机电系统设计精选(九篇)

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第1篇：机电系统设计范文

【关键词】地铁机电设备监控系统 设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

地铁车站设备监控系统( EMCS) 通过中央级、车站级和就地级三级对车站设备进行监控, 通过中央级和车站级进行系统管理。车站设备监控系统对全线各个车站的通风空调系统设备、给排水设备、自动扶梯、电梯、车站公共区照明、广告照明、车站事故照明电源、屏蔽门及人防密闭隔断门等车站设备进行全面、有效的自动化监控及管理，确保设备处于高效、节能、可靠的最佳运行状态，并创造一个舒适的地下环境，此外在火灾等灾害或阻塞事故状态下，能够更好地协调车站设备的运行，充分发挥各种设备应有的作用来保证乘客的安全和设备的正常运行。

一、系统设置目的

地下铁路作为现代化城市建设的标志之一，因其具有无污染、低噪音、高速度等优点，目前已被越来越多的城市所采用。机电设备监控系统( EMCS) 是将计算机及其网络技术相结合的机电设备自动化控制系统，该系统的控制对象主要为地铁通风空调设备、给排水设备、正常照明设备及电扶梯等设备。其主要作用为：对地铁内的环境质量进行监视和控制，使其在正常情况下满足乘客舒适度的要求，并在紧急情况下提供正确可靠的信息来保证乘客等人员安全。其中，由于地铁工程的通风空调系统与一般的地上建筑完全不同，其温湿的变化既有它的周期性，也有受外界干扰的随机变化无规律性，因此，通风空调系统容量大且复杂。在这种情况下，如果没有计算机控制系统，只靠工作人员人为去控制是根本无法实现的。所以在全线设置EMCS 系统非常重要。设置机电设备监控系统是想借一斑而窥全貌，想以此达到反映整个监控系统的设计思路，确保以上这些系统的安全可靠运行的目的。特别是在地下车站发生火灾事故的情况下，能够使有关救灾设施按照设计工况及时有效地运行，从而保障人身安全。

二、地铁监控系统的技术特点

1、环境条件特殊

地铁建筑所处环境具有特殊性，由于机车为电力牵引,且地下相对外界隔绝，环境潮湿。既不同于地面商用建筑物，一般所处环境较好，电磁干扰较轻，也不同于工厂金属粉尘等有害物质较多，环境恶劣。

2、功能要求特殊

地下铁路属于公共交通行业, 是城市交通的一面窗口，是面向乘客的优质服务，反映了城市的先进程度。这种服务除了人的因素以外，设备的安全、可靠、高效、节能所带来的舒适感、安全性也非常重要。不同于智能楼宇侧重于办公自动化、通信自动化、长时间工作下环境智能调节的要求,地铁建筑监控系统则更侧重有利于安全行车管理、变化客流下的环境调节、灾害情况下的疏散导引、相关设备在各种情况下的有效运行。

三、监控系统组成及功能

1、车站级监控系统组成由设置于车站环控电控室和车站控制室( SCR) 的可编程序控制器( PLC) 采集现场设备的状态信号，通过网络通讯线传递到车站级服务器及监控工作站，车站监控人员再通过工作站下达控制指令，由PLC 传递到现场设备完成。

2、中央级监控系统由中央级局域网络构成，网络内包括主备监控主机、主备服务器、档案管理计算机、网络交换机、打印机、打印机服务器、大屏幕显示系统和UPS 等设备。

3、就地级监控设备组成：作为车站级监控设备PLC 控制器的组成部分，远程I/ O 设备直接与现场设备连接，采集从现场传感器检测到的各类信号；同时，远程I/ O 也将上级下达的控制任务，直接传递到现场的阀门、开关及电机等执行机构，从而完成系统的控制指令。对于关键性的监控场合，使用带CPU 处理器的远程I/ O 来实现独立控制功能。

4、地铁监控系统从全线功能来讲，包括了设在全线调度指挥中心的中央级功能，设在各个车站控制室和环控电控室的车站级功能，以及设在被控设备附近的就地级功能。

车站级设备监控系统负责统一管理本车站的被控设备。接收中央级下达的指令，完成其控制要求，以及实现对车站的环境监控、其他机电设备的监控管理和导向设备监控。

四、车站级网络构成

1、点对点形式

车站局域网采用1: N 点对点的结构方式，局域网上设置服务器，通过集线器可同时与所有子网控制器进行点对点数据交换，通信方式采用轮回仲裁方法，实现点对点的通信方式。该方案属于集中式通信策略，网络结构简单，易于扩充，但需要的数据通路多，而且工作站处容易形成通信故障的瓶颈。

2、环形以太网形式

局域网通过连接设备将网络连接成环型，系统各控制器作为环网上的节点互通信息。网络通信协议采用TCPPIP 协议组标准，通信方式为CSMAPCD。由于以太网是一个非常开放的网络，且通讯能力强大，网络通讯设备成熟。但其传输效率的能力相对薄弱，如果采用高可靠、高品质的交换机作为连接设备，利用它的存储转发功能，建立逻辑上的多通道，则可以较好地解决这一问题。另外，为了保证系统的控制和信息的响应时间，可选择通信速率为100Mbps 的高速以太网。

3、工业总线形式

系统各控制器作为网络节点连接在总线网上，利用总线作为节点的共同信道互通信息。采用广播或主从等方式通信。这种总线方式，通讯效率高，节点增加容易。常用在工业网络中，通信效率和可靠性依据大量的工业实践有所保证。但不同厂家的总线系统有各自的数据通信特点，相应的总线产品有其自己的市场定位，在开放性方面都有所努力，以达到通用性的目的。

五、设备选型分析

车站级局域网的高效运行，往往取决于网络连接设备和信息传输的物理介质，而控制器的选择又直接关系到系统控制性能的高低。在高速以太网尚未普及之前，大多数以太网10Mbps，没有交换机的需求。对于百兆以太网，选用高品质10P100Mbps 自适应端口的交换机，可以使其连接的每个端口设备拥有足够的带宽。其自动侦测交换和全双工功能，使网络有着良好的扩充延伸性能。而支持冗余双环硬件自动切换的功能，使以太网的双环结构成为可能， 这样就在网络故障自愈能力上提高了系统的可靠性。

采用多模光缆作为传输介质，避免了强电磁感应、高电压引起的干扰。选用带有钢护带，具有良好抗拉伸和抗侧压，以及防湿防潮性能的光缆，更有利于在地下的安装敷设和系统传输可靠性的提高。

作为车站级监控系统的核心部件，控制器的处理能力、处理速度、扩展能力、可靠性、易维护性等诸多方面都要有所考虑。而PLC 在这些方面则有很好的性能和实践。在对实际数量的IPO 数据收发的同时，有大量的中间处理数据，选择CPU 的处理能力就要远大于实际的IPO 数量。对于不同的指令，处理速度有几倍，甚至几十倍的差别，选择基本赋值指令作为参考，具有可比性。为提高可靠性，如一台PLC 被诊断故障，另一台必须保证所有下层设备及数据通讯不间断、无扰动的继续正常运行，PLC 常需要冗余配置。配置方式有单电源- 双CPU、双电源- 单CPU、双电源- 双CPU的多种组合, 采用后一种及双背板结构，更能保证PLC 的完全冗余。采用标准化选件、模块化结构、可带电插拔方式等，为运营维修部门的现场设备维护和日后系统的扩展创造了条件。

