机电一体化中的电机控制与维护策略思考

机电一体化中的电机控制与维护策略思
考
摘要：随着科学技术的不断发展，机电一体化技术已经在诸多领域中得到了广泛应用，尤其是在电机控制方面，更是发挥出了显著的应用优势。

为促进机电一体化技术在电机控制中的良好应用，文章对机电一体化技术中的电机控制策略进行了分析，包括机电一体化技术概述、电机组成及其主要工作原理、机电一体化技术应用中的电机控制措施，以期为机电一体化技术的应用与电机控制效果的提升提供科学参考。

关键词：机电一体化技术；电机组成；三相异步电机；DSP；模糊控制
1电机的主要组成及其工作原理
1.1电机的主要组成
目前，常用的电机形式主要是交流电机，而此类电机又可以分为两种，即单相交流电机和三相异步交流电机。

前者主要在民用电器上应用，后者主要在工业生产中应用。

而电机的组成结构可按照控制部分以及执行部分来进行划分，控制部分主要包括单片机、三相PWM（脉宽调制器）波发生器、整流模块、智能逆变模块、故障检测模块、A/D转换模块以及输入和输出通道等；执行驱动部分主要包括位置传感器和三相伺服电机。

1.2电机主要工作原理
在电机的具体工作中，其执行机构会对电流传感器、电压传感器以及位置传感器进行检测，从而科学获得逆变模块中三相输出电流、电压信号、阀门信号以及位置信号等信息，然后通过A/D模块进行信号转换，再将转换之后的信号传输给单片机。

在接收到相应的信号之后，单片机会借助PWM波发生器来控制电机运行。

在逆变模块的具体工作中，主要通过整流电路对380 V电源做全桥整流，从
而获取所需的直流电压。

工业领域中应用的三相异步电机，其主要的工作原理是
将三相对称电流通入三相对称绕组，从而生成圆形旋转磁场，转子导体会切割旋
转磁场中的感应电流和电动势。

在磁场内，电磁力会对转子载流导体产生作用，
从而生成电磁转矩，为电动机中的转子提供驱动力。

2机电一体化技术应用中的电机控制措施分析
2.1电机智能控制硬件的合理应用
在通过机电一体化技术进行电机控制的过程中，一项首要内容是智能控制硬
件的合理应用。

就目前的电机来看，其中的智能控制硬件主要包括ASIC（集成电路）、MCU（微控制器芯片）以及DSP（数字信号处理器芯片）。

在ASIC中，主
要包括电流检测部、占空比生成部、PWM生成部、电流变化量检测部、旋转位置
运算部等，通过ASCI的合理应用，可让电机得到智能化的集成控制。

在微控制
器芯片中，主要应用的CPU核为8位或16位，并实现了PWM、SPI串行接口以及
A/D转换器等各种外围电路的集成。

在一些没有较高精度要求的电机控制系统中，微控制器芯片具有非常显著的应用优势。

在数字信号处理器芯片中，实现了PWM
信号输出接口、CAN总线控制器、串口通信、数字输入、数字输出以及A/D转换
器等各个接口电路的有效集成，因此该芯片具有非常快的运行速度，在高档工业
电机控制中十分适用。

随着近年来数字信号处理器芯片价格的降低，在对电机进
行控制的过程中，传统的MCU开始逐渐被现代化的DSP所取代。

2.2电机的模糊控制
模糊控制就是模仿人类思维进行一些不精确和不确定问题的控制，包括语言
变量、论域、模糊集合、语言值、基本模糊集合运算、隶属函数、知识库、模糊
推理、模糊关系、模糊化和去模糊化等。

