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電氣自動化控制技術，能夠實現控制系統的自動化，提升工藝的運行水平。電氣自動化控制是一類新型的技術，核心是電子技術，可以大面積地應用到設備行業中。電氣自動化控制的技術能力高，通過不同技術的相互配合，實現電氣自動化的運行控制，而且自動化控制是電氣運行中的核心，保障生產的精確性和運行速率。電氣自動化控制能夠以少量程序控制多個變量，各個控制對象處于相互配合的狀態，提升了系統操作的水平，監督被控對象的運行過程，期間修正被控對象的運行狀態，使其具備準確、合理的運行方式。 

2 電氣自動化控制技術的發展 

2.1 智能化 

電氣自動化控制技術下的產品、系統等，能夠根據指令智能化的完成操作，簡化操作服務的流程。智能化是電氣自動化控制技術的首要發展方向，正是由于智能化的要求，促使電氣自動化控制技術與信息技術、通訊技術相互融合，注重技術中的性能開發，體現技術控制的速率。 

2.2 節約化 

節約化發展，是指電氣自動化控制技術應用中實現了節能與環保。例如：電氣自動化控制技術在照明系統中的應用，其可輔助使用新能源，同時控制照明燈具的使用，延長燈具的使用壽命，既可以保障能源利用的效率，又可以提高照明設備的質量。 

2.3 信息化 

電氣自動化控制技術的信息化發展，改進了技術運行的方式，使電氣自動化中，以信息控制為基礎，引進互聯網、物聯網等理論，支持電氣自動化的控制運行。 

2.4 統一化 

電氣自動化控制技術拉近了各個行業之間的距離，融入各項技術的同時，朝向統一化的方向發展。在電氣自動化控制技術的作用下，行業間遵循相同的設計標準，使用方法、維護策略等，都逐步統一，在降低行業建設難度的同時，體現統一化發展的優勢[1]。電氣自動化控制技術的統一化發展，消除了行業之間潛在的發展矛盾，提升行業資源的利用效率，加快了信息傳輸、使用的速率。 

3 電氣自動化控制技術的應用 

3.1 工業 

工業是應用最廣泛的行業，因為工業規模較大，對電氣自動化控制的需求大，所以我國積極推進電氣自動化控制技術在工業中的應用，致力于改善傳統工業的運營方式[2]。PLC是電氣自動化控制技術的主要元件，其為一項可編程邏輯控制器，以工業企業為例，分析PLC的應用。該工業為機械制造企業，基于PLC的電氣自動化控制技術，為機械制造系統提供了相關的控制，PLC根據機械制造的需求，編寫了操作指令和邏輯運算程序，簡化了機械制造生產系統的操作，而且PLC的準確度高，規避了該企業生產的誤差，實現了機械制造的自動化、信息化生產，PLC寫入編程后，控制了機械制造的過程，同時控制機械制造的參數，包括尺寸、溫度信息等，按照該企業機械制造的指令，構成閉環生產方式，優化機械制造的工藝流程，而且該企業在PLC中設計了PID模塊，通過PID子程序，準確控制PLC的內部編程，預防機械制造中出現問題。 

3.2 交通業 

電氣自動化控制技術在交通業中的應用，不僅體現在車輛運輸上，還表現在紅綠燈、監控系統等方面。車輛上的元件、器件等，基本都是電氣自動化控制技術的體現，提供專業的自動化控制，保障車輛通行的安全[3]。例如：電氣自動化控制技術在電子眼中的應用，代替警察執法，實現自動化的違章取證，電子眼監督交通系統中的車輛運行，抓拍違法行為，提交到交通局的操作系統內，減輕了交通執法的工作負擔，電氣自動化控制技術彌補了電子眼的缺陷，促使其可更準確、更快速、更清晰地實現抓拍取證，提升電子眼對交通運輸的監控能力，有效控制電子眼的運行，以免交通執法中出現漏洞。我國各地政府在交通業建設中，積極引進電氣自動化控制技術，完善交通監控體系，目前，測速器、屏顯等多個交通項目中，均涉及到電氣自動化控制技術的使用。 

3.3 農業 

農業是我國經濟發展的基礎支持，為了推進農業的生產，引入電氣自動化控制技術，全面建設智能農業，加快農業機械化的發展速度。以某地區農業中的大棚種植為例，分析電氣自動化控制技術的應用。該地區傳統的大棚種植，是根據農民種植經驗分配工作，一旦控制不好溫度、濕度，即會影響大棚種植的經濟效益。研究人員將電氣自動化控制技術引入到大棚種植內，以育秧大棚為對象，構建智能控制系統，大棚內安裝不同屬性的無線傳感器，專門收集大棚內的環境參數，如：光照、含水量等，進行自動化的信息采集，傳感器采集的信號傳輸到控制中心，比對標準的參數指標，種植人員掌握大棚育秧的實際情況，同時根據對比結果調節大棚內的環境，遠程控制特定的設備。該大棚內部安裝了高清視頻，同樣接入到控制中心，種植人員可以隨時查看育秧的狀態，電氣自動化控制技術的應用，輔助構建管理平臺，劃分為四個功能模塊，分布是傳感采集、視頻監控、智能分析和遠程控制，整體控制育秧大棚的生長環境，為幼苗的培育提供優質的環境。 

