧(即使此车门只被关合到门锁的第一卡合位)。
5.自动恒温控制系统/空调
自动恒温控制系统/空调由压缩机、冷凝器、辅助电风扇或入口风扇蒸发器、温度传感器、不含氯氟烃的冷却剂、储蓄罐、温度控制装置、空气内循环开关、循环泵、余热开关等组成。在发动机运转及空调系统工作时，冷却空气由鼓风机以选定的速度和温度送入。与加热系统一样，左侧和右侧的温度可分别调节。如果空调和加热系统同时打开，由于输入的空气已经过除湿并冷却，车窗上不会产生水雾。在这种再加热模式下，空气首先经过冷却(因此成为干燥空气)，然后再加热。在发动机关闭后，发动机余热利用系统(REST)启动，把热发动机的冷却剂抽入热交换器，从而自动控制空气流动和分配。余热利用系统在约30分钟后自动关闭，或者在蓄电池充电量过低时关闭。空调系统降低车内温度并减少湿度，从而提供舒适的车内环境，又能防止车窗水雾，提高驾驶安全。如果拨到空气循环工作模式，系统可防止有味气体进入车内汽车维修毕业论文格式论文。动机余热利用系统允许加热过程中不含发动机噪音和废排气，因此不消耗燃料并可在发动机关闭后继续工作。
图2-2奥迪A4空调系统
6.电子防盗系统
电子防盗系统是为了防止汽车本身火车上的物品被盗所设的系统，它有电子控制的遥控器或钥匙、电子控制电路、报警装置和执行机构等组成。
图2-3奥迪A4防盗装置
汽车防盗装置按其发展过程可分为机械锁防盗装置、机电式防盗装置和电子防盗装置三个阶段。电子式防盗报警器是目前使用较为广泛。它主要靠锁定点火或启动来达到防盗的目的，同时具有防盗和声音报警功能。电子防盗报警器共有四种功能：一是服务功能，包括遥控车门、遥控启动、阻和等；二是警惕提示功能，能触发报警记录(提示车辆从被人打开过车门)；三是报警提示功能，即当有人动车时发出警报；四是防盗功能，即当防盗器处于警戒状态时，切断汽车上的启动电路。
7.汽车卫星导航系统
汽车电子导航系统是在全球定位系统(GPS)的基础上发展起来的新型汽车驾驶辅助设备，是为了解决道路交通的堵塞和拥挤问题而产生的，是一种能接收定位卫星信号，经过微处理器计算出汽车所在精确经度和纬度以及汽车速度和方向，并在显示器上显示出来的一种装置。
图2-4奥迪A4导航系统
驾驶者只要将目的地输入汽车导航系统，系统就会根据电子地图自动计算出最合适的路线，并在车辆行驶过程中提醒驾驶员按照计算的路线行驶。在整个行驶过程中，驾驶者根本不用考虑该走哪条线路就能快捷的到达目的地。
当前的汽车导航系统包括两部分：全球定位系统和车辆自动导航系统。汽车导航设备一般是由GPS天线、集成了显示屏幕和功能按键的主机以及语音输出设备(一般利用汽车音响系统输出语音提示信息)构成的。受车内安装位置的限制，一般汽车导航设备和汽车视像音响合成在一起，因此，一些汽车导航系统又称为DVD导航系统。
四.电子技术在汽车工业上的的发展趋势
在今后的十几年内，推动汽车电子产品发展的动力仍将是汽车安全、节能、环保等的需要。汽车电子系统的发展将主要集中在汽车用局域网系统LANS和处理器CPUS、发动机控制、机-电接口、ABS和行驶控制、电子控制传动系统、抬头显示系统HUDS、声音识别技术、行车导驶系统及多媒体技术和撞击传感技术等方面。
车载局域网将逐步替代单独控制器；车载计算机的处理能力将有显著提高。多媒体显示系统将为驾驶者提供更多的有关信息，包括图像信息。声音识别技术可望在5年内有重大突破，并应用于汽车领域。比CD-ROM存储量大6-7倍的DVD-ROM，将大量用于汽车的导驶系统和多媒体系统。汽车电子系统的成本将进一步大幅下降。
利用总线技术将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等联接起来，从而构成汽车内部局域网，实现各系统间的信息资源共享。根据侧重功能的不同，SAE将总线划分为A、B、C三大类：A类是面向传感器和执行器的一种低速网络，主要用于后视镜调整、灯光照明控制、电动车窗等控制等，目前A类的主流是LIN；B类是应用于独立模块间的数据共享中速网络，主要用于汽车舒适性、故障诊断、仪表显示及四门中央控制等，其目前主流是低速CAN(又称动力CAN)；C类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网络，主要用于发动机、ABS和自动变速器、安全气囊等的控制，目前C类主流是高速CAN(又称动力CAN)，但是随着下一代高速、具有容错能力的时间触发方式的“XbyWire”线控技术的发展，将逐渐代替高速CAN在C类网中的位置，力求在未来5—10年之内使传统的汽车机械系统变成通过高速容错通讯总线与高性能CPU相连的百分之百的电控系统，完全不需要后备机械系统的支持，其主要代表有TTP/C和FlexRay.