总结

地铁机电设备的自动监控是一项十分重要的控制技术，也是一项繁杂的系统工程，涉及许多专业的设备监控及运行要求，有着地铁行业的特殊性。这就要以接口协调配合为基础，设备选型为根本，网络构造为条件，以管理措施为保证，以实际运营经验作为优化的前提，才能使得地铁监控系统有更好的发展前景。

参考文献

第2篇：机电系统设计范文

【关键词】机电；数据机构；分层；系统设计

中图分类号：F407 文献标识码： A

一、前言

采用计算机操作可以将机电结构数据进行简单的导入，这就是机电结构分层系统设计的目的，本文重点对机电结构设计的意义以及形式进行了详细的分析，目的是提高机电结构设计的质量，供相关的设计人员参考。

二、机电数据结构分层系统设计意义

机电数据结构分层制作系统设计的目的就是将产品技术资料光盘进行电子化转换后，把提取的有用信息放入机电数据样表，然后通过其自动转换成可导入信息管理系统的机电数据结构分层文件。机电数据结构分层文件是信息管理系统中重要的输入数据，是编制采购计划及实现预防性维护的依据，其制作质量是否准确、规范直接关系到企业的配件库存及产品维护的成本。未开发软件之前，机电数据结构分层是通过人工来完成的，费时费力，特别是对于一些结构复杂且配件数量比较多的机电产品人工分层显得尤为烦琐，极易出现漏分及父子关系关联的错误，这严重影响数据的正确性，且无法保证时限性。机电数据结构分层制作系统实现了数据结构分层工作的自动化，从根本上解决数据分层工作中的大量人力耗费问题，可为企业信息化管理系统提供了准确、规范的数据信息，实现产品结构分层信息的共享及更新的便捷化，真正达到了配件的计划与控制。

三、机电数据结构分层制作系统实现的技术

1、采用了数据库技术。机电数据结构分层的整个过程所使用的数据库管理软件只是用来存储提取到的基本数据、根据关联处理规则分层后的数据表是EXCEL格式的文件载体，处理结果依用户设置自动保存，该软件使用SQLServer2000数据库管理系统，即可满足用户将来要求保存一定量数据的要求，也能满足对这些基本数据的处理功能。

2、采用了多线程编程技术。数据结构分层功能模块通过采用多线程编程技术，提高应用程序响应度，使处理器效率更高，且占用较少的系统资源。

3、桌面编程技术。当前桌面应用开发技术还是首推Delphi。Delphi是一个以面向对象程序设计为中心的应用程序开发工具，具有基于窗体和面向对象的方法、高速的编译器及强大而成熟的组件技术等特性，因此该软件是基于Delphi7.0环境开发而成。

四、数据的传输技术及实现

ADO是Microsoft为数据访问范例OLEDB而设计，是一个便于使用的应用程序接口。ADO通过OLEDB提供访问和操作数据库服务器端的数据，特点是速度快、内存支出少和磁盘遗迹小…。ADO在关键的应用方案中使用最少的网络流量，并且在前端和数据源之间使用最少的层数，所有这些为程序运行提供了轻质量、高性能的接口。Delphi提供了ADO数据库编程技术，由于ADO内置在微软的操作系统中，因此开发数据库应用程序避免了BDE的配置和安装，减少了的难度。

开发和一个基于Client/Server方式的应用程序，需要在服务器端安装后台数据库软件，并且建立或导入自开发程序所需要的数据库、账号和角色等。有两种方法可以实现，一种是在程序开发完成时，备份最终使用的数据库，连的程序一同提交给使用者，在用户的服务器端安装数据库系统后，根据实际情况手工导入所需的数据库。另一种方法是在开发的程序中编写代码实现数据库安装和初始化，提交给用户的只是的程序，用户在服务器端安装数据库系统后，在客户端运行应用程序，完成程序所需数据库的建立和初始化。显然，后一种方法更加灵活可靠，自动化程度高。本文讲述如何在Delphi7.0开发环境下使用ADO技术，编程实现SQLServer2000数据库服务器的连接和程序所需数据库的初始化。这是数据结构技术最为核心的内容。

1、机电数据结构分层制作系统设计思路

Delphi是一个高效的可视化数据库管理信息系开发工具。利用Delphi 控制EXCEL数据层、格式复杂的报表等与EXCEL 相关的工作，通情况下，对一些不常用到的 操作，只需利其自身函数强大的处理功能进行操作即可，而对一些经常用到且有规律可循的操作，则可以利用Delphi快速应用程序开发工具编写程序控制EXCEL格式的文件，更好地提高工作效率。由于分层系统使用的后台数据库是SQLServer ，SQLServer而 对源表格式的要求比较高，因此在往系统中导入准备分层的机电数据表时，应先将整个表的格式设置为文本格式，并且在制作完成时，进一步核查是否与模板要求相符，将格式不符的进行更正。

2、机电数据结构分层文件中分层编号的数字表达形式能够非常直观地了解该产品与组件、组件与零部件之间的关联关系，产品部分配件关联见表1。

分层文件中组件的多少及分层的级数反映了产品机构及装配的复杂程度。对于属于价值高、重要、可重复使用、可用于同类其他产品的重要零部件，定为跟踪件，其分层号与产品前均标识字母Z，同产品一样作为资产进行全寿命跟踪管理，其他零部件分层号前标识字母B，这是为下一步关接生成而特殊设定的，每个配件所要求反映的技术参数列事先根据系统要求设定。

五、系统界面配置及软件流程

1、系统界面配置

系统界面配置该软件界面配置 比较人性化，实现了分层的个性化设置、页面高清显示颜色的设置、分层完成后关机设置等。 “系统―设置―初始化数据库”，可以通过此路径删除导入的所有机电数据表，也可以在此界面进行删除。每次使用之前，要进行初始化数据库操作。

机电数据表有 5形式的模板，分别为无ZO主 组 件―― ―无直属件和有直属件，有ZO 组件―― ―无直属件和有直属件，对于多台设备分层情况，像刮板输送机，转载机和破碎机和液压支架就属于多台设备的情况，根据软件要求规范成一种特殊形式的模板。规范后的机电数据表导入后台数据库，进行自动分层。整个分层过程清晰明了，对数据的每次处，都会显示到“处理日志”中。分层结束后，显示分层完成，并将结果显示到页面中。将系统完成的结构分层文件与人工分层完成的结构分层文件通过VLOOKUP进行核对后，其结果准确无误。对于处理同等数据量的机电数据表，效率由原来的1周，提高到 完成。