3.4 服務業 

人們對服務業的需求非常大，目的是方便人們的日常生活，特別是在電子產品上，更是體現出服務業對電氣自動化控制技術的需求。生活中的電子產品，大多應用了電氣自動化控制技術，如：智能手機、ipad、跑步機等，表明電氣自動化對服務業市場的推進作用[4]。近幾年，電氣自動化控制技術的應用，由服務業的電子產品，逐步轉型到企業內，例如：餐飲服務中的“機器換人”概念，餐廳內，機器人取代人工服務，提供點菜、傳菜等服務，機器人是餐飲業的發展趨勢，表明電氣自動化控制技術的重要性，此項技術在“機器換人”中，起到自動化的控制作用，是機器人開發中不可缺少的技術。 

4 結束語 

電氣自動化技術的發展和應用，表明了該項技術在行業運營中的重要性，滿足我國社會行業建設的基本需求。根據電氣自動化控制技術的應用，落實發展策略，充分發揮電氣自動化控制技術的潛力，保障其在未來的應價值。電氣自動化控制技術的發展和應用，必須符合現代企業的需求，由此才能規范控制技術的實踐應用。

 

     

參考文獻 

[1]賢陽.應用技術的發展是工業電氣自動化系統的關鍵—2007年紐倫堡電氣自動化（系統和部件）展覽會紀實[J].自動化博覽，2008，Z1：28-30. 

[2]吳琦.煤礦電氣自動化控制技術中單片機的應用[J].硅谷，2015，3：118+120. 

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1概述

眾所周知，三相交流異步電動機以其低成本，高可靠性和易維護等優點而在各行業中得到了廣泛的應用。但是，它在直接起動時，存在著很大的缺點：首先，它的起動電流高達額定電流的5～7倍，既對電網造成了很大的沖擊，又影響了電器控制設備的使用壽命，甚至影響到其它電氣設備的正常運行；其次，起動轉矩可達正常轉矩的2倍，這會對負載產生沖擊，增加傳動部件的磨擦和額外維護。為此，出現了三相異步電動機降壓起動設備。

圖1智能電機控制模塊結構圖

傳統的降壓起動有以下幾種方法:

1）在電動機定子電路中串入電抗器，使一部分電壓降在電抗器上；

2）星形—三角形(Y—)轉換降壓起動，即起動時電機接成星形，起動結束后，通過一個轉換器變成三角形接法；

3）補償器起動（自耦變壓器起動）。

傳統的起動設備體積龐大，成本高，結構復雜，與負載匹配的電機轉矩很難控制，也就是說很難得到合適的起動電流和起動轉矩；而且在切換瞬間會產生很高的電流尖峰，由此產生的機械振動會損害電機轉子，軸連接器，中間齒輪以及負載設備。

因此，就需要有一種能克服傳統起動缺點的起動裝置。銀河公司開發生產的捷普牌新一代數字式智能電機控制模塊，不但完全克服了傳統起動的缺點，對各種起動方法做了進一步的改善和提高，而且還增加了很多其他功能，比如：節能運行，過流保護，過熱保護，缺相保護等。

這種模塊采用數碼管顯示，按鍵控制，整個起動過程全部由單片機按照預先設定的程序自動完成，操作極其方便。

用戶通過按鍵調整參數設置，可以按實際情況選擇不同的起動方式，能夠很方便地控制起動電流，得到與負載相匹配的電機轉矩。

2模塊結構及電氣原理

模塊結構如圖1所示。從圖1可以看出，該模塊的主電路與相控電路及單片機共同封裝于同一殼體內，同時內置多個電流、電壓傳感器。用接插件將模塊與控制盒連接在一起，實現各種功能的設置和顯示。

主電路為6只玻璃鈍化方形晶閘管芯片，通過一體化焊接技術，將其貼在DBC（陶瓷覆銅板）上，并與導熱銅板焊接在一起。模塊使用時，導熱銅板與散熱片通過導熱硅脂緊密接觸。這種結構使模塊具有很高的絕緣性能和散熱性能。

圖2是模塊電氣原理方框圖。移相控制電路部分是銀河公司自主開發的JP-SSY01數字移相集成電路。該電路為SOP28封裝，5V單一電源供電，全數字化處理方式，具有很高的移相精度及對稱度。對控制端加0～10V電平信號，即可控制移相角度。