随着第3代移动通讯技术和计算机网络技术的不断发展，未来汽车正朝着移动力、公室、家庭影院方向发展，为司机和乘客提供进行中的实时通讯和娱乐信息，并把汽车和道路及其它远程服务系统结合起来，构建未来的智能交通系统(1TS)。具体功能：①提供丰富的多媒体设施环境，利用GPS、GSM网络实现导航、行车指南、无线因特网以及汽车与家庭等外部环境的互动
②具备远程汽车诊断功能，紧急时能够引导救援服务机构赶到故障或事故地点。
结束语：
汽车电子化已成为当前的热点，电子信息技术和汽车制造技术逐步走向融合，电子技术不断把音响视频、网际网络、信息引入汽车内。随着未来汽车市场的快速发展和汽车电子价值含量的迅速提高，我国汽车电子产业将形成巨大经济规模效应，成为支持汽车工业发展的一门相对独立新兴支柱产业。
可以预料，随着我国汽车技术的进步，汽车电子新技术必将会得到越来越广泛的应用，国产汽车积极采用电子装置指日可待。虽然要赶上国际汽车的最高水平还有一段路要走，但将来在世界汽车技术尤其是汽车电子技术应用这一领域，我国必定占有一席之地。
参考文献：
[1]台晓虹，申荣卫.汽车ABS技术发展与展望.汽车与配件，2006.18
[2]李炎亮，高秀华，成凯等.汽车电子技术.北京：化学工业出版社，2005.6
[3]汪立亮.现代电子控制系统原理与维修.北京：电子工业出版社，1998.9
[4]德国BOSCH公司著；魏春源等译.汽车电器与电子.北京理工大学出版社，2004.7
篇11
在伺服传动系统中，无刷直流电动机(BLDCM)是一种新型的无级变速电动机，其结构简单可靠、维护方便、运行效率高及惯量小和控制精度高等优点，广泛应用于伺服控制精密数控机床、加工中心、机器人等领域[1]。随着BLDCM应用领域的推广，对系统的动静态性能、鲁棒性、控制精度等要求越来越高。
本文以三相四极无刷直流电动机为研究对象，结合PID控制和模糊控制各自的优势，设计了一套基于TI 公司的C2000系列TMS320F2812 DSP为核心的全数字永磁无刷直流电动机的闭环调速系统，以期满足BLDCM伺服控制系统的高精度、快速性、稳定性和鲁棒性的要求。
1总体方案设计
系统设计采用三相四极无刷直流电动机PWM控制方案，逆变桥的通电方式采用两两导通方式。该系统主要由三相四极无刷直流电动机、控制器、电子开关电路和位置检测器四部分组成[2]。其结构框图如图1所示。
功率驱动方式采用三相Y型全桥驱动电路，如图2所示。本系统实现的关键就是通过位置环、速度环和电流环三闭环结构最终实现位置的伺服控制。从闭环结构上看，位置环在最外面，是本系统的主环，电流调节环和速度调节环在里面，两者都是为位置环而服务，电流调节器和速度调节器采用PI调节器，位置调节器采用PID调节器，以TMS320F2812微控制器为控制核心，以功率MOSFET管构成逆变器。通过改变逆变器开关器件的PWM占空比来改变电机电枢端电压，以实现电机转速的调节[2-4]。
2硬件设计
图3给出了基于TMS320F2812 DSP的无刷直流电机控制系统硬件结构框图。
本系统主要由辅助电源、控制器及电路、电动机驱动电路、检测电路和系统保护电路等几部分组成。无刷直流电动机的调速原理为：TMS320F2812控制器通过捕获单元捕捉无刷直流电动机转子位置传感器HALL1、HALL2、HALL3高速脉冲信号，检测转子转动位置，并根据转子的位置发出相应的指令改变PWM信号的当前值，进而改变直流电机驱动电路(三相桥式逆变电路IGBT)中功率管的导通顺序，实现电机转速和转动方向的控制。
下面重点介绍系统中的转子位置检测电路、相电流检测电路、驱动电路、系统保护电路等。
2.1转子位置检测电路
本设计方案中，位置检测环节采用了3个位置间隔120°分布的霍尔传感器，由霍尔器件所输出的转子位置脉冲信号送到功率变换电路后，经处理后送入DSP的CAP单元，DSP通过读取霍尔元件的状态值，来确定转子的当前位置，再通过改变PWM的占空比改变MOSFET管的导通顺序，改变 IGBT 的导通顺序，实现电机的换相和电机转速的调节[5]。
霍尔位置传感器输出的信号先由阻容滤波电路处理，然后再经过六路施密特触发反相器SN74HC14N整形后送入DSP的CAP单元进行处理计算。由于霍尔位置传感器输出为5V电平信号，为了与DSP的3.3V电平相匹配，需要进行电平逻辑转换，在此通过施密特触发器输出端串联匹配电阻的方法来实现。三相霍尔位置检测电路如图4所示。