2、系统软件流程

系统软件的编程是基于下面的流程框图来编制

的，设备结构分层的实现主要有以下几个步骤：一是读取规范好的 表中的数据。将表中 数据节点、一级 主组件数据节点及基础数据父子数据表存入数据库临时表中，以便对数据进行更深一步操作 。二是进行两次判断，首先判断 主组件节点是否为空，如果是显示分层结果，如果不是查询是否有子节点；再次进行判断，如果否再读取主组件节点，如果是生成父子数据，该步是本程序中的一个重点。经过不断循环，完整实现数据横向及纵向多层分层结构。三是从数据库中读出数据，把分层结果写入EXCEL表中。由于程序执行是按主组件与子组件的图号件号来进行关联，一旦数据表中前后相同组件的图号件号不一致，该程序将会关联错误，导致错误的分层结果，因此要充分发挥该系统的作用，必须在数据源头把关，并正确选择模板。

设备数据结构分层系统自动化制作软件已应用于多个大型企业的数据结构分层处理工作，郊果显著。通过采用该系统，大幅度提高数据分层工作的效率和准确率，并用较少的人力物力为企业提供了及时、准确的数据，为企业适应市场竞争奠定了良好的基础，国内很多大型企业都引入了企业信息管理系统，这为系统的推广带来广阔的前景。

六、结束语

综上所述，本文重点对机电数据结构分层的系统设计进行了详细的分析，目的是提高相关企业的工作效率。更早的实现自动化的操作。

参考文献：

[1] 任金霞， 黄运强， 方翔. 分布式数据库技术在保险信息管理系统中的实现[J]. 计算机与现代化， 2009，（8）.

第3篇：机电系统设计范文

关键词：PLC；真空吸板机；流程图

中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-01

真空吸板机是SMT生产线自动化设备的重要组合部分，主要是通过真空吸附装置来吸附PCB板进行运输起吊。在真空吸板机中，真空吸附装置是整个机器的心脏。真空吸附装置的工作原理是依靠真空源产生的真空力来对物品起吊、搬运及夹持的一种省力机械。与机械、电磁起吊装置相比，具有以下特点：结构简单、成本低；安装方便、操作容易；维修费用少；不损伤工件；吸附、放开工件迅速等。本文主要介绍真空吸板机的电气控制系统设计方法。

一、系统要求

真空吸板机主要作用是通过气缸调整气压吸附住PCB板，并将其传送到流水线上输送到需要的岗位。其主要工作顺序是：在输送单元在通电后，按下复位按钮SB1，执行复位操作，使吸盘回到原点位置。再按下启动按钮，气缸工作，吸盘吸取PCB板，15秒后吸盘上升，到达上限位后，气缸工作，吸盘松开PCB板，1秒后吸盘下降，达到下限位后，气缸开始工作，吸盘吸取PCB板，然后依次循环。

二、电气控制系统设计

（一）控制器

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，具有可靠性高，抗干扰能力强，硬件配套齐全，功能完善，适用性强，易学易用，系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造等特点。本控制系统选用丰炜PLC，丰炜PLC特点是贴近市场，创新而实用，功能齐全，性能稳定。其使用方式与三菱PLC有较多类似，学习起来十分方便。丰炜PLC降低了配线工作，这样的接线方式降低了错误率，也给维修带来方便，拆、装都只需拔一次。

（二）工作流程

首先按开始按钮，再按复位键，看看吸盘是否向下移动，当到达下限位后，开始手动选择是上下运输还是左右运输。当上下运输时，真空泵开始工作，吸盘吸附PCB板，延时2S后上升，达到上限位后再次选择是左右运输还是放下PCB板进行加工。如果是上下运输，则吸盘松板，再向下运输以此循环。当左右运输时，先向右运输，到右限位后，真空泵工作，吸盘吸板，再选择上下运输还是左右运输，如果是左右运输，则向左运输，到达右限位后吸盘松板，以此循环（如图1）。

图1 系统流程图

（三）程序设计

该梯形图程序（如图2）主要是按照工作流程图来编写的，其中要注意程序的分支和联系。比如说，在上下运输后选择左右运输；或是先左右运输再上下运输；或是直上直下，直左直右运输。

图2 部分梯形图程序

三、结束语

在现代工业制造中，真空吸板机得到越来越广泛的应用，在不同的应用场合，有效的选择、设计真空吸板机是现在化自动控制设备成功的关键。本文介绍了真空吸板机电气控制系统的设计方法，真空吸板机结构简单、成本低、稳定好、适合大面积推广使用。

参考文献：

[1]王兆明.可编程序控制器原理?应用与实训[M].北京：机械工业出版社，2008.

第4篇：机电系统设计范文

【关键词】机电一体化；伺服传动系统；智能化；结构设计

1、引言

机电一体化是当前机电工程的重要发展方向，特别是随着各种信息控制技术的发展，机电一体化开始逐渐向着智能、集成的方向发展，其中伺服传动技术就是其中非常重要的一类。随着伺服传动技术的逐渐成熟，工程机械对其进行了科学的定义，伺服传动技术（伺服控制，伺服系统）是指在控制指令的指挥下，控制驱动执行机构，使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动。实现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量的某种状态能够自动，连续，精确的复现输入指令信号的变化规律[1]。由于其操作简单，控制能力准确，因此，伺服传动系统被广泛的应用于机械电气控制系统中，成为当前机电一体化系统控制的重要技术。因此，本文将对伺服传动技术的基本工作组成及其系统设计展开分析，为实际的机电一体化技术的发展提供参考。

2、伺服传动系统结构组成

整个伺服系统结构组成并不复杂，它是有几个基本元件共同组成，并且彼此之间存在着指令的加工和分析[2]，如图1所示。

从系统的结构组成分析，整个伺服传动控制系统工作大致包含四个环节：比较环节，控制调节环节，执行环节以及检测环节。当输入指令进入整个系统之后，指令信号将被各个环节进行加工，从而最终获得指令的反馈。

比较环节。比较环节是信号处理、分析的第一个环节，通过对输入信号与反馈信号进行比较，从而计算出输出与输入信号之间的差别。如果二者具有较大的差别，那么说明系统对于信号的处理存在问题，可以通过对系统进行一定的调节而校准。

控制调节环节。控制调节环节是对比较环节的信号分析做出的空盒子和调节，通过对信号差别的变化，从而做出正确的指令，这一环节主要通过计算机或PID控制电路完成。

执行环节。执行环节是控制系统的指令完成的主要环节，它将调节元件的输出的信号转化为实际的机械能。在实际的机电一体化系统中，执行元件通常指种电机或液压、气动伺服机构等。

检测环节。检测环节是对输出信号进行检测与反馈的过程，在机电一体化中是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。

伺服传动系统的分类方式和类型有多种[3]，例如，根据控制原理（或方式）的不同，分为：闭环、半闭环和开环三种形式；根据被控制量性质不同，分为：速度、位移、力和力矩等伺服系统形式；按驱动方式的不同，又分为：有电气、液压和气压等伺服驱动形式；按执行元件的不同，则分为交流电机伺服、直流电机伺服和步进电机伺服形式等。但是无论是那种形式，其传动系统的组成都是类似的，各个环节之间的协作形成了统一的整体。

3、伺服传动系统的工业设计

伺服传动系统的设计是建立在系统组成确定的基础上展开的，整体系统的工业设计主要包括两个方面：方案设计和系统设计计算。本将以开环控制位置伺服系统作为实例对系统的设计进行分析。