同步變壓器輸出同步信號給移相電路，其中另一路給單片機，作為單片機采集電壓、電流信號的基準。這樣，就克服了如果交流電頻率變化帶來的計算誤差，提高了計算精度。

傳感器包括電壓傳感器和電流傳感器。兩種傳感器中均使用了霍爾元件，具有體積小、反應快、線形度高的特點，通過與模塊結構的一體化設計，方便地置于模塊內部。兩種傳感器將電壓模擬量、電流模擬量傳給12位高速A/D轉換器，通過A/D轉換，將相應的數字量傳給單片機，以供單片機進行處理。

顯示、控制部分采用串行口與單片機進行通信，這種通信方式大大減少了該部分與模塊內部的連線。5個數碼管顯示，8個按鍵控制，使顯示與控制直觀、方便。

3主要功能

智能電機控制模塊主要完成電壓斜坡起動，限流起動，電壓突跳起動，軟停車，節能運行，過流、過熱、缺相保護等功能。

3.1電壓斜坡起動

如圖3所示，系統首先給電機加一個電壓Us，之后電壓線性上升，從Us增加到最大電壓Umax，即電網輸入電壓。Us由用戶設定，可供用戶選擇的電壓為80～300V。ts也由用戶設定，可以在1～90s選擇。在實際使用中，用戶根據實際情況，例如電機功率大小、負載大小等，選擇合適的參數，達到最佳起動效果。

這種起動方式的特點是起動平穩，可減少起動電流對電網的沖擊，同時大大減輕起動力矩對負載帶來的機械振動。

3.2限流起動

如圖4所示，這種起動方式是由用戶設定一電流值Ik，在整個起動過程中，實際電流不超過設定值Ik。Ik由用戶根據實際負載大小自己設定。

限流起動可以使大慣性負載以最小電流起動加速，可以通過設置電流上限，以滿足在電網容量有限的場合使用。這種起動方式特別適合于恒轉矩負載。

3.3電壓突跳起動

實際應用中，很多負載具有很大的靜摩擦力。在電壓斜坡起動方式中，電壓是由小到大逐漸上升的。如果直接使用電壓斜坡方式起動，在起動開始的一段時間內，因所加電壓太小，克服不了負載的靜摩擦力，電機不動，這可能會造成電機因發熱而損壞的情況。電壓突跳功能則解決了這個問題。在電機起動前，模塊先輸出一電壓Ut，且持續一段時間tt，用以克服靜摩擦力，待電機轉動之后，再按照原設定方式起動，從而比較好地保護了電機，如圖5所示。對于不需要該功能的負載，只要將tt設置為0即可。Ut可調整，范圍是0～380V，tt可調整，范圍是0～10s。

3.4軟停車

如圖6所示，按下停車鍵后，模塊的輸出電壓立即下降到Up1，然后逐漸下降，經過時間tp后，下降到Up2，再立即下降到0。Up可調整，范圍是100～380V；Up2可調整，范圍是0～300V；tp調整的范圍是0～90s。

軟停車可以大大減少管道傳輸中液體的沖擊。

3.5節能運行

對于大摩擦負載，由于起動電流大，需要功率較大的電動機，而在正常運行時，負載力矩比電動機額定轉矩小得多，這就造成電動機輕載運行。對于間歇性負載，持續大電流的工作時間占整個工作周期很小一部分，從而造成輕載時無功損耗?浪費，使運行功率因數大大降低。智能電機控制模塊通過檢測電壓和電流，根據負載大小自動調節輸出電壓，使電機工作在最佳效率工作區，達到節能目的。

3.6保護功能

共有三種保護功能：過流保護，過熱保護，缺相保護。

在起動或者運行過程中如果出現上述三種故障之一，模塊會自動斷電，控制盒上的數碼管會閃爍顯示故障原因，待排除故障以后，按復位鍵即可恢復正常。

在上述保護中，過流保護值可調。

4實驗情況及實際應用效果

我們對一只正在使用中的智能電機控制模塊進行了實際測量并作了記錄。所用負載為18.5kW風機，供電電壓實際測量值為390V左右。

為了作一個比較，首先拆掉模塊進行直接起動。合上空氣開關后，電壓立即上升到390V，電流快速上升到150A，持續一段時間，逐漸下降，最后穩定在30A左右。同時，可清楚地聽到由于大電流沖擊，使風機產生強烈的機械振動而發出的噪聲。

然后接上智能電機控制模塊，設置為限流方式起動，限流值為90A，打開節能運行。按下“起動”鍵，可觀測到電流上升速度明顯變慢，逐漸上升到90A，保持2～3s后，逐漸下降為30A。電壓由0V緩慢上升到390V。起動時間為6s。在整個起動過程中，電機起動平穩，聽不到機械沖擊的噪聲。15s后，電壓逐漸下降為355V，電流不變，開始穩定運行。

