關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)中電機(jī)控制探討

楊建英

摘要： 我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)快速發(fā)展，其控制系統(tǒng)也隨之發(fā)展起來(lái)，且重要性與日俱增。目前諸多領(lǐng)域的大型電機(jī)仍有不少缺陷，需要控制系統(tǒng)更加完善。機(jī)電一體化，即機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的有機(jī)融合，將各自技術(shù)中的特點(diǎn)完美地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。以機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀為前提，探討該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)電機(jī)保護(hù)及控制方面的問(wèn)題，提出相應(yīng)的對(duì)策，分析行業(yè)前景，以期對(duì)行業(yè)技術(shù)人員有所借鑒。

關(guān)鍵詞： 機(jī)電一體化；電機(jī)；控制

1 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

1.1 機(jī)電一體化的發(fā)展歷程

機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展有三個(gè)階段，即發(fā)展初級(jí)階段、蓬勃發(fā)展階段和智能化發(fā)展階段。最初早在20實(shí)際60年代人們開(kāi)始利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。而由于軍事和工業(yè)發(fā)展的需求，當(dāng)時(shí)的人們對(duì)于這方面開(kāi)始重視，由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)水平發(fā)展不夠，技術(shù)結(jié)合與運(yùn)用還沒(méi)有得到深入發(fā)展。到上個(gè)世紀(jì)七八十年，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)開(kāi)始快速的發(fā)展為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。到了90年代后期，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。此外，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、光纖技術(shù)等領(lǐng)域巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了更好的條件。從數(shù)控機(jī)床的問(wèn)世到微電子技術(shù)的全新發(fā)展，進(jìn)而可編程序控制器、電力電子等的發(fā)展為機(jī)電一體化提供了堅(jiān)強(qiáng)基礎(chǔ)，最后激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使機(jī)電一體化躍上新臺(tái)階。

1.2 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

近些年來(lái)，機(jī)電一體化技術(shù)有了更全面的進(jìn)步，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制自動(dòng)診斷與保護(hù)等許多新的功能。目前一些電動(dòng)的實(shí)際運(yùn)行中依然存在著一定的問(wèn)題，比如執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)多、定位精度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差等問(wèn)題，因而對(duì)于這種情況，采用機(jī)電一體化技術(shù)，將伺服電機(jī)、閥門(mén)、控制器合為一體，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)內(nèi)置變頻器，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的高效控制。

2 機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制與保護(hù)存在的問(wèn)題

2.1 井下機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用存在的問(wèn)題

在井下機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用中對(duì)電機(jī)的控制與保護(hù)還存在著很多弱點(diǎn)，如鼠籠式異步電機(jī)屬于電機(jī)控制與保護(hù)中最薄弱的環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)應(yīng)用不當(dāng)所引起的電機(jī)運(yùn)行故障很多，約占整個(gè)電機(jī)設(shè)備故障的一半以上。因此，有關(guān)人員必須要將井下的電機(jī)設(shè)備的電機(jī)控制與保護(hù)重視起來(lái)，要研發(fā)性能更為可靠的電機(jī)控制保護(hù)裝置。

2.2 電機(jī)控制保護(hù)裝置的使用難以達(dá)到需求

在現(xiàn)階段，所使用的電機(jī)控制保護(hù)裝置還不夠發(fā)達(dá)，尚未達(dá)到機(jī)電一體化應(yīng)用中的電機(jī)控制與保護(hù)的需求。因?yàn)樗褂玫碾姍C(jī)控制保護(hù)裝置多是憑借電熱原理和電磁原理，利用熱繼電器的過(guò)載保護(hù)功能和熔斷器的短路保護(hù)而進(jìn)行的，由于這種零部件本身的不足，導(dǎo)致機(jī)電控制與保護(hù)還存在缺陷，因此，在機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要將設(shè)計(jì)、控制與保護(hù)融為一體、綜合考慮，使電機(jī)控制與保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)多樣化和全面化。

3 機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制與保護(hù)的措施

3.1 對(duì)閥門(mén)與速度的控制

在電機(jī)控制保護(hù)裝置的實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)閥門(mén)和速度的控制是不可缺少的。在我國(guó)主要采用的是雙環(huán)控制方案，其中內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)的目的是為實(shí)現(xiàn)對(duì)于電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與控制而進(jìn)行的一系列操作，這個(gè)目的是通過(guò)使用速度調(diào)節(jié)器，將PWM波發(fā)生器的載波頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)而達(dá)到的。外環(huán)的作用是向內(nèi)環(huán)提供相應(yīng)的速度設(shè)定值，這一過(guò)程是根據(jù)外環(huán)的當(dāng)前位置速度設(shè)定，并使用速度給定發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3.2 對(duì)電流電壓的準(zhǔn)確檢測(cè)

在對(duì)機(jī)電一體化中電機(jī)控制與保護(hù)裝置的應(yīng)用中，對(duì)于電流、電壓的檢測(cè)也是不可忽視的，因?yàn)閷?duì)二者的正確檢測(cè)有益于電機(jī)力矩、斷相保護(hù)、逆變模塊等故障的診斷。但是使用一般的電流、電壓互感器是很難達(dá)到此要求的，為了快速診斷故障排除問(wèn)題，要采用霍爾型電流互感器和IPM輸出電壓采用分壓電路的方式對(duì)IPM輸出三相電流和電壓進(jìn)行檢測(cè)，從而達(dá)到電機(jī)控制與保護(hù)的要求。