3.1系统设计的方案确定

系统设计的方案确定实际上是对系统的各个组成环节进行确定，从而为完整的系统选择有效的设备。在开环伺服系统中，各个元件的选择原则如下。

执行元件的选择。执行元件是控制信号与设备之间的连接，是整体系统工作核心。在开环伺服系统中，执行元件主要采用步进电机、液压伺服阀控制的液压马达和液压缸、气压伺服阀控制的气压马达和气压缸等。在系统设计中，步进电机应用最为广泛，如果负荷能力不足，则要考虑用其他的设备。总之，在执行元件的设计时，要充分考虑设备的负载能力、调速范围、体积、成本等因素。

传动元件的选择。传动机构实质上是执行元件和执行机构之间的一个机械接口，用于对运动和力进行变换和传递，伺服系统中执行元件以输出转速和转矩为主，而执行机构多为直线运动或旋转运动。最常用的传动方式包括齿轮齿条传动、丝杠螺母传动、同步齿型带传动、以及直线电机传动。每种传动方式起到的作用是不同的，不同方式的伺服传动系统要根据传动方式进行元件选择。

控制元件的选择。控制元件的选择较为简单，当前开环伺服系统的控制元件主要包括微机、步进电机控制方式、驱动电路、接口电路等。

3.2系统设计计算

对于开环伺服传动系统，不仅要确定各个元件，还必须根据系统的要求进行一定的机械计算。计算的内容主要包括脉冲当量以及减速传动比。

（1）脉冲当量的计算

不同的执行元件其脉冲当量是不同的，以步进电机为例，在精密机床中，脉冲当量一般在0.001-0.0025mm/pulse；数控机床一般为0.005～0.01mm/pulse；一般机床为0.1～0.15mm/pulse。

在系统设计时，先根据系统的要求度选定脉冲当量的范围，再根据负载确定步进电机的参数，并选定丝杠的导程，计算出传动比，最后设计传动齿轮的各参数。

（2）计算减速传动比

减速传动比是伺服传动系统重要的参数，通过数值大小来确定传动方式，其计算公式为：

其中，i表示减速传动比，α表示步进电机负载参数，p表示丝杠的导程，δ表示脉冲当量。

在设计过程中，当计算出的传动比较小时，采用一级齿轮传动或同步带传动；传动比较大时，采用多级齿轮传动。

参考文献

[1]周保牛，黄俊桂.具有伺服进给功能的数控主传动系统的研制[J].机床与液压，2009，10

第5篇：机电系统设计范文

关键词：机电作动器 DSP 监控

中图分类号：U674 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）01（a）-0041-02

飞机作动系统逐步由传统的液压作动方式向电力作动方式转变[1-2]。为了提高电力作动系统的可靠性，国内外许多先进飞机采用多舵面，多余度的控制方式[3-4]，这一趋势导致机电作动器控制数量的增加。同时，现代先进飞机对安全性能要求的提高，对机电作动器可靠性的要求也不断提高。对多个机电作动器的有效控制以及状态的实时监控显得尤为重要。传统的检测方式包括定期检测和巡回检测等，难以满足系统安全性的要求[5]，为了提高工作效率、运行可靠性，设计了一种既能满足多个机电作动器的控制需求又能对其运行状态在线监控与分析的系统。

1 总体介绍

机电作动系统中的机电作动器通过CAN总线进行通信，从而实现各个机电作动器的协调控制，由于每个机电作动器采用相似结构，所以多机电作动系统的硬件设计主要是单个机电作动器的硬件设计。单个机电作动器的控制系统由控制器、光电隔离电路、驱动电路、电机、传动装置以及传感器组成。控制器采用TMS320F28335控制芯片。

2 系统硬件设计

机电作动器是由控制器，驱动电路、电机以及传动装置构成[6]，系统的硬件设计主要包括电源电路，数据采集电路，以及通信电路，从而实现对多机电作动系统的控制以及对其状态的监控。

2.1 电源电路

在机电作动系统中，DSP的I/O口供电电压为+3.3 V，内核供电电压为+1.9 V，电路的供电电压是+5 V，驱动电路中的IGBT管则需要+15 V的供电电压，所以电源电路需要提供的直流电压有+15 V，+5 V，+3.3 V，+1.9 V。将电网中的交流电通过整流、滤波、稳压电路转换成直流电，提供+15 V，+5 V电压。采用TPS73HD301芯片，它是一个双通道电压输出变换器，输入电压为+5 V，输出电压分别是+3.3 V和+1.9 V，满足了系统要求。

2.2 数据采集电路

F28335上集成16通道的ADC模块，实现对系统中电流电压等信息的采集。系统外部时钟配置为30 MHz，采样带宽是12.5 MSPS。传感器采集的信号多为模拟信号，而且信号噪声较大，一般不能被控制器直接使用，所以需要通过信号调理电路对这些传感器信号进行放大或者缩小，达到指定的范围内，然后送入到控制器A/D转换通道转换成数字信号。信号调理电路一般由放大器以及相关的滤波电容和滤波电阻组成，系统采用集成运算放大器OP4177。

2.3 通信电路

TMS320F28335上有两个加强型CAN总线模块eCAN，不仅可以实现机电作动器之间的通信的，同时还可以实现与上位机之间的通信。CAN总线和工控机之间的通信需要加入CAN/RS232协议转换接口卡。CAN总线控制器采用PHILIPS公司的SJA1000。CAN总线和CAN控制器之间通过接口电路相连，根据CAN总线通信协议进行信号的传送和接收。CAN总线接口芯片采用PHILIPS公司PCA82C50。

2.4 抗干扰设计

在硬件设计中常常需要考虑电磁干扰的问题，在该系统中采取的抗干扰措施主要包括：（1）在设计PCB板设计的时候，导线间、元器件之间的间隔稍大些，设计地线时数字信号地和模拟信号地分开；（2）采取隔离措施，采用隔离元器件将部分大功率器件进行隔离。（3）提高电源的抗干扰性，如采用滤波芯片。

3 系统软件设计

3.1 系统级控制

系统控制程序主要包括以下几个部分：系统初始化程序、中断子程序、EV模块数据采集子程序、ADC模块数据采集子程序、状态数据分析子程序、数据传输子程序。

3.2 信号处理

系统采集的信号噪声较大，需要对这些信号进行预处理工作，主要通过FFT算法来实现主要包括以下几个部分。

（1）为了消除采集信号中不规则的随机干扰噪声信号，采用平均消除法，对数据进行标定变换，从而消除高频噪声。如式（1）所示：

均方根值亦称为有效值，是噪声信号的能量的一种表达。

离散随机信号的方差表达式为：

系统采用离散傅里叶变换，对数据进行频谱分析，得到幅值和相位谱。幅值可以用来描述信号大小随频率变化的分布情况，相位谱反应信号各个频率相位角的分布情况。

4 实验验证

该实验是对无刷直流电机A相绕组电流进行分析。选择采样数据其中5 000个点，去均值后得到系统状态的时域数据，求其均值、均方根植、方差获得时域特征值。经过傅里叶变换，转换到频域进行分析，通过上位机显示模块进行显示。并将生成的历史数据进行保存，以观测系统的变化及其发展趋势，系统画出了连续采样40组电流数据的特征参数，每组5 000个数据点数，均方根值趋势图如图1所示。趋势图采用定时刷新模式，以实现对系统的实时监控。

5 结语

采用DSP芯片TMS320F28335设计多机电作动器实时监控系统。利用DSP丰富的外设接口实现对机电作动器的控制以及信号采集，通过CAN总线实现系统的分布式控制和数据共享以及和上位机的连接。通过上位机对采集的数据进行处理，从而判定系统的工作状态。满足了系统远程故障监控的需求。

参考文献

[1] Musab Bari，Christy Roof，Amit Oza.The Future of Electric Aircraft[C]//51st AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition.2013：1-10.