數字式智能電機控制模塊現已被廣泛應用于各種生產領域和其他場合，實際應用效果如下：

1）降低了電動機起動電流；

2）避免了電動機起動時供電線路瞬間電壓跌落，造成電網上用電設備、儀表誤動作；

3）防止了起動時由于產生的力矩沖擊，而使機械斷軸或產生廢品；

4）可以較頻繁地起動電動機(軟起動裝置一般允許10次/h，而使電動機不致過熱)；

5）對泵類負載可以防止水錘效應，防止管道破裂；

6）對某些工藝應用(如染紗機械)，可防止由于起動過快而產生染色不勻的質量問題；

7）對某些易碎的容器灌漿生產線，可防止容器破損；

8）適應供電變壓器容量較低的場合(如注塑機)；

9）可以降低電網適配容量，節省增容費開支；

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建筑電氣自動化控制技術的應用必然需要各種電氣設備的參與，并且設備的質量在整個的建筑電氣自動化控制技術應用中占據著重要的位置，一旦電氣設備存在一定的問題的話就會直接影響到整個建筑電氣自動化控制技術的實施質量，進而影響到后期建筑電氣自動化控制技術的應用，具體來看，設備對于建筑電氣自動化控制技術的影響主要體現在兩個方面:(1)設備自身的問題，電氣設備對于建筑電氣自動化控制技術的影響一個主要的問題就是我們所應用的設備自身存在質量問題，這種質量問題存在的原因有很多，比如設備在生產過程中可能就存在著質量問題，一旦在建筑電氣自動化控制技術應用中采用這些質量不達標設備的話就會影響到建筑電氣自動化控制技術的質量，另外，設備規格不符合我們所需要的要求的話也會影響到建筑電氣自動化控制技術的質量，設備在運輸或者安裝過程中受到一定的損害的話必然也會影響到后期的正常使用;(2)環境因素的影響，電氣設備對于周圍環境的依賴性也是比較強的，尤其是對于電氣設備周圍空間內的溫度和濕度的要求雖然不是特別的苛刻，但是一旦溫度或者濕度變化過大的話也會嚴重的影響設備的正常使用，最終影響建筑電氣自動化控制技術的質量。

1．2技術對建筑電氣自動化控制技術的影響

建筑電氣自動化控制技術作為一種最為新型的技術手段自然也離不開技術的支持，因此，反過來說，技術必然也會對建筑電氣自動化控制技術的質量產生直接影響，技術水平的高低也就直接決定著建筑電氣自動化控制技術運用水平的高低，但是就當前我國的建筑電氣自動化控制技術中的技術水平現狀來看，仍然存在著一些問題，這些問題主要表現在兩個方面:(1)技術升級不及時，雖然建筑電氣自動化控制技術就當前來看算是一種較為新型的技術手段，但是就建筑電氣自動化控制技術本身來說仍然需要不斷地進行技術升級才能更好地適應當前人們對于建筑電氣不斷提高的要求，一旦建筑電氣自動化控制技術升級不及時導致電氣自動化技術落后于人們日益提高的要求的話就會嚴重的影響建筑電氣自動化控制技術的應用價值，也不利于建筑電氣自動化控制技術的發展;(2)在技術管理方面存在一定的缺陷，技術管理對于整個建筑電氣自動化控制技術的重要性不言而喻，一個完善的技術管理體系能夠使得建筑電氣自動化控制技術最大程度的發揮自身的優勢，甚至能夠最為及時的針對自身的不足進行更新換代，而當前我國建筑電氣自動化控制技術不存在完善的技術管理制度和體系，進而就極有可能導致建筑電氣自動化控制技術在具體運用中出現質量問題。

1．3人員對建筑電氣自動化控制技術的影響

建筑電氣自動化控制技術的施工和具體應用都離不開具體人員的操作，因此，人員也會對于建筑電氣自動化控制技術的質量產生重要影響。就建筑電氣自動化控制技術本身而言，其應用的最根本的目的就是發揮自動化功能來減少建筑電氣工程使用中對于人員的依賴，但是這并不代表著在實施中就可以減少人員的使用，或者是降低施工人員的素質，就當前我國建筑電氣自動化控制技術的現狀來看，人員的影響主要表現在以下兩點:(1)專業素質不高，建筑電氣自動化控制技術作為一種新型的科學技術手段，其科技水平相對傳統電氣工程來說更高，因此，就對具體的工作人員提出了更高的要求，尤其是在專業性上更是要求人員具備較高的素質，一旦工作人員專業水平不夠的話就會在很大程度上影響實施的質量，最終影響建筑電氣自動化控制技術的應用效果;(2)缺乏對工作人員的監督，工作質量的高低和監督存在著密切的聯系，如果我們對工作人員的施工質量進行密切監督的話就會在一定程度上提高工作人員施工的質量，進而提高建筑電氣自動化控制技術的水平，而如果監督不到位的話，那么就會很容易使工作人員產生懈怠，甚至會出現工作失誤，最終影響建筑電氣自動化控制技術的質量。

