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PFB0948GHE因?yàn)槿嗷旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)比二相步進(jìn)電機(jī)有更好的低速平穩(wěn)性及輸出力矩，所以三相混合式步進(jìn)電機(jī)比二相步進(jìn)電機(jī)有更好應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)控制方法都是以硬件比較器完成，本文主要講述使用DSP及空間矢量算法SVPWM來(lái)實(shí)現(xiàn)三相混合式步進(jìn)電機(jī)控制。
  步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制從本質(zhì)上講是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的定子繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)按某種要求變化，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。的細(xì)分方式是恒轉(zhuǎn)矩等步距角的細(xì)分。一般情況下，磁場(chǎng)矢量的幅值決定了電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩磁場(chǎng)矢量的之間的夾角大小決定了步距角的大小。在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生接近均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，各相繞組的磁場(chǎng)矢量，即各相繞組電流的矢量應(yīng)在空間作幅值恒定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就需要在各相繞相中通以正弦電流。
  三相混合式步進(jìn)電機(jī)的工作原理十分類(lèi)似于交流永磁同步伺服電機(jī)。其轉(zhuǎn)子上所用永磁磁鐵同樣是具有高磁密特性的稀土永磁材料，所以在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的感應(yīng)電流對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的影響可忽略不計(jì)。在結(jié)構(gòu)上，它相當(dāng)于一種多極對(duì)數(shù)的交流永磁同步電機(jī)。由于輸入是三相正弦電流，因此產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)呈圓形分布，而且可以用永磁式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型(圖1)分析三相混合式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。
  提高工業(yè)污水處理能力而進(jìn)行的一個(gè)改擴(kuò)建項(xiàng)目，它屬于上海市環(huán)境治理重點(diǎn)工程的一部分。該工程除對(duì)原某污水處理廠進(jìn)行改擴(kuò)建外還包括12平方公里管網(wǎng)及3個(gè)泵站的建設(shè)，管網(wǎng)總長(zhǎng)度達(dá)26公里。工程竣工后將達(dá)到日處理6.8萬(wàn)立方米污水的能力。西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化有限公司（SIAS）通過(guò)其強(qiáng)大的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力和能力，總承了其中的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
  在本系統(tǒng)中每個(gè)就地操作站都配有一臺(tái)上位監(jiān)控機(jī)，這臺(tái)上位機(jī)不僅能操作本地站，在一定的授權(quán)下還能對(duì)其他站進(jìn)行監(jiān)視和控制。中控室配有二臺(tái)上位監(jiān)控機(jī)，他們能同時(shí)控制所有四個(gè)就地控制站，向其發(fā)送命令。這六個(gè)上位監(jiān)控機(jī)之間的關(guān)系是互為功能備用的，這就是說(shuō)這六個(gè)監(jiān)控站中只要有一個(gè)發(fā)生故障，另外的五個(gè)監(jiān)控站通過(guò)一定的授權(quán)就能代替該站的工作。系統(tǒng)中所有設(shè)備的電源均由UPS提供，每個(gè)儀表的電源都由開(kāi)關(guān)型端子控制，能獨(dú)立開(kāi)關(guān)。保證了系統(tǒng)安全性，和調(diào)試的方便性。