[2] Imon Chakraborty，David Trawick，David Jackson，etal.Electric Control Surface Actuator Design Optimization and Allocation for the More Electric Aircraft[C]//AIAA Aviation 2013 Aviation Technology， Integration， and Operations Conference.2013.

[3] 张巍，朱耀忠.“多电”控制舵面作动器――下一代运输机的一个方案[J].电力电子，2006（4）：15-18.

[4] 严仰光，秦海鸥，龚春英，等.多电飞机与电力电子[J].南京航空航天大学学报，2014，46（1）：11-18.

第6篇：机电系统设计范文

关键词：机电一体化；数学建模；项目教学

Exploring of teaching reform for the course of design of mechatronics system

Ding Wenzheng1, Wang Juan2, Wang Mulan1

1. Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China

2. Jiangsu institute of economic & trade technology, Nanjing, 211168, China

Abstract: A new teaching mode was suggested according to the characteristic of the course of design of mechatronics system. Mathematical modeling method and project-teaching method were implemented in this mode. The teaching reform scheme was presented which included the project task, refinable teaching and teaching by oneselves, and a new assessing approach was established which was focus on the ability of the students. By this teaching mode, we hope that the students could improve the ability of solving the practical engineering problems through abstracting the model.

Key words: mechatronics; mathematical modeling; project-teaching

在高等教育进入普及化的今天，应用型人才越来越受到社会的重视。所谓应用型人才，是指面对实际问题，具有解决实际问题能力的人。工程问题错综复杂，如何在教学中培养这种能力呢？关键就在于让学生搞清“模型”的意义。因为“模型”反映的是事物的本质，是对客观事物的近似描述。我们要引导学生提出“模型”，通过抓“模型”，教给学生提出问题、分析问题、解决问题的方法。

机电一体化系统设计作为机械制造及自动化本科专业的专业课程，是对基础课、专业基础课等知识内容的综合应用，是理论与工程结合的前沿课程。目前按照知识体系划分的教学模式，往往造成学生虽然学习了各个模块的知识，但因缺乏对工程对象的总体认识和把握，使得在系统层面上的设计和应用能力较弱。为此，笔者围绕应用型人才的培养目标，结合南京工程学院在应用型人才培养方面的教学改革实践，探讨在机电一体化系统设计课程教学中，融入数学建模和项目教学两种方法，在项目任务中加强数学建模和数字仿真分析的内容，培养学生提炼模型，通过模型分析、解决实际工程问题的能力。

1 机电一体化系统设计课程分析

机电一体化是机械工业的发展方向，但机电一体化系统设计是机械技术和电子技术的有机融合，以此实现系统构成的最佳化。如果按照知识体系划分进行教学，每个知识模块的内容都不能深入探讨，教与学都是蜻蜓点水，而且知识模块之间的衔接脱节现象比较严重，在最后的应用案例讲解时，学生基本只能被动接受，至于为什么这样设计或这样的方案是否最佳普遍比较模糊。如何引导学生从总体上进行系统分析和设计是这门课教学探索的第一个基本点。

另外课程的教学内容在很大程度上受到了教材的限制，而且技术性的课程如果没有实际的操作，教学很容易陷入教师主导的“空对空”局面，教师对着多媒体讲，学生对着多媒体听，一起纸上谈兵。所以如何改革教学内容、教学方式，发挥学生学习的主动性是教学探索的第二个基本点。

针对以上分析，笔者提出综合数学建模和项目教学两者特点的教学改革措施，增加项目教学内容，重点引入“系统”的概念，引导学生运用系统的观点对项目任务进行数学建模，进而分析解决问题。

2 教学方案设置

我们根据机电一体化系统设计课程特点，设置了以项目任务为主，以知识精讲和自学自研为辅的教学方案。

(1)知识精讲。以知识体系为主线，精讲内容少而精，引导学生多角度、深层次地理解课程内容。精讲以教师为主，重点是课程内容中知识模块之间的衔接融合部分。这部分交叉内容往往是学生学习的难点，通过点的精讲，以点带面，达到知识的融会贯通。例如在讲授执行装置和机械系统两部分内容时，略去执行装置和机械系统本身的结构和特性分析，突出讲解执行元件与机械系统结合中的问题，像机电系统的惯量匹配就是一个难点。为了讲清这个问题，可以从学生已知的牛顿定律入手，进行对比分析，了解惯量匹配的目的是为了更好地实现系统的稳定性和快速性。此外考虑到理论理解的难度，可以利用多媒体播放惯量匹配对加工精度影响的实验，将抽象问题形象化、具体化。

(2)项目任务。项目任务以学生完成为主，但任务的设计要求教师精心准备。项目都来自工程实际，需经过提炼整理才能达到教学目的，要求设计出项目任务知识覆盖面广，能贯穿课程的大部分内容，更重要的是要体现“系统”的概念，引导学生用系统的观点分析问题，建立数学模型。模型不能太简单，要体现数学建模的反复过程：即“项目分析―模型提炼―系统建模―软件求解―结果分析―模型修正―应用”。基于上述目标，我们设置了“数控机床半闭环伺服进给系统设计”的项目任务，要求各个小组首先设计搭建一个单滑台的半闭环伺服进给系统，然后按照物理系统建立运动控制性能的数学模型，以模型计算结果和实际系统测量结果的偏差为考核依据。项目开始就提醒学生要注意从系统的层面上分析影响运动控制性能的因素，既包括控制系统，也包括伺服系统，还包括机械系统。尤其是机械系统不能简单地只考虑无阻尼自然频率和阻尼比对滑台动态特性的影响，还要考虑到滚珠丝杠的间隙、滑台的摩擦等非线性因素的影响。指导学生在系统模型建立之后通过与实测结果的对比，反复修正数学模型，调整物理系统，搞清模型的意义，更深刻地认识物理系统的本质。

这样综合性的项目任务，学生初次碰到肯定觉得有难度，会占用大量的教学时间，因此项目教学要充分利用课余时间进行集中辅导。另外在课堂教学中适当增加部分简单案例介绍供学生自学研究和模仿参照，提高学生的主动性和项目教学的效果。

(3)自学自研。机电一体化作为一门交叉学科，课堂讲授内容总是有限，安排自学自研，可以开拓学生的专业视野，提高自学能力。首先在教材上打破“学一门课只读一本书”的现象，引导学生围绕项目任务研读几本推荐教材，然后根据实际需要自主选取所需的教材内容，进行知识构建，教师可以综合不同学生的知识需要，作为精讲内容的补充。另外，根据项目任务的需要，要求学生学会数学建模和相关建模软件的编程方法，提高工具知识的应用能力。