2.2相电流检测电路
在对电路中电流信号进行检测时，由于霍尔元件输出的电流较小，故采用在直流侧母线中串采样小电阻的方法，先将电流信号转化为电压信号，然后再经过放大隔离处理后送入模数转换器A/D。其中光耦隔离器件选择的是6N137。电流检测电路图如图5所示。
其中R22(0.05Ω/3W)为直流侧母线端的采样电阻，首先将电阻两端的压降信号经过阻容滤波电路滤波，然后经过运算放大器放大，以满足TMS320F2812中A/D转换单元的采样范围(0～3V) 的要求。电路中采用了单路高精度双极性运算放大器OP07。图中的二极管D6起稳压保护作用，确保AD0的输入电压在0～3V的范围内，另外，通过光藕合器6N137将干扰路径切断，减小噪声的干扰。
2.3驱动电路
驱动电路采用IR公司生产的高性能三相桥式逆变器驱动芯片IR2136，它只用一路驱动电源便可同时输出6路驱动信号，且IR2136拥有完善的保护功能，使整个电路更加简单可靠。
由于IR2136芯片本身没有逻辑信号与功率信号之间相互隔离功能，因此本设计中DSP产生的6路PWM脉冲信号经光耦隔离后才作为IR2136的6路脉冲输入，进而控制MOSFET管的导通和关断。通过输出端口HO1、HO2、HO3分别控制三相逆变桥电路的上桥臂T1、T3、T5的导通和关断，通过输出端口LO1、LO2、LO3分别控制三相逆变桥电路的下桥臂T4、T6、T2的导通和关断，从而实现控制电机转速的正反转。图6为由IR2136构成的驱动电路。
2.4系统保护电路
在无刷直流电动机控制系统中，保护电路可以保护控制器DSP免受过压、过流的影响，还可以保护电机的驱动电路免遭破环[6]。整个系统的保护电路由隔离电路和驱动保护两部分组成。
(1)隔离电路的设计
光耦隔离电路的作用是避免主回路中的强电信号对控制回路中的弱电信号造成干扰，实现不同电压之间的信号传输。如图7所示(以一路PWM信号为例)，该隔离电路可实现对DSP的6路PWM输出信号与IR2136之间光耦隔离，并实现驱动和电平转换功能。
(2)功率驱动保护电路的设计
功率驱动保护电路包括自保护电路和过电流过电压保护电路。为保证系统中功率转换电路和电机驱动电路安全可靠工作，DSP还提供PDPINTA输入信号，利用它可方便地实现系统的各种保护功能[6]。各路故障信号经过光耦隔离后送入到PDPINTA引脚，图8给出具体保护电路。例如：当有过压或过流现象时，IR2136的引脚FAULT会输出制动信号，拉低PDPINTA引脚输入电平，此时DSP 内部定时器停止计数，所有的PWM输出引脚全部置为高阻态，同时也产生一个中断信号，通知CPU有异常情况发生，这就是IR2136的硬件保护功能。
3系统与上位机的通讯
系统中用 SCI 接口完成与上位机的通讯功能，采用RS-232接口实现通信。通过上位机可以给定位置量，同时控制过程中电机的速度、电流、位置反馈量等参数，也可以实时地发送给上位机显示；SPI接口完成串行驱动数码管显示的功能。通过数字 I/O 扩展的键盘设定位置给定量，并由数码管显示。
4系统仿真
本文对速度环采用增量式PID控制和参数自整定模糊PID控制两种控制算法，利用北京雅合全公司生产的型号为45ZWN24-25的三相四极无刷直流电动机，对实验结果进行分析。图9、图10分别对应两种算法在电机启动时的转速响应曲线。
分析电机启动时转速启动曲线可知，两种控制算法都有一定的超调。增量式PID控制算法电机启动达到稳态的时间大约为2.8s，超调量为8.27%；而参数自整定模糊PID控制算法电机启动达到稳态的时间大约为2.2s，超调量为4.58%，可见，采用参数自整定模糊PID控制算法之后，有效地降低了超调量，缩短了电机启动的时间，提高了电机的控制精度。
5结束语
本文设计了以TMS320F2812为核心的数字直流伺服系统，很好地解决了高精度伺服控制系统中PWM信号的生成、电机速度反馈及电机电流反馈问题，并实现了保护功能，使系统硬件得到了极大地简化，提高了系统的可靠性。并结合参数自整定模糊PID控制算法实现了电机的高精度伺服控制，实验结果验证了该方法的有效性。
参考文献
[1]郭庆鼎，赵希梅.直流无刷电动机原理与技术应用[M].北京:中国电力出版社，2008:4-7.