在通过机电一体化技术进行电机控制的
过程中，模糊控制也是一种重要的控制技术。

比如，在对异步电机中的直接转矩
进行控制时，其主要的控制步骤包括以下几个方面。

（1）模糊变量的合理选择。

具体选择中，可将模糊状态变量作为依据，通过模糊控制器合理选择逆变器的具
体开关状态。

对于模糊控制器，可选择3输入1输出形式的结构，也就是输入变
量有3个，输出变量有1个。

其中的3个输入变量包括定子磁链值偏差、定子磁
链和参考轴磁通角、转矩偏差，输出变量主要是逆变器中的开关状态控制量。

（2）模糊化。

在对输入变量进行清晰值的模糊化过程中，主要步骤有两个，先对连续变量进行离散化处理，然后对离散化变量进行模糊化处理。

通过这样的处理方式，可将每一个变量中的量化论域都划分为若干段，并用若干个模糊集进行表示。

而输出变量则不需要进行模糊化处理，因为开关状态与电压空间具有清晰的矢量，因此具体处理中，并不需要用到相应的模糊隶属函数。

对于二点式逆变器而言，其中的开关可能有8个不同状态，但是其电压空间矢量却只有7种。

（3）模糊规则的确定。

在模糊控制器内，可通过输入变量以及输出变量对每一条控制规则加以明确。

（4）模糊推理和算法的应用。

其中的模糊推理就是将输入模糊控制器的模糊量作为依据，通过模糊控制规则对相应的模糊关系方程式进行求解，从而实现模糊控制量的科学获得。

（5）去模糊化。

这一过程主要是模糊集的输入以及精确清晰值的输出，具体处理中，可通过精确度与计算量的折中计算来达到去模糊化效果。

2.3电机的阀位与速度控制
在机电一体化形式的电机阀位以及速度控制中，微处理器可对变频器中的输出电压以及输出电流进行测量，并以此为依据，对其输出力矩进行科学计算，若输出力矩大于或等于力矩设定值，便会自动降低电机的运行速度。

传统形式电机的执行机构主要采用机械式限位开关来检测其阀位位置极限值，但是在以机电一体化为基础的电动执行机构中，则采用位置信号增量检测的方式来获取阀位位置极限值，借助于单片机，可对此次检测中获得的阀位位置信号和上一次检测中获得的阀位位置信号进行比对，如果其变化比较小，或者是没有发生变化，则会对电机中的供电电源进行自动调整。

在通过机电一体化技术对电机阀位以及速度进行控制的过程中，需通过双环控制的形式来实现，其中的外环是位置环，内环是速度环。

具体控制中，外环主要借助于设定当前速度的形式将相应的速度给定到发生器，从而将速度设定值提供给内环。

内环主要对当前的速度给定值和发生器中的速度设定值进行对比，并借助于速度调节器来实现PWM波发生器中的载波频率改变。

通过这样的方式，便可让电机转速得以合理调节。

2.4电机的运行维护
在电机的具体应用中，通过机电一体化技术的合理应用，也可以让电机的运行得到良好维护。

在使用机电一体化技术进行电机运行维护的过程中，其主要的维护措施包括三个方面，即电机运行之前的准备性维护、在电机运行过程中的科学监管、对电机进行日常保障。

在电机正式启动之前，需要检查电源是否通电，同时应观察启动器、熔丝大小及其规格是否合理，并做好传动电动机中的转子以及负载机械中的转轴检查，再检查电动机和启动器外壳的接地效果，负载机械启动准备是否已经完善等。

在将电机电源接通之后，需要仔细观察电动机、负载机械、传动装置在启动时的具体工作情况。

3结束语
综上所述，在目前的电机控制领域中，机电一体化所发挥的作用十分显著。

基于此，在具体控制中，相关单位与技术人员一定要对机电一体化技术以及电机的结构、原理等做到充分了解，然后再根据电机的实际应用情况与控制需求，采用机电一体化技术来进行电机的合理控制。

通过这样的方式，才可以充分发挥出机电一体化技术的应用优势，实现电机的良好控制，并进一步确保其运行质量、效率和安全性，从而实现电机的良好应用与发展。

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