2建筑電氣自動化控制技術的發展方向

2．1在建筑電氣自動化控制技術中融入網絡技術

網絡信息技術作為當前較為先進的另一種科學技術也應該使其在建筑電氣自動化控制技術中發揮一定的作用，網絡技術的合理運用能夠在很大程度上提高建筑電氣自動化控制技術的更新速率，擴展建筑電氣自動化控制技術的應用范圍;并且除此之外，在建筑電氣自動化控制技術中合理的運用網絡技術能夠在很大程度上提高建筑電氣自動化控制技術的管理水平，促進建筑電氣自動化控制技術的快速發展。

2．2加強系統的修復和維護

建筑電氣自動化控制技術在實施和具體應用過程中離不開系統的修復和維護過程，并且建筑電氣自動化控制技術的維護和修復極為關鍵，加強對于建筑電氣自動化控制技術的維護和修復管理能夠提高建筑電氣自動化控制技術的運用水平，確保建筑電氣自動化控制技術的應用穩定性。

2．3提高系統更新頻率

當前科學技術的發展速度越來越快，電氣自動化控制技術的更新也應該緊隨科學技術發展的步伐提高自身系統更新的速率，以滿足當前人們對于建筑電氣自動化控制技術不斷提高的要求。

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中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）08-0071-03

大學教育的目標是培養新世紀創新型人才，其關鍵是如何實施研究型教學與研究型學習。為此，我國各高校紛紛提出采用研究型教學的方式來培養、提高學生的創新能力，加強創新型人才培養。何謂研究型教學？研究型教學是指教師以課程內容和學生的學識積累為基礎，在教學過程中通過優化課程結構，建立一種基于研究探索的學習模式。只有在“發現問題分析問題解決問題”的“研究型”教學過程中，學生才可能學會“研究型”學習的能力，經過這樣反反復復的教學和學習實踐，學生的“創新能力”才能培養和提高。因此，研究型教育是創新型教育的前提，二者實質上是辯證統一的。

一、《車輛電子控制技術》課程的特點與存在的問題

《車輛電子控制技術》是車輛工程專業的專業必修課，也是其他工科專業的一門專業選修課。該課程重點介紹發動機、底盤、車身的電子控制設備的基本理論、基本組成、工作過程和控制原理。隨著汽車、拖拉機技術和電子技術的迅速發展，現代車輛為提高動力性、經濟性、安全性、舒適性，以及減少尾氣排放污染而廣泛采用了電子控制技術。電子控制技術是現代車輛技術發展的重要趨勢與標志，從發動機的燃油噴射、點火控制、進氣控制、排放控制、故障自診斷到底盤的傳動系統、轉向與制動系統，以及車身、輔助裝置等都普遍采用了電子控制技術。所以，該課程的重要性在不斷提高，為此，國內許多院校將該課程列為車輛工程專業的必修課。該課程涉及的電子控制技術是很抽象，尤其是工科機械專業而言，學生對該課程充滿了向往，但學習卻很困難，其主要問題：重結構原理，輕控制原理；重理論講解，輕實驗制作。該課程的主要難點是在車輛各電子控制系統的信號采集、各執行器的驅動電路的原理、各控制系統的控制策略等。由于涉及到電子控制、機械、液壓等部分的知識，所以要求學生有較全面扎實的基礎知識。為此，該課程在教學上應突出各模塊的重點、難點內容，有些內容通過現場教學，多媒體中的動畫、影視、教學模型講解，使難點內容通俗化，可視化，形象化。注重理論聯系實際，大量加強實踐教學，以提高實驗課教學的效果，保證該課程的教學質量。通過開展了研究性學習，使自己選擇感興趣的車輛電子控制相關的題目，開展小課題的研究工作，這樣不但增加了學生學習的興趣，也增強了學生分析問題和解決問題的能力。

二、《車輛電子控制技術》課程研究型教學的具體方法

1.課程教學改革目標。以任務模塊為基礎、以學生為主體、以教師為主導，圍繞設定的學習任務模塊進行研究，以提高學生自主性學習和研究性學習，掌握該課程的基本理論、基本方法和基本技能。

2.課程教學改革方案。①制定學習任務模塊。《車輛電子控制技術》的研究型教學內容共制定了18個學習模塊（專題），每個模塊共1學時講授，共18學時，學習任務模塊主要有：發動機供油控制、發動機點火控制、發動機爆震控制、發動機稀薄燃燒技術、防抱死控制系統（ABS）、線控制動、驅動防滑控制系統（ASR）、汽車穩定性控制系統（ESP）、自動變速系統控制、無級變速控制、電控懸架系統、巡航控制系統、安全氣囊（SRS）、倒車防撞控制系統、防盜控制系統、電控轉向系統、自動空調、電動座椅、智能前照燈控制系統、電控雨刮系統等。②劃分學習小組《車輛電子控制技術》共有34個學生選了此課程，共劃分6個學習小組，每個小組5～6人不等。③教學安排主要要點是：開學2周內負責分配完各專題，并提出各專題的要求，列出主要參考文獻；每個小組分配3～4個專題，使每個專題有3個小組負責；各小組分別在課余時間查找資料，按要求歸納整理讀書報告，制作PPT；每2節課由3個小組分別用自制的PPT講授15分鐘，其他同學提問5分鐘，總體時間控制在60分鐘；最后主講老師點評每個小組的講授內容，并現場給予各小組的得分，時間為30分鐘；每個小組的每一位成員至少主講一次。