[2]何小红.无位置传感器无刷直流电动机控制系统的设计[D].硕士学位论文.陕西:西安科技大学，2009.
[3] Mohan BM，Sinha A. Analytical structure and stability analysis of a fuzzy PID controller. Applied Soft Computing. 2008:74958.
[4] 白浩.永磁无刷直流电动机控制系统的研究[D].硕士学位论文.天津:河北工业大学，2004.
[5]邓钧君，马瑞卿，王翔.基于软件锁相环的无刷直流电机高精度速度控制系统[J]. 测控技术，20106 :428-434.
[6]夏长亮.无刷直流电动机控制系统[M].北京:科学出版社，2009:31-44，182-203.
篇12
二、三大特点凸显节能减排成效
(一)走出了一条政府多种手段调控能耗的新路子1.节能降耗初见成效。2008年1—6月,全县130家模以上企业,总能耗76万吨标煤,规模以上万元工业增加值能耗5.285吨标煤,较去年同期下降8.08%,节约标煤6.687万吨。2.环境保护力度加大。率先在四川省施行环保信誉考核制度和乐山市在建立乡镇环保办,企业环保信誉考核制度和约见谈话制度不断巩固,网格式环境监察不断扩展,新万兴公司投资566.55万元,治理喷雾干燥塔5座、压制生产线5条和磨边生产线5条,每年可减少粉尘排放911.2吨。2008年1—6月,全县削减二氧化硫1021吨,完成全年任务的184.96%。3.生态环境初步改善。治理水土流失5平方公里,成片造林5000亩,四旁植树35万株,森林覆盖率提高0.6个百分点,全县城区环境质量好于二级天数占总天数的93%。2008年1—6月,全县财政投入140万元,撬动企业和社会各界投入3.5亿元投入节能环保技术改造。
(二)走出了一条企业主体作用充分发挥的新路子1.开展废料循环利用。建辉、新万兴等21家陶瓷企业建成废水处理循环利用设施,抛光线日耗水从2000吨/条减为600吨/条,工业用水重复利用率达71%;全部陶企废水沉淀物压滤干化后再次用作陶瓷生产坯料,减少原料消耗和废物排放;峨佳、峨顶水泥厂每天使用陶瓷废渣200—300吨,年产熟料水泥20—25万吨。2.实施工业窑炉节能。推广陶瓷窑炉一次烧成技术、窑炉内堂涂节能材料及加长燃气喷枪、改造风机和烧嘴脉冲助燃,威尼陶瓷改传统的二次烧成为一次快烧,年节约天然气达150万方以上,节能率达20%;明珠陶瓷改单层为双层燃气生产线,下层煅烧窑炉的热能直接作用于上层干燥窑炉,综合能耗下降20%,产能提高30%。3.实现余热余压利用。重点在陶瓷行业推广窑炉尾气余热复用喷雾塔技术和陶瓷辊道窑余热发电技术,东泰陶瓷厂利用蒸汽发电机余热发电,可满足企业自身50-70%的生产用电,年可发电250万度,度电成本仅为0.05元;米兰诺等企业利用窑炉尾气余热复用喷雾塔,可节省喷雾塔原煤或天然气耗用,尾气利用率达到30%,节能率达13%。4.推进机电系统节能。以电力电子技术传动方式改造机械传动方式,采用交流调速取代直流调速,重点推广高效节能电动机、稀土永磁电动机和软启动装置、无功补偿自动投切装置、计算机自动控制系统等;合理匹配电机系统,消除“大马拉小车”现象。5.推广能量系统优化。重点在陶瓷行业通过系统优化设计、技术改造和改善管理,提高能源系统效率。近两年,新中源、新万兴、米兰诺等企业投入技改资金达7亿多元,科达陶瓷在省内陶企业中首家通过ISO10012:2003测量管理体系认证,西部瓷都陶瓷产区实现煤渣固体垃圾的零排放。
(三)走出了一条切实转变经济发展方式的新路子1.企业竞争力明显增强。3家企业进入了全国建陶行业销售收入30强,2家进入“四川省行业领先中小企业”200强。2.自主创新能力显著改善。组建四川省建筑陶瓷工程技术研究中心,高档红坯陶瓷共性技术研发取得初步成果,研发出“玉晶石”系列产品,利用钒钛矿渣生产有色仿古砖技术得到突破,企业新获专利授权3件,建辉公司被命名为四川省建设创新型培育企业。3.品牌战略实现突破。目前全县已有中国驰名商标1个、四川省著名商标3个、省级名牌2个和16个国家免检产品。新万兴年底将建成中国名牌产品,建辉、米兰诺将获得中国驰名商标。
三、四位一体建立节能长效机制