  而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD的真正精神就是將人腦和計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，完成由人腦或計(jì)算機(jī)兩者均不能單獨(dú)完成的復(fù)雜設(shè)計(jì)。正是出于高度自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD和日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力的需要，在作者多年的探索下，編寫(xiě)出針對(duì)干式變壓器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的全套應(yīng)用軟件。該軟件包括：干式變壓器自動(dòng)電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件、自動(dòng)參數(shù)化繪圖應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)文件維護(hù)軟件共三大部分。該三大部分的應(yīng)用軟件既可以成為單獨(dú)軟件運(yùn)行，也可以協(xié)調(diào)工作--集成為一個(gè)軟件包。應(yīng)用該系統(tǒng)還可以對(duì)干式變壓器的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析CAM。這將對(duì)的提高設(shè)計(jì)部門(mén)的開(kāi)發(fā)能力、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低制造成本、提高市場(chǎng)反應(yīng)能力等發(fā)揮積極的作用。
  應(yīng)用本文介紹的思路，同樣可以編寫(xiě)出針對(duì)其它變壓器的、高度自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件，本文將不累述。本文所有應(yīng)用軟件均采用Visual C 6.0編寫(xiě)，自動(dòng)參數(shù)化繪圖應(yīng)用軟件也采用Visual C 6.0在auto CAD 2000中的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)Object ARX2000編寫(xiě)，使得Visual C 和auto CAD完美結(jié)合。本文將簡(jiǎn)要介紹該應(yīng)用實(shí)例的基本原理。
  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖一所示，整個(gè)系統(tǒng)包括電磁設(shè)計(jì)、自動(dòng)參數(shù)化繪圖、數(shù)據(jù)文件維護(hù)、人工或計(jì)算機(jī)輔助分析CAM等幾大部分。各部分間既可以通過(guò)結(jié)構(gòu)體指針或數(shù)據(jù)文件相互通信，使整個(gè)系統(tǒng)可以跨平臺(tái)協(xié)運(yùn)行，也可以將所有程序內(nèi)嵌入auto CAD2000中運(yùn)行。
干式變壓器電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件在編寫(xiě)時(shí)，必須充分考慮該軟件既要滿(mǎn)足進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及人工或計(jì)算機(jī)輔助分析功能，還要求滿(mǎn)足操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、升級(jí)維護(hù)方便等要求，因此，在編寫(xiě)程序時(shí)，將因產(chǎn)品更新或結(jié)構(gòu)變化可能引起程序結(jié)構(gòu)調(diào)整的數(shù)據(jù)分別封裝到不同的數(shù)據(jù)文件中，并通過(guò)附帶的程序段來(lái)維護(hù)這些數(shù)據(jù)文件。換句話(huà)說(shuō)，就是通過(guò)數(shù)據(jù)文件將電磁設(shè)計(jì)的算法和外部數(shù)據(jù)如硅鋼片磁化特性數(shù)據(jù)、銅箔數(shù)據(jù)、扁導(dǎo)線數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)、預(yù)埋參數(shù)等等徹底隔離。這樣做一方面可以使該軟件維護(hù)和升級(jí)非常容易，即使根本不懂計(jì)算機(jī)編程的人員也能夠方便對(duì)軟件進(jìn)行自行升級(jí)；另一方面可以為計(jì)算機(jī)輔助分析后得到的結(jié)果提供接口，使整個(gè)系統(tǒng)能順利完成完整的反饋過(guò)程，使自動(dòng)電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)隨時(shí)真實(shí)模擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品。
  電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)的算法采用傳統(tǒng)的窮舉法，計(jì)算機(jī)通過(guò)讀入各種外部數(shù)據(jù)后逐個(gè)試算，然后以主要材料銅鐵成本低為目標(biāo)函數(shù)，用冒泡法動(dòng)態(tài)保留成本低的前300個(gè)設(shè)計(jì)方案[2]。當(dāng)程序運(yùn)行完畢后，成本低的前300個(gè)設(shè)計(jì)方案被保存到兩個(gè)文件中。一個(gè)以文本文件格式保存，以便查看；另一個(gè)以特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式保存，以便自動(dòng)參數(shù)化繪圖時(shí)在auto CAD2000中調(diào)用。