3.輔導答疑措施。①組建一個課程輔導答疑小組。本學期初，組建了該課程的輔導答疑小組，該小組的成員主要由主講老師、實驗老師、碩士研究生、博士研究生等構成。輔導答疑小組成員名單：魯植雄、劉奕貫、白學峰、李曉勤、常江雪、郭兵、金月、姜春霞、周偉偉等。②籌建了該課程的QQ群。本學期初，籌建了一個《車輛電子控制技術》課程答疑QQ群，在網上隨時回答與指導學生。QQ群名稱：車輛電子控制技術論壇；QQ群號：118062691；群成員人數：44人。

4.成績評定方法。該課程成績由以下三部分構成：①每個小組的3次PPT報告與回答問題情況，占40%；②每人的3篇專題讀書報告，占40%；③每人在課程QQ群的活動情況、平時出勤、作業等，占20%。

三、實施過程

該課程的教學改革得到車輛工程91～93班學生的大力支持和參加，每個小組從第2周起獲得3個任務模塊后，各小組成員根據各模塊設定的學習目標、內容和考核要求，自主查找相關的中文與外文資料。進行整理與歸納，研討模塊的主題，撰寫讀書報告和模塊論文報告。根據歸納總結的模塊內容，學會PPT，以小組為單位宣講制作的PPT，并集體回答問題，每位同學均上臺主講1～2次。積極上網參加《車輛電子控制技術論壇》，能主動發貼子，老師回答問題時能進行相互互動，對課程內容進一步深入學習。

四、實施效果

1.培養了學生自主獲取知識的方法技巧。各小組成員根據各模塊設定的學習目標、內容和考核要求，學會自主查找相關的中文與外文參考資料。98%的學生在調查問卷中回答：學生的自主學習和研究能力明顯提高。

2.培養了學生進行研究型學習方法。在老師的指導下，每個小組根據搜集到的資料，進行整理與歸納，研討模塊的主題，撰寫讀書報告和模塊論文報告，或者實驗設計與方案。100%的學生在調查問卷中回答：認同該課程采用的教學模式。

3.訓練了制作PPT能力。根據歸納總結的模塊內容，學會制作界面友好的PPT。

4.培養了學生講解與回答問題能力。每一個專題均由2名學生主講15～20分鐘，既掌握了本專題的主要內容，又培養了演講技巧。另外，講授后，其他同學提出一些對本專題相關問題，小組全體成員集體回答問題，進一步提高了對本專題內容的掌握，也鍛煉了回答問題能力。

五、對研究型教學的認識與體會

1.增加了教師的工作量。要想使一個學習模塊（專題）在1學時內講授完，并能活躍課堂氣氛，使學生能主動學習，教師需要花更多的時間，主要體現在：①要花更多的時間去掌握每個專題內容，否則很難回答學生的提問；②要花時間查看學生制作的PPT，查看PPT內容是否包涵了本專題需要講授的內容？PPT界面是否友好？③要花時間在QQ群上回答學生的問題；④要花時間輔導、批改學生的讀書報告。

2.增加了學生的學習時間。①需要花時間閱讀教材及參考資料，自學、討論、理解講授的內容；②需要花時間制作PPT，對有的學生來說，是很難的一件事情；③需要花時間撰寫3篇課程；④需要在QQ群上發帖子

3.教師點評是關鍵。一個專題能否使全體學生掌握、課程氣氛是否活躍，教師的最后點評是關鍵。點評的內容既要包涵本專題的核心內容，又要調動學生的積極性，所以，點評要精練、精彩。

六、繼續實施研究型教學有待改進的地方

1.完善各專題教學要求。進一步完善每個專題的教學要求及相關參考文獻，列舉一些思考問題，使學生能小組進行討論，以掌握各專題的內容。

2.加強小組學習。每個專題應以在小組共同討論的基礎上完成學習要求，但有一些專題只有某一小組成員完成，其他人員未參加的現象，需要進一步探討小組學習模式。

3.加強課程論文撰寫質量。撰寫課程論文需要花很多時間。為此，今后將列舉相關參考文獻，指定主要參考文獻，要求學生根據指定的參考文獻閱讀后撰寫課程論文。

《車輛電子控制技術》進行研究型教學改革，受到大部分學生和教師的肯定和好評，全面提升了車輛工程專業學生的專業知識水平和綜合素質，增加了畢業生的就業競爭力。改革實施以來，學生的創新實踐能力普遍得到加強。學生通過實踐平臺和實踐科研項目完成了包括汽車電控液壓動力轉向系統、智能倒車、自動泊車、巡航控制等項目。先后在“全國大學生F1賽車大賽”、“全國節能賽車比賽”等競賽中獲得了多項獎勵，激發學生科學研究的熱情與學習興趣。但也不能過度夸大一種教學模式的作用，每一種教學方式均有適應性。研究型教學一定要有研究課題基礎，所以，研究型教學優適于高等院校的專業課教學，以培養學生的元典精神、質疑精神和創新精神。

參考文獻：

[1]李樹濤，章兢，黎福海.電子信息類專業課研究型教學模式的改革與創新[J].高等教育研究學報，2011，34（4）：77-79.