(一)完善行政问责制进一步明确县乡政府节能减排责任,对本行政辖区内节能减排考核结果实行四挂钩。1.跟政绩挂钩。将节能排污总量指标分值和经济增长的分值实行同等权重。2.跟职务任免挂钩。实行节能减排一票否决,被评为差和较差的不予提拔。3.跟评先评优挂钩。节能减排差的取消评先评优资格。4.跟执行纪律挂钩。对监管失职、渎职、发生重大环境污染事故或造成区域环境质量恶化的给予纪律处分。
(二)完善能效准入制1.制定目录。根据国家、省、市产业政策以及夹江县资源供给、环境容量及产业发展的现状,加快制订夹江县限制和淘汰制造业落后生产能力目录。2.能耗审核。固定资产投资项目的可行性研究报告(项目申请报告)必须包括合理用能的专题论证或节能篇(章);固定资产投资项目的设计和建设,必须遵守合理用能标准和节能设计规范。3.能效标识。严格执行国家能效标识管理办法,加强对强制性能效标识制度产品的监督检查,积极推动节能产品质量认证。
(三)完善激励约束制1.奖励机制。坚持和完善财政专项资金“以奖代补”新机制,对重大节能技术和产品推广应用、城市污水处理设施配套管网建设等关系节能减排成效的关键领域和关键环节,采取财政专项奖励资金与节能减排量挂钩办法,多节能减排,多奖励,并在气、电、运等要素配置及项目申报上给予优先考虑。2.约束机制。加强对企业节能降耗的政策调控,对不认真实施节能管理,能源使用效率低下的企业,在调峰错峰时将首先限制其用电,在生产要素配置、项目申报和享受有关优惠政策方面不予支持,并依照有关法律、法规予以相应处罚。
(四)完善监察督导制1.网络监察。重点抓好县乡两级自动监测联网建设,主要搞好重点节能减排企业、污水处理厂、主要饮用水源地、小集镇和工业集中区五个方面的在线监控设施建设。2.强化执法。建立以企业节能环保自查与执法人员现场监测检查和日常执法监管与专项行动相结合的节能环保监察制度,提高节能环保执法能力和水平。3.挂牌督办。坚持以查促改,对突出的节能减排问题进行挂牌督办,县发改、环保、工业、监察、统计等部门密切配合,限期解决。4.责任追究。全面落实节能减排法律法规,严格节能降耗和环境污染行政责任追究,确保查处整改到位、责任追究到位。5.能耗公示。每周通过电视台、西部瓷都网站等媒体公布一次主城区的空气质量预报,每季度向县“四大家”和县级各部门通报一次全县节能减排状况,每年底对节能减排“责任书”执行情况进行考核。
篇13
文章编号：1004-373X(2008)24-020-04
High Precision Laser Direct Writing System for Micro-optical Device
YANG Teyu
(Basic Experiment Center,University of Hefei,Hefei,230022,China)
Abstract：A high precision laser direct writing system is designed,which emploies MINAS A serials alternating current servo motors with 17 bit opto-coders from corporation,a x-y movement platform with high precision ball thread and linear slid guiders to ensure a movement precision near 30 nm.A three-dimensional movement control board for the system based on ISA bus is developed.the laser direct writing system meet well the precision requirement for lithography.At the same time,the system possesses many merits such as easy of operation and so on.Therefore,it can be used widely for the fabrication of different kinds of MOEMS chips.