  本軟件之所以采用窮舉法進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)而未采用其它方法,主要是居于兩方面的原因考慮的。第一、算法不能漏掉任何可能的解；第二、干式變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，循環(huán)嵌套較少，便于窮舉。其次，Visual C 6.0運(yùn)行速度極快，再加上目前計(jì)算機(jī)的硬件處理速度日益提高，使得我們沒(méi)有必要花過(guò)多的時(shí)間去考慮各種算法之間的執(zhí)行速度上的優(yōu)劣。
  應(yīng)用算法和數(shù)據(jù)分別進(jìn)行封裝技術(shù)時(shí)，只要能大限度的將算法和數(shù)據(jù)進(jìn)行隔離。那么，電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)程序在一定意義上是一個(gè)通用的應(yīng)用軟件。而且，應(yīng)用該軟件還可以對(duì)被隔離的—-對(duì)變壓器有影響的每一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析。作者通過(guò)長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn)，銅箔的尺寸直接影響到變壓器的低成本。只要是采用銅箔結(jié)構(gòu)的變壓器，無(wú)論包封型VDT、敞開(kāi)型OVDT、環(huán)氧樹(shù)脂澆注的干式變壓器，還是采用銅箔結(jié)構(gòu)的油浸變壓器，銅箔的尺寸對(duì)變壓器的低成本起著很關(guān)鍵的作用。
  因此，選擇和儲(chǔ)備的銅箔合理與否就成為干式變壓器制造廠家在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不可忽視的一個(gè)要素。而采用外部數(shù)據(jù)和算法隔離的技術(shù)后，對(duì)探索干式變壓器低成本的銅箔尺寸也非常方便、快捷、準(zhǔn)確。只要在銅箔數(shù)據(jù)文件中厚度按0.01mm，寬度按5mm步長(zhǎng)給出成百上千種銅箔數(shù)據(jù)。通過(guò)算法窮舉后，就可以找到真正低成本的銅箔尺寸和電磁設(shè)計(jì)方案。只是如此龐大的計(jì)算量，計(jì)算機(jī)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能運(yùn)行完畢。通過(guò)作者長(zhǎng)期實(shí)踐，計(jì)算一種規(guī)格銅箔的窮舉方案大約需要5秒至3分鐘(計(jì)算機(jī)配置為PIII 733)，計(jì)算300種銅箔大致需要10—15個(gè)小時(shí)。雖然耗時(shí)較多，但在工廠的實(shí)際應(yīng)用中是值得的。
  另外還需要指出的一點(diǎn)是，以上方法找到的低成本設(shè)計(jì)方案和銅箔尺寸完全取決于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、損耗標(biāo)準(zhǔn)、噪音水平和數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確與否（主要是溫升計(jì)算的準(zhǔn)確與否）。而且，基于相同的變壓器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，只有當(dāng)算法的數(shù)學(xué)模型能夠真實(shí)的模擬變壓器的實(shí)際情況，上述的計(jì)算結(jié)果才是真實(shí)可靠的。
  由于干式變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、圖紙量小、零部件通用性好，十分便于開(kāi)發(fā)自動(dòng)參數(shù)化繪圖應(yīng)用軟件。下面簡(jiǎn)要介紹作者在編寫(xiě)干式變壓器自動(dòng)參數(shù)化繪圖軟件時(shí)的基本思路和方法。在編寫(xiě)自動(dòng)參數(shù)化繪圖程序時(shí)，作者同樣采用Visual C 6.0通過(guò)ObjectARX 2000平臺(tái)對(duì)auto CAD2000系統(tǒng)進(jìn)行編程。借助Visual C 6.0語(yǔ)言強(qiáng)大功能、豐富的數(shù)據(jù)類(lèi)型和與Windows完全兼容的窗口界面，很容易開(kāi)發(fā)出功能各異功能模塊。通過(guò)對(duì)各功能模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的定置，就可以完成不同產(chǎn)品自動(dòng)參數(shù)化繪圖。
  由于是采用Visual C 6.0通過(guò) ObjectARX 2000平臺(tái)嵌入auto CAD2000系統(tǒng)進(jìn)行編程，因而生成的目標(biāo)代碼執(zhí)速度極高，與auto CAD2000的兼容性極好。因此，極容易開(kāi)發(fā)大規(guī)模的、復(fù)雜的自動(dòng)參數(shù)化繪圖應(yīng)用軟件。甚至可以將干式變壓器的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)程序連同自動(dòng)參數(shù)化繪圖程序一同嵌入auto CAD2000中，成為auto CAD2000的一個(gè)外部命令（如果將該程序列入auto CAD2000的自動(dòng)裝入文件列表中，則用戶(hù)會(huì)感覺(jué)到如同auto CAD2000本身就具有干式變壓器電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)和自動(dòng)參數(shù)化繪圖功能一樣）。