[2]張玉能.研究型教育是大學教育改革的關鍵[J].青島科技大學學報（社會科學版），2011，27（4）：113-116.

[3]巫瑞智，李茹民，胡寶瑞.在材料測試分析方法課程中實施研究型教學模式的探索與實踐[J].高等教育研究，2011，28（4）：49-51.

[4]張嶺，邵天章，栗彥輝.“電機學”課程研究型教學探討[J].電氣電子教學學報，2011，33（5）：108-110.

[5]司鳳山，王玉玲.研究型教學在信管專業課程中的應用[J].牡丹江師范學院學報（自然科學版），2012，（1）：64-65.

[6]劉建軍.研究型教學未來的方向[J].基礎教育課程，2011，（12）：40.

篇（5）

 

單片機技術作為現代電子技術的重要基礎，廣泛應用于工業過程控制，機電一體化產品，智能儀器，家用電器、計算機網絡及通信等方面，是各類控制系統的核心。《單片機控制技術》是在前面所學《單片機基礎1》和《單片機基礎2》教學模塊的基礎上，進行小型單片機電子產品軟硬件設計和制作的教學模塊。通過本模塊的學習，培養學生掌握單片機技術在日常生活中的應用，鍛煉學生動手實踐能力、創新能力和新產品設計開發能力，為將來從事單片機新產品設計開發、檢測和維護等工作奠定堅實的基礎。

一、教學實施設想

依據單片機系統的開發研制過程，模塊《單片機控制技術》可分為單片機系統硬件電路設計與調試和單片機程序設計與調試兩個部分，在綜合應用階段將二者融為一體。通過本模塊的學習，使學生掌握單片機硬件設計和程序設計的相關知識，熟悉單片機應用系統的組成和開發方法，懂得單片機系統調試與維護技術，并在實際制作的基礎上制作，了解單片機控制的電子產品生產工藝和生產管理方法。

在“教、學、做”一體的教學過程中，通過分組實施，提高學生的溝通能力、團隊合作及協調能力，提高學生嚴謹的邏輯思路，縝密的工作方式和強烈的責任意識。教學實施按照3個階段逐級深入：①基礎知識復習講解；②基本應用訓練；③綜合實際制作。

二、教學內容設計

曾經有人這樣說過，如果用數碼管和按鍵，做一個可以調整時間的電子鐘出來，那么你的單片機就算入門了60%了。我認為這句話是有道理的。基于單片機技術的實時時鐘能夠涵蓋單片機課程的大部份知識點，對單片機知識的應用，其綜合度是相當高的。

本模塊以4位數碼管實時時鐘的硬件電路和程序設計為載體，以8位數碼管實時時鐘的設計和制作為任務驅動，將單片機有關知識點融入“教、學、做”一體，采用分組實施，逐級深入的方式，重點培養學生應用單片機知識進行小型電子產品的設計、調試和制作能力。

本模塊按照教學計劃，可以分為5個學習情境：

1）單片機最小系統軟硬件設計

以4位數碼管實時時鐘為例，講授單片機最小系統的軟硬件設計方法核心期刊目錄。

2）單片機定時與中斷功能的應用

以含四個按鍵和4位數碼管的可以調整時間的實時時鐘為例，講授單片機定時與中斷功能的實現方法。

3）單片機與數碼管顯示器接口的設計

以4位數碼管實時時鐘為例，講授單片機與數碼管顯示器的接口設計方法。

4）單片機與LCD顯示器1602接口的設計

以一片1602作為單片機實時時鐘顯示屏為例，講授單片機與LCD顯示器1602接口的設計方法。

5）制作單片機電子鐘

在教師指導下，應用單片機中斷、定時技術，通過調整鍵、加1鍵、減1鍵、確定鍵四個按鍵，用8位數碼管（或用一片1602）制作一個可以調整時間的電子時鐘，顯示格式為：時-分-秒 XX-XX-XX。

通過以上5個學習情境的訓練，學生最終完成1臺具有調時功能的單片機電子鐘作品，并以作品的完成情況和完成過程進行考核評價。

三、思考與展望

1、模塊《單片機控制技術》 以單片機控制的電子鐘的設計制作為載體，將單片機多個知識點串連到一起，按照由淺到深逐級深入，培養學生團結協作、細致耐心、動腦動手等能力，全方位地將知識性、趣味性、實用性融為一體，引導學生自主學習，理論聯系實際，制作實用的單片機電子小產品。