3 考核方案设置

教学方案的改革要求考核方式也要多样化。针对基本概念、理论和计算仍采取闭卷考核。但项目任务的完成是团队协作和综合能力的体现，这主要通过探索性表现、创新性表现、任务结果以及小组报告等综合评定。自学自研则以专题报告的方式检查，安排学生之间的互评。这样的组合考核方法，既能让学生以主动探索、积极动手的轻松心态完成知识的学习，又能培养和锻炼学生的综合能力。

在机电一体化系统设计教学中，通过项目任务加强学生系统分析和数学建模的训练，有助于提升学生分析解决实际工程问题的能力。同时教学方式的变革也提高了对教师的要求，因为项目任务源自工程实践，要求教师不断地参与科研项目，追踪学科前沿，随时更新教学素材。培养应用型人才，教学改革势在必行，希望通过笔者的探索，推进机电一体化系统设计课程的教学改革，培养出具有解决实际工程问题能力的人才。

参考文献

[1] 陈冬,张立新,贾文敬.数学素质与应用型人才[J].大学数学,2006,22(4):11-13.

[2] 方荣.如何培养有创新精神的人―钱伟长教授谈教育创新[J].群言,2001,1:4-7.

第7篇：机电系统设计范文

【关键词】煤矿机电；安全；监查

1.硬件结构设计

该煤矿安检设备的基本功能有：煤矿各工作面瓦斯浓度的实时采集记录并显示；瓦斯浓度超标报警；井下风速采集记录；负压（压力力）记录；一氧化碳浓度采集记录；温度采集记录；水泵电机工作状态；风机工作状态；绞车工作状态；电源过压报警；失流报警；缺相报警；班次产量记录；开关量采集及设备控制；载波数据传输；GSM/GPRS无线通信；参数设置；数据存储；电源自动切换管理以及系统自检等功能。设备分为井下数据采集终端和地面数据集中器两部分。

2.采集终端设计

数据采集终端是用来采集、监测、控制井下设备状态并将数据记录上传给集中器的装置，可同时采集16路的开关量和16路模拟量，并经A/D转换形成数字量，安装在井下防爆箱内。它为各类传感器提供工作电源，并以RS485总线方式通信；与集中器间以载波通信方式进行数据交换。集中器间采用载波通信方式，集中器可定时或随时召唤井下各设备参数并存储。

瓦斯传感器安装在井下各采煤工作面及巷道上，以采集不同点的瓦斯浓度。量程为0-4%CH4，供电方式采取采集器统一直流l5V供电，保障其安全性。当井下瓦斯浓度超标时，采集终端发出报警，报警灯不停闪烁的同时又通过语音报警以提示人员进行紧急撤离。同时监控室里的集中器也发出报警，提醒地勤人员采取紧急措施。另外，在报警同时打开风门及风机进行抽风，以降低瓦斯浓度。同样，当井下一氧化碳浓度超标也会发出报警。需注意的是，由于气敏传感器都有一定的使用寿命，因此最好一年更换一次传感器，以保障测量的准确性。

巷道风量的测量采用矿用智能风量传感器，期，其测量范围为风速0.3-15m/s；坑道断面积小于30m2；允许误差小于+0.3m/s；重复性误差读数值+1%；输出信号为200-1000Hz/5-15Hz或4-20mA/1-5mA；工作电压为Dcl5v；工作电流小于60mA；换能器工作频率为l40-150kHz。经A/D转换（或v/F转换）后，可测得其通风量的大小，以了解井下空气质量等。

由于井下到处都是易燃的煤，因此，当温度过高时极易发生自燃的情况；由于井下燃烧为不完全燃烧，因此会产生大量的一氧化碳。上述情况会导致井下人员的一氧化碳中毒，当遇到明火时还会产生爆炸。因此井下温度的测量很重要，尤其对于那些井下较干燥的矿井显得更加必要。根据现场情况可安装多个温度测量点以监控井下温度的变化。

井下巷道均由钢架或木架支撑，为防止冒顶、坍塌等危险情况造成人员重大伤亡和财产损失，井下需要实时巡检巷道压力情况，并及时整修。因此，在承重架下安装压力传感器实现压力应变的实时监测，可及时检测到出现的险情，从而能够避免重大事故的发生。

井下设备大多为防爆型没备，因此价格较一般同类型非防爆设备高许多。当出现过压、失流、缺相或三相不平衡等情况时，常会烧坏电机造成停产，从而造成重大的损失。为尽量杜绝或减少出现此类状况后造成损失。在电机进线上安装精密的电压、电流互感器，实时监测电压电流的变化。当出现非正常变化时及时报警，超出预定值时自动断开电源以保障没备的安全。

井下设备的工作状态是否正常对安全生产：非常重要，因此对风机、水泵、绞车等重大没备工作状态的监测是采集终端的另一重要功能。实时监测这些设备的二次触点等开关量，然后经光电隔离、整形、限流电路接到单片机端门，单片机可根据这些开关状态来判定设备的工作状态。另外，主控室还可通过集中器向采集终端下发某设备工作状态命令。

3.数据集中器设计

数据集中器是放置在主控室用来汇集、监测井下设备运行状况、对异常情况进行报警及显示，并能上传的设备。同时，它还具有对地面绞车运行状况实时监控、计量提升煤罐次数并计算生产量的功能。数据集中器可同时管理多个井矿下的采集终端设备，采用大容量掉电非遗失数据存储器NVRAM，对井下各测量点数据可进行定间隔（1-60mim可设）存储一个月的数据；可根据矿上生产情况设定班次及上下班交接时间，同时采集、计算并保存当前班、上一班、上上一班的生产量作为工人工作量核算的依据。采集方法是：在罐笼提升绞车电机进线上安装电压、电流互感器，利用绞车档位控制开关的空触点进行上下、档位的辨别，根据罐笼提升重量的变化导致电机输出功率的变化来判别出是空罐、上下人员还是煤罐。需注意的一点是：由于厂矿电压昼夜变化都较大，因此根据公式P=U×I可看出当电压变化时电流也随着变化.电流互感器感应电流也会随着变化，另外还会出现提升过程中罐笼撞绑导致感应电流瞬时过大的情况，也会有为防止罐笼过度摇摆出现危险而在提升过程中暂停（也叫稳绳）的情况。所以，在实际应用中对提升过程采集的信号经A/D转换后，还需要进行求平均值以及设置稳绳时间、空罐重量参数、正常罐重参数、超重报警参数等参数的没置。根据提升有效罐次乘以标准罐煤重量计算出当前班次的产量，到换班时间没备自动进行换班存储，将当前班次产量转存为上一班次，上一班次转存为上上班次，依次循环。对于小型煤矿，这样的产量统计方式可以避免因错计、漏计、少计的人为因素而导致矛盾的发生。

为便于进行参数的设置，集中器还具有人机接口。液晶显示采用清华蓬远公司内藏T6963C控制器的液晶模块，分辨率为128×64点阵，能显示汉字和图形，可当地通过键盘进行参数设置、远动控制操作等。实时刷新显示井下各采样点的数据及各设备开关状态，当井下瓦斯浓度、温度、负压、一氧化碳浓度等超标时，集中器面板上各对应报警LED进行闪烁报警、并显示出报警点所在位置，同时伴有语音报警。