Keywords：laser direct writing system;lithography;alternating current servo motor;ISA
激光直写技术属于无掩模光刻技术的一种，其工作机理是利用直写装置控制聚焦的激光光束，由计算机控制声光调制器、平台或转台的运动，在光刻胶上进行曝光，产生预定图形，经过显影得到所需要的图像。激光直写技术无需图形光刻转移、套刻、多次蚀刻等过程，减少了误差来源,提高了器件的制作效率与精度。另外,它因无需掩模制作，节省了掩模制作的高昂费用，是一种有前途的光刻新技术。
激光直接写入系统是制作光学器件的关键设备，国外的激光直写技术发展得较早，有关激光直写技术的报道最先在瑞士出现。20世纪90年代后，激光直写技术迅速发展起来，随着高精密的设备的研制以及新工艺和新材料的问世，激光直写技术的应用领域越来越广泛，涉及到微透镜阵列、金属光栅、多台阶光学透镜的制作以及波导光学、集成光学方面等。国内激光直写技术开展相对较晚，20世纪90年代开始，激光直写技术才进入中国，浙江大学光学技术国家重点实验室率先开始此项研究,研制了极坐标激光直写设备，并对激光光刻中的分辨现象进行了研究。长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室在2001年推出自行研制的四轴激光直写系统，进行了直角坐标和极坐标的激光写入研究。
在激光直写系统中，对工作台的精度提出了较高的要求，高精密的稳定可靠的定位控制系统是制作高质量的微系统的关键因素之一。 设计开发的高精度激光直写光刻系统，采用带 17位增量式编码器的松下MINAS A系列交流伺服［6,7］马达，同时采用基于高精密滚珠丝杆和超精密线性滑轨导向的x-y运动平台，可以实现约30 nm的运动控制灵敏度。论文还针对上述系统开发了一套基于ISA总线的三维运动控制卡，它采用8253计数器来控制马达运行速度和行程，同时采用8255接口芯片来控制马达运行方向，实现马达限位保护。另外，在Visual C++开发环境下开发了控制软件界面，实现了直线和曲线运动控制。
1 高精度激光直写光刻系统的总体设计方案
设计的高精度激光直写系统的光学和机械系统框图如图1所示。该激光直写系统主要由光学系统、调焦系统和x-y运动平台3个子系统组成。
(1) 光学系统。
光学系统由激光器、聚焦物镜和半透半反镜组成。激光器发出的激光光束经聚焦物镜、半透半反镜，最后通过显微物镜精确聚焦在基片上，对光刻胶进行曝光，从而完成各种图形的刻写。
(2) 调焦系统。
调焦系统的工作原理是:通过z轴电机的运动,调整聚焦物镜的高度,实现准确聚焦。光刻物镜的焦深决定了系统的最大调焦精度范围，这里的调焦伺服系统位移执行器的精度要求应该小于物镜焦深。
(3) x-y运动平台。
x-y二维运动工作台主要任务是为激光直写系统提供高精度的、稳定的、均匀的、实时的位置控制和速度控制，通过精确的位置控制产生复杂的二维图形,同时通过速度的控制保证各点的均匀曝光，否则将引起光刻线条的宽度变化。对于运动平台而言，稳定的运转速度的基础是要具有良好的机械结构。运动平台要求传动螺杆应具有一定的机械刚性，刚性不好，将会产生较大的弹性形变，影响系统的精度。选用高精密滚珠丝杆，滚珠螺杆与螺母之间通过钢珠形成滚动摩擦，运动平稳，传动效率高，易实现高速运行，并且可以通过改变钢珠直径或采用双螺母有效解决轴向间隙。另外，运动平台采用超精密线性滑轨导向，这些都有效地保证了运动精度和直线性。
驱动电机选用松下公司的MINAS A系列交流伺服电机，它具有17位增量编码器，对于螺距为4 mm的x-y运动平台，其单步行程为4/21730 nm，能满足激光直写光刻系统的定位精度设计要求。MINAS A系列交流伺服系统运动精度高，控制复杂，下面将给出更详细的介绍。
1.1 松下MINAS A系列交流伺服系统
松下MINAS A系列交流伺服系统具有3种典型的控制模式：位置控制、速度控制和力矩控制。设计的这套高精度激光直写系统的调焦和x-y运动平台子系统主要用到的是它的位置控制模式。伺服电机在PC机和控制器控制下，带动二维工作台在空间内做轨迹运动，需要由控制电路发出脉冲和方向信号，经光电隔离后送入伺服驱动器中。这些控制信号分别是：x轴脉冲信号，x轴方向信号；y轴脉冲信号，y轴方向信号。其中，脉冲信号控制电机所走的步数和速率，方向信号控制电机正反转。在伺服驱动器中，PULS1和PULS2分别与控制电路板脉冲信号相连，SIGN1和SIGN2分别与方向信号端相连，这里脉冲和方向的输出信号的接线都采用单脉冲接线方式。COM+，COM-分别接+12 V电源正负端，SRV-ON与COM-连接接于地，CCWL，CWL也与地相连。这样，就完成了位置控制模式下的基本连线。其他连线可根据系统的需要进行适当连接。参数设置通过触摸面板进行。