3.3 機(jī)電一體化中電機(jī)的運(yùn)行維護(hù)

機(jī)械工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)不斷提出新的要求，而現(xiàn)代科技技術(shù)的飛速發(fā)展又為電機(jī)的保護(hù)水平的提高提供了新的空問(wèn)。然而再先進(jìn)的技術(shù)都需要依靠人為的操控，因此，對(duì)于電機(jī)的運(yùn)行維護(hù)是確保電機(jī)的機(jī)電一體化技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)的重要前提。在這里把電機(jī)的維護(hù)分為三個(gè)方面，一個(gè)是電機(jī)運(yùn)行前的準(zhǔn)備，一個(gè)是電機(jī)運(yùn)行中的監(jiān)管，還一個(gè)是電機(jī)的日常保養(yǎng)。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前需要檢查電源是否有電，觀察啟動(dòng)器是否正常、熔絲規(guī)格大小是否合適，檢查傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)了和負(fù)載機(jī)械的轉(zhuǎn)軸、電動(dòng)機(jī)及啟動(dòng)電器外殼是否接地、負(fù)載機(jī)械是否妥善地作好了啟動(dòng)準(zhǔn)備。接通電源后，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)注意觀察電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、負(fù)載機(jī)械的工作情況，如果發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即切斷電源。對(duì)于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的監(jiān)視，要時(shí)刻注意電動(dòng)機(jī)的電壓與電流，關(guān)注電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、響聲和氣味，注意傳動(dòng)裝置的檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，減少或避免故障的發(fā)門(mén)。而對(duì)于電動(dòng)機(jī)保護(hù)除了運(yùn)行過(guò)程中注意監(jiān)視和維護(hù)外還應(yīng)進(jìn)行定期檢查和保養(yǎng)。

3.2 電機(jī)保護(hù)控制裝置發(fā)展趨勢(shì)及前景

電機(jī)控制保護(hù)現(xiàn)狀是缺乏思路創(chuàng)新和科技創(chuàng)新，近幾年針對(duì)這些問(wèn)題提出一些新的理論方法，期望推進(jìn)該事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。通過(guò)仿真計(jì)算和故障建模，并引入突破量、相位量、諧波份量、阻抗量、序份量等多種對(duì)電機(jī)故障敏感的檢測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并作相應(yīng)判斷和分析，把這些工作量提前做好的話，不但可以大大提高保護(hù)控制裝置的精度和靈感度，還可以為以后的理論研究提供依據(jù)，為今后的突破進(jìn)展提供依據(jù)。新技術(shù)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)（例如在線監(jiān)測(cè)保護(hù)控制裝置的應(yīng)用等）也是電機(jī)控制保護(hù)裝置的一個(gè)重要方面。利用新的技術(shù)產(chǎn)品（例如高頻電磁波、位移、振動(dòng)、紅線、機(jī)械、電、熱、光、聲等）和理論對(duì)電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)各種裝置輸出的信息通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行判斷，把反射的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，通過(guò)科學(xué)的分析和比對(duì)確定故障類(lèi)型和嚴(yán)重程度，最后再采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施等，這樣不僅能實(shí)現(xiàn)以上各種電機(jī)保護(hù)控制功能，更重要的是能在故障之前發(fā)出預(yù)警，達(dá)到提前防止故障發(fā)生，防患于未然。電機(jī)控制與保護(hù)裝置還有一項(xiàng)很重要的發(fā)展前景就是積極配套出廠電機(jī)保護(hù)控制裝置，根據(jù)國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)水平發(fā)現(xiàn)自己的不足和缺陷，并根據(jù)我國(guó)現(xiàn)實(shí)狀況具體設(shè)計(jì)規(guī)劃，力求適應(yīng)中國(guó)國(guó)情。所以說(shuō)我國(guó)在這一方面應(yīng)該像國(guó)外積極學(xué)習(xí)，發(fā)展配套運(yùn)行機(jī)制，使得購(gòu)買(mǎi)效率和使用效率都提高，避免了使用者配置不當(dāng)引起機(jī)器損毀，耐用率低下而花費(fèi)高昂，一方面使出產(chǎn)者的口碑提高和產(chǎn)品進(jìn)一步推廣全國(guó)乃至世界打下基礎(chǔ)。所以說(shuō)電機(jī)與其保護(hù)設(shè)備的配套不但能夠促進(jìn)彼此的使用效果，拓寬了電機(jī)事業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的道路，對(duì)整個(gè)機(jī)電事業(yè)的科學(xué)化、人文化、世界化都是一個(gè)不小的促進(jìn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著我國(guó)科技水平的快速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)的會(huì)得到不斷的提高，而電動(dòng)機(jī)作為扮演我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)中的重要角色，起著非常關(guān)鍵的作用。而對(duì)于機(jī)電一體化中的電機(jī)控制和保護(hù)技術(shù)也因此顯得格外重要，電動(dòng)機(jī)的高效率運(yùn)行是目前電機(jī)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，可見(jiàn)推廣高效率電動(dòng)機(jī)是非常有必要的。要從電動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展和運(yùn)行維護(hù)上進(jìn)行探討分析，以從根本上解決目前機(jī)電一體化中電機(jī)的高效問(wèn)題，同時(shí)也為將后的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]董新.關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)中電機(jī)控制探討.技術(shù)與市場(chǎng)，2018，25.06.135+137.

[2]王艷亮.對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)中電機(jī)控制的研究.《科技與企業(yè)》編輯部，2016：1.