集中器与采集终端之间通过低压电力线进行载波通信，可实时召唤、存储各采集终端下属设备当前状态字及数据.并讲行显示。用户可通过RS232串口、红外或RS485接口实现本地计算机与集中器的数据交换，也可通过计算机经集中器对各设备进行开、停控制。本方案中还增加了GSM/GPRS通信方式，当设备出现重大报警时，集中器自动将报警内容通过短消息的形式发给预定义好的手机，或者通过GPRS式将各数据记录及报警记录上传到主管部门的计算机。这样做可以实现无人值守的要求。

4.软件设计

本方案所涉及到的软件设计包括三部分：运行于数据采集终端中的数据采集、报警、控制及通信程序；运行于数据集中器中的数据采集、通信、报警及人机接口程序；运行于PC机上的后台监控、数据库等程序。

数据采集终端中的程序采用C51语言编写，数据集中器中的程序也采用C51语言编写，PC机上的后台监控程序即图形界面用户应用程序，是通过Vistlal C++开发环境编写的，采用串行口中断的异步通信方式实现与无线MODEM通信；后台数据库程序采用Microsoft SQL Server2000编写。

第8篇：机电系统设计范文

关键字： 起重机；异步电动机；矢量变频控制；DSP

1. 引言

起重机是现代工业生产不可或缺的机械设备，被广泛地应用于各行各业中。起重机需要在短时间内频繁启制动，对调速系统提出了更高的要求，传统的转子串电阻调速、定子调压调速、串级调速存在调速范围小、启动电流对电网冲击大、功率因数低、故障率较高等问题。

随着微电子技术、电力电子技术的飞速发展，加之工业对生产效率和产品质量要求的不断提高，交流变频调速技术得到了越来越广泛的应用 。变频调速，通过改变电动机电源频率来改变电动机的速度，调速范围大，运动平滑性能好，可实现恒功率或恒转矩调速以适应不同负载的要求，且由于逆变器的反馈作用，对控制目的的精确度也更高[1]。变频调速以其优异的启、制动性能，高效率和节能效果，在起重机上有着广阔的应用前景。

2. 三相异步电机的矢量控制原理

三相异步电机是一个多变量、时变、非线性、强耦合的系统，要分析其微分方程组是十分复杂的。采用标量控制的策略，其控制效果不是十分理想，为了从根本上解决上述问题，研究学者们提出了交流电机的矢量控制思想，矢量控制是为了改善转矩控制的性能，通过对定子电流的控制，进而实现对电磁转矩的控制。其基本原理是：利用坐标变化原理把交流电机模拟成直流电机进行控制，在磁场定向坐标上，把电流矢量分解成励磁电流分量和转矩电流分量，并使两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节控制[2]，其关键是对电流矢量幅值和空间位置（频率和相位）的控制。通过检测或估计电机转子磁通位置及幅值来控制定子电流和电压，电机的转矩便只和磁通、电流相关，这样便与直流电机的控制相似，可以获得高质量的控制性能。

3. 三相异步电机的矢量控制策略分析

整个矢量控制系统由整流和逆变模块、SVPWM调制模块、位置和速度估算模块以及速度和电流环PI控制调节等五大模块组成。

具体控制过程是：通过对定子三相其中两相电流的检测，得到电流 和 ，然后经过Clarke变换、Park变换，得到M-T坐标系下检测电流 、 。再通过编码器模块得到电机转速，将电机的给定速度与电机实际转速相比后，作为速度PI的输入，经调节输出T轴电流给定值 。M轴电流给定 ，M、T轴电流分别与各自的实际检测值相比较后，分别经电流PI调节，输出MT轴电压 和 ，再经过Park逆变化后，得到两相静止坐标下的电压值 及 。之后便是要确定 及 的合成矢量位于空间电压矢量所围成的六个扇区中的哪一个扇区内，选择合适的零矢量并计算该扇区内相邻两电压矢量以及零矢量各自占用的时间[3]。从而设定DSP中相应事件管理器各寄存器的值，输出六路PWM驱动IGBT，产生频率和幅值可变的三相正弦电流，驱动电机，实现完整的速度FOC控制。控制系统框图如图1所示。

图1 异步电动机的矢量控制系统框图

4.1 起重机电机驱动系统的硬件设计

整个矢量控制硬件系统主要由主电路，控制电路和辅助电路构成。主电路由整流滤波电路、逆变电路和异步电机组成。逆变电路由六个IGBT功率开关完成功率的转换，为了保护系统的核心器件，功率驱动电路采用了光耦隔离驱动方式。控制电路以TI公司的TMS320F2812为核心芯片，主要完成电机的电流环、速度环的控制及相关算法的实现。辅助电路主要是相电流检测电路、直流侧母线电压检测电路，以及一些电源电路组成[4]。其整个系统硬件原理图如图2所示。

图2 三相异步电机的驱动系统硬件结构图

4.1 驱动电路的设计

系统采用三相全桥式控制驱动电路，采用的IGBT是Fairchild（仙童）公司的FGA25N120，最高电流可达25A，最高电压可达1200V，其供电电压是15V。图中Q1-Q6是6个IGBT，IGBT1_H～ IGBT3_H是上桥臂驱动信号，IGBT1_L～ IGBT3_L是下桥臂驱动信号。

4.2 桥臂驱动电路的设计

对于由功率开关器件组成的逆变器，门极驱动和保护系统显得尤其重要。门极驱动装置，除了提供开关信号，还应尽可能地保护器件，避免出现管子烧坏的现象。本设计系统中选用了美国IR公司的集成驱动芯片IR2110S来驱动功率开关，可以独立驱动一个桥臂的上下两个功率管，芯片具有一个制动输入信号SD，当过流或是上下桥臂同时导通时，此信号为高电平，封锁PWM的输出，实现器件的保护[5]。在驱动电路中，为了保护驱动芯片，采用光耦隔离方式来控制IR2110S。采用的是6N137光耦合器，是一款用于单通道的高速光耦合器，具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，与LSTTL/TTL兼容。其中一个桥臂驱动电路如图4所示。

图3 三相全控桥电路

图4 单桥臂驱动电路

5. 起重机电机驱动系统的软件设计

矢量控制算法在定时器的下溢中断函数中完成，切入闭环控制后，先执行相电流AD采样函数，把其中的两相相电流赋值给Clarke和Park模块中对应的参数，然后在速度环采样周期中估算当前电机的转速，对给定速度和反馈速度之差进行速度环的PI调节，其PI调节器输出结果作为T轴电流PI调节器的电流参考值，之后对M轴和T轴电流进行PI调节，其结果通过相应的函数计算处理后赋值给通用定时器的比较寄存器CMPR1，CMPR2，CMPR3，确定下一个开关周期的占空比，最后由全比较器输出6路极性两两相反、死区时间可调的PWM波。全数字控制系统的总体软件流程如图5所示。

图5 总体软件控制流程图

6. 结论

试验表明，本文设计的起重机电机矢量变频调速控制系统，通过设定系统软件的参数，使起重机可根据负载重量的变化自动切换起升工作速度和实现大、小车行走速度的平滑调节，减小了起重机各运行机构的起制动冲击，同时在一定程度也减少了工作时的振动和噪音。整个调速控制系统运行效率高、发热损耗少，节能效果良好。

参考文献

[1] 王小明，卢志强. 起重机变频调速控制技术[J].机械工程与自动化，2009（5）：186-187.