1.2 三维运动控制卡总体设计
激光直写光刻系统的控制电路主要应该完成以下功能:
(1) 对三轴交流伺服电机的运动控制。主要包括三轴电机运转的方向控制、行程控制和速度控制。其中通过控制电机的运行速度来实现对光刻曝光量的控制，速度慢，曝光剂量就大；速度快些，情况则相反。第三轴即z轴的方向信号被用来调节聚焦物镜离基片的高度，从而达到调焦的目的。
(2) 限位保护。
针对上述功能要求，设计了一款运动控制卡，其电路原理方框图如图2所示。它主要由PC接口及地址译码模块、时钟产生模块、方向信号产生模块、脉冲信号产生模块和保护功能模块构成。
首先经译码电路得到方向信号产生模块和脉冲信号产生模块的片选信号，当片选信号有效时,则选中2个模块,通过上位机写入初始值,2个模块开始工作,产生脉冲信号和方向信号,这些信号分别接至交流伺服驱动器的相应端口,驱动电机运转,从而带动工作平台动作。在设计的这套激光直写光刻系统中，第三轴电机用来控制调焦系统，曝光量的控制是通过改变脉冲的周期来实现。
1.3 主要模块设计
(1) 时钟产生模块。
8253的工作频率不能超过2 MHz,而ISA接口提供的时钟为14.318 MHz，为此，设计了一个分频时钟电路，这个模块由3个D触发器构成，主要功能是为计数器8253提供时钟信号。第一个D触发器的CLK直接接至ISA总线的61脚（OSC振荡器输出脚），利用PC机内部的时钟，这样就无需外加一个振荡电路，减小了板卡的尺寸，节约了成本。当14.318 MHz的脉冲信号经过3个D触发器后，被8分频，送出的信号分别加至2片8253的相应引脚。
(2) 方向信号产生模块。
电机运转的方向信号由该方向信号产生模块提供，方向信号产生模块的工作原理是：根据8255端口地址安排，设置A1A0=10，选中数据传输口C口，通过软件设置PC1，PC2和PC3的值为高电平或低电平，使得电机出现正转或反转。这里需要说明的是，工作台沿着导轨正走或反走，但不能无限制的走下去，如果走到导轨两头，还有脉冲信号提供给电机，就会出现过冲，将毁坏电机。为了避免此种情况的发生，在制作运动导轨时，特别在每个导轨两端加上2个触片式保护开关，当工作台移动到导轨两头时，就会触到开关，产生中断请求，这时就可以重新设置PC1，PC2和PC3的值，使电机反向运转，从而达到保护运动平台系统的作用。
(3) 脉冲信号产生模块。
这里仅就OUT1信号的产生加以说明。第一片8253的通道1的GATE引脚加高电平，也即是使它始终处于工作状态，它的时钟CLK由OUT1提供，工作方式设为方式0（计数结束中断方式）。该通道用于计脉冲个数，当达到设定的脉冲个数时，COUT1就跳变为高电平，经反向器后控制GATE1为低电平，阻止通道0输出脉冲。时钟产生模块产生的时钟信号作为通道0的基准时钟，通道0的工作方式设为方式3（方波发生器）。它根据设定的初值对基准时钟进行分频，输出脉冲的个数受通道1计数的控制，最终由OUT1脚输出一定速率和个数的脉冲信号。
(4) 限位保护电路。
限位保护模块的主要功能就是避免过冲，保护电机。当工作台随电机运动到导轨两端，触碰到限位开关时，为了保护电机不致于过冲，就会产生一个中断请求信号，使电机停止运转。在三维运动控制卡中设计了8253门信号控制电路，GATE信号由COUT，PC0和IRQ3共同来决定。PC0具有最高级别,当PC0=0时,不管COUT，IRQ3为低还是为高, GATE都为高；只有当PC0=1时，模块才正常工作。就控制第一轴电机的脉冲信号来说，设置PC0=1，电机没有到达导轨两头时，也即是IRQ3为低电平时，第一片8253的通道1计数，控制电机运转，具体走多少步，通过写入计数初值来决定，当计数完成，COUT1跳变成高电平，GATE1为低，通道0中止工作。这时候可以设置PC0=0，让通道0工作，但通道1无动作。当电机到达导轨两头时，PC0仍设置为1，这时将向计算机内部申请中断，执行中断服务程序，使GATE1变为低电平，无论通道1有没有计数完成，都将因没有时钟信号提供而中止计数。只有中断服务程序结束，或将PC0置为0，通道1才继续计数。这个过程具有保护功能。当电机运动到导轨两头，触碰到开关，就必须停下来，否则将损坏电机。要使电机有一定的回转功能，只需将PC0置为0，改变方向信号PC1即可。