2、“單片機工作室”是我系單片機開發應用的“第二課堂”制作，對于已不能滿足模塊課程教學內容的優秀學生，要依托“單片機工作室”，注重單片機優秀人才的培養，提高他們參與創新實踐的能力，特別是在參加市、省各項課外科技競賽活動和技師班課程設計及畢業論文設計中，為學生采用單片機技術，設計開發作品提供有力的支持。

3、今后要不斷延伸教學模塊。要與合作企業共同制定教學實訓項目，按照企業標準將“教室與實訓室”、“教師與師傅”、“學生與學徒”、“作業與作品”四者合一的開展單片機教學。在與企業共建校外實習基地的基礎上，依據企業標準將單片機實用項目的開發設計過程融入教學，實現仿真企業環境條件下的教學，突出技術應用的職業性。

篇（6）

永磁同步電動機的定子繞組與一般交流電動機的定子繞組相同， 轉子采用永久磁鐵， 因此轉子磁鏈（磁通）是恒定的， 電動機方程（電壓方程、磁鏈方程和轉矩方程）相對于異步電動機來說都較為簡單， 在控制過程中， 磁鏈的觀測模型也不需要進行計算。永磁同步電動機按定子繞組感應電勢波形的情況來分類時， 一般可分為：正弦波永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motor， PMSM）和梯形波永磁同步電機（Brushless DC Motor， BLDC）。介于前者在現實中應用更為廣泛， 本論文主要應用的也是正弦波永磁同步電機。永磁同步電動機具有很多優點， 這些優點也在實際應用中得到了很好的發揮， 例如：根據它諧波少、轉矩精度高的特點， 常用于伺服系統和高性能的調試系統；永磁同步電機有轉軸上無滑環和電刷的特點， 這也解決了其它電機因電刷而帶來的使用壽命問題。與此同時， 永磁同步電動機還具有體積小、功率密度高、轉子轉動慣量低、運行效率高、調速范圍寬等諸多優點。值得注意的是， PMSM是一種強耦合、非線性時變的多變量系統， 這也為其控制工作帶來了一定難度， 而加強對其基本構造和工作原理的理解能有助于克服這一問題。

空間矢量控制技術優點眾多， 近幾年發展非常迅速， 尤其在永磁同步電機中的使用， 更是再次凸顯了它的好處。本論文通過對空間矢量控制技術和永磁同步電機的學習及分析， 在熟練掌握相關數學模型的建立和Matlab/Simulink的使用后， 將建立兩種不同坐標系變換的數學模型和基于SVPWM控制技術的永磁同步電動機系統模型， 并在Matlab/Simulink環境中進行仿真。最終與理論分析相比較， 驗證仿真結果的正確性。

1 控制系統結構模型

根據對永磁同步電機SVPWM控制系統的理解及前期研究， 可得到永磁同步電機空間矢量脈寬調制控制系統設計框圖如圖1所示。

圖1 永磁同步電機SVPWM控制系統設計框圖

本控制系統采用的是雙閉環控制， 即速度環和電流環， 由圖1可看到， 其主要構成為：

三個PI控制器（PIController）、兩相旋轉（dq）和兩相靜止坐標系（？琢？茁）坐標變換的變換器（dq/？琢？茁Coordinate Converter）、三相靜止（abc）和兩相旋轉坐標系變換的變換器（abc/dq Coordinate Converter）、逆變器（Inverter）、空間電壓矢量調制器（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）。

系統運行過程：給電機輸入一模擬三相定子電流ia、ib、ic，當傳感器檢測到這一電流時， 該三相電流通過abc/dq坐標變換器被變換為實際定子的直軸電id和交軸電iq。

參考定子交軸電流i*q通過比對實際轉速和參考轉速， 再經PI控制器處理后獲得。將參考定子直軸電流i*d設為0， 把上述id、i*d、iq、i*q四個變量比較過后交由PI控制器處理， 從而分別產生定子直軸、交軸電壓Vd和Vq。將得到的電壓量通過dq/？琢？茁坐標轉換器處理后輸入空間電壓矢量調制器， 從而產生一系列觸發脈沖， 以控制逆變器， 驅動其產生三相電壓， 最終驅動永磁同步電機。

2 控制系統仿真分析

永磁同步電機空間矢量脈寬調制控制系統仿真模型如圖2所示， 模型仿真環境為Matlab/Simlink。

圖2 基于SVPWM的PMSM控制系統仿真建模框圖

如圖所示， 系統主要仿真模塊為：

坐標轉換模塊、速度控制器模塊、電流控制器模塊、矢量控制模塊、空間電壓矢量控制模塊、電壓逆變器模塊、永磁同步電機模塊。

系統部分參數為：總仿真時間為0.3S；系統零時段負載起動轉矩TL=5N?m。

（1）速度環閉環時， 系統定子三相相電流、轉速、轉矩、矢量切換時間、矢量所處扇區響應情況。

圖3 轉速閉環時SVPWM控制系統轉矩響