[2] 李祥峰. 基于TMS320F2812全数字永磁同步电机伺服系统的研究与设计[D]. 山东： 山东大学， 2009：23-24.

[3] 顾军.基于DSP的永磁同步电机无传感器矢量控制系统研究[D].南京：南京航空航天大学，2006：22-23.

[4] International Rectifier. IR2110SPbF/IR2113SPbF high and low side drive[J]. 2005， 1-2.

[5] 王庆龙.交流电机矢量控制系统滑模变结构控制策略研究[D]. 合肥： 合肥大学，2007：82-86.

第9篇：机电系统设计范文

关键词：防爆电机电磁设计 管理系统

电机的设计包括电磁设计和结构设计。那么电磁设计师作为电机设计的先行者，承担了电机设计的核心工作――电机的电气性能设计。现以防爆电机的电磁设计进行说明。

有经验的设计师在进行系列防爆电机产品的电磁设计时，全新设计要根据电机的防爆结构型式、防护等级、环境温度、海拔高度及其它环境参数等，再结合工厂的工艺制造水平和自己的工作经验来选取适合的参数进行电磁方案设计，而对于派生系列产品进行电磁设计时，可参照成熟产品的电磁参数进行个别计算参数调整达到技术要求以满足用户的需要。由于大多数的电磁设计软件的功能主要是方案设计，而对于方案的管理、存档方面的功能就显得苍白无力。大多数的电磁设计师一般会利用Windows操作系统加个人帐本进行管理。每个计算方案通过操作系统保存到本地磁盘，根据流水号分类进行管理，然后将流水号记录到账本上，方便以后查阅使用。这样的管理对于数据量小、设计种类少的小企业还是可行的。但对于系列产品多，种类杂的大企业来说，这样的管理满足不了企业及管理者的要求。每每查阅设计资料都需要从厚厚的账本中查出，然后到计算机上找到相应的文件。如果频繁使用查阅，就可能造成账本的老化和损坏，那么电磁设计师还需要对这些帐本数据重新整理，既费时又费力。那么如何简化劳动使电磁设计师有更多的精力和时间投入到新产品开发呢？于是我们开发了一个防爆电机电磁设计数据管理的软件系统，本文以哈尔滨理工大学孟大伟教授开发的几个电磁设计计算功能模块的输入、输出数据进行管理为例进行说明。

1 系统设计

为了使防爆电机电磁设计更加快捷，同时在功能上有可靠和保障，采用了后台数据库与前台应用程序相结合的方式来实现。

数据库方面，选择微软的Access桌面型数据库作为电磁数据管理系统的支撑平台。

应用程序设计方面，分两部分构成：

①系统数据库环境定制软件（YBDJConfig.exe）。

②电磁设计数据管理软件（YBDJProject.exe）。

2 开发语言的选择

能实现对数据库系统（信息管理系统）开发工具很多，目前主流的开发工具有Visual Basic 6.0、Visual C++、Delphi等。其中Visual Basic以其简洁易懂的语法、直观强大的IDE（集成开发环境）、丰富强大的数据库操作特性获得了大部分程序员的青睐，所以我们使用Visual Basic 6.0进行电磁设计数据管理软件开发。

3 功能模块的划分

就本例而言的防爆电磁设计管理软件需要包括：

①产品的分类分级管理，方便用户查阅。

②对不同类型的电磁单需要有单独的界面进行新增，编辑，保存等操作。

③对每个电磁单都应该有它的属性以及特征描述信息。

④具有条件查询的能力，实现对数据库进行快速的定位查找。

⑤能够输出电机的性能曲线，方便提供给用户曲线图。

⑥为其他系统（如：清华英泰PDM）提供存档的计算单。

下面对各功能模块分别进行叙述：

①对于产品的分类分级管理。这里我们采用目录树（TreeView控件）结构来实现。如下图1：这样通过目录树进行分类分级就可以把电磁数据分层次管理起来，查看时只需点击[+]号，系统会逐级展开直至找到所需要查看的数据方案。

②对于每一种类型如小型鼠笼电磁设计数据信息都有单独的界面进行输入，编辑，保存以及察看输出计算单的功能。如下图2为正在编辑的YB2隔爆电机电磁方案：

③对于在编辑界面中新增的计算单都可以为其添加一些描述信息，以方便设计师管理方案。如下图3为YB2-280-2 75kW 500V的描述信息内容：④为了更好的方便查询，程序满足对各个描述信息或具体的防爆电机电磁方案的设计参数进行数据查找，减少人工的检索提高工作效率。下图4为对描述信息进行的查找的结果：下图5为对防爆电机电磁方案的设计参数进行方案查找的结果：⑤能够自动输出电机的性能曲线到文件中，方便提供给用户曲线图。

由于核心的防爆电磁设计程序是DOS版，曲线输出是在显示屏上绘制的。这就导致无法将其保存为图片格式的文件。所以，在给用户提供防爆电机的特性曲线时，往往采用的手工的方式，通过电子表格（Excel）的图表功能进行曲线输出，显得十分繁琐，而且制作时间长，曲线显示不光滑，很难满足企业快速发展的需要。为了解决上述问题，防爆电磁管理系统对防爆电机的特性曲线各点数据利用三次样条曲线原理解析出曲线方程，然后在绘图容器中进行图形的绘制，并支持保存为位图文件。同时系统利用微软的ActiveX与OLE技术输出到Micro Word文档中（外供用）。并且曲线各点连接光滑，完全能够满足用户的需要。

下图6为系统输出的YB2-132M-4 9kW 440V 60Hz特殊设计防爆电机的[效率、功率因数VS输出功率]特性曲线图：⑥ 为其他系统（如：清华英泰PDM）提供存档的计算单。

该系统支持对于每个防爆电机的电磁方案的存档输出，满足企业对防爆电磁数据的整体管理存档的需要。

4 结束语

工欲善其事，必先利其器。在电子技术迅速发展的今天，利用电子计算机对电机进行设计和管理已经被广泛接受和采用。随着科学技术的发展，越来越多的技术被应用到电机设计中来，如：采用有限元法对电磁场进行仿真分析，可以解决传统方法解决不了的瞬态问题，对防爆电机结构进行强度、刚度、扭矩、剪切等受力分析，大大减少了设计过程中难以控制的技术难题。我们开发的防爆电机电磁设计管理系统软件已在我公司得到应用，并取得了良好的效果，受到了公司的嘉奖。但由于我们理论水平有限，本文难免出现疏漏，敬请见谅。

参考文献：

[1]计算机辅助电机设计.北京：机械工业出版社，1990.

[2]Visual Basic 数据库开发及工程实例.北京：人民邮电出版社，2003.