2 基于ISA接口的控制电路软件设计
这款三维运动控制卡的控制程序的开发是在微软公司的Visual C++6.0集成开发环境［8,9］中设计完成的。根据硬件设计预定实现的功能目标，得出了控制电路的软件部分的总体设计流程图，如图3所示。
从图3中可以看出，软件中最为重要的2个模块就是8255和8253的初始化程序，由于篇幅所限，在此仅给出8255初始化程序代码，具体源程序代码为：
if(nMotorNumber==1)
{
nD3=1;nD7=1;//8255(1)初始化
SetControleWord();
_outpw(0x0346,nControleWord);
Sleep(1);
nD7=0;nD3=0;nD1=nMotorDir;//设置方向信号pc1
SetControleWord();
_outpw(0x0346,nControleWord);
Sleep(1);
nD0=1;//正常工作pc0=1
SetControleWord();
_outpw(0x0346,nControleWord);
Sleep(1);
｝
通过感光胶片和SU-8光刻胶的光刻实验，表明上述激光直写光刻系统完全能够满足光刻精度的要求，并且具有控制简单，行程轨迹精确、响应速度快、性能稳定等特点，适用于许多微光学器件加工领域，应用前景非常广阔。
3 激光直写系统光刻实验
3.1 感光胶片刻蚀实验
利用Visual C++6.0开发环境编制了直线和圆的运动控制程序，采用100 mW 的532 nm绿色半导体泵蒲固体激光器，成功地对35 mm彩色胶卷进行了光刻烧蚀实验，刻蚀照片如图4和图5所示。
3.2 SU-8光刻胶光刻实验
SU-8胶是基于Epon SU-8环氧胶（最初由Shell chemical开发）和IBM专利发展而来的一种负性化学放大光刻胶，它是由一种具有多官能团的、高度分支的聚合物环氧树脂和少量光引发剂（PGA）溶于有机溶剂构成的。用它来制作光波导的光刻工艺流程主要有光刻胶的涂布、前烘、曝光、后烘、显影、坚膜、蚀刻、去胶等几个步骤。图6给出了刻蚀得到的直线光波导的显微照片，其中直线光波导的宽度为4 μm。
4 结 语
通过感光胶片和SU-8光刻胶的光刻实验，表明上述激光直写光刻系统完全能够满足光刻精度的要求，并且具有控制简单，行程轨迹精确、响应速度快、性能稳定等特点，适用于许多微光学器件加工领域，应用前景非常广阔。
参考文献
［1］Haruna M,Takahashi M,Wakahayashi K,et al.Laser Beam Lithographed Micro-Fresnel Lenses［J］.Applied Optics,1990,29(34):5 120-5 126.
［2］张羽,杨坤涛,杨长城.二元光学元件的制作技术与进展［J］.光学仪器,2005,27(2):80-85.
［3］William Goltsos,Sharlene Liu.Polar Coordinate Laser Writer for Binary Optics Fabrication［J］.Proc.SPIE,1990,1 211:137-147.
［4］Andrei Y Smuknabil M Lawandy.Direct Laser Writing of Diffractive Optics in Glass［J］.Opt.Lett.,1997,22(13):1 030-1 032.
［5］Que Wenxiu,Zhou Yan,Chan Yuenchuen,et al.Fabrication of Composite Solgel Optical Channel Waveguides by Laser Writing Lithography［J］.Proc.SPIE,1999,3740:290-293.
［6］秦忆.现代交流伺服系统［M］.武汉:华中理工大学出版社,1995.
［7］胡庆波,胡海兵,吕征宇.基于交流永磁同步电机的全数字伺服控制系统［J］.电源技术应用,2004,7(2):69-72.
［8］黄维通.Visual C++面向对象与可视化程序设计［M］.北京:清华大学出版社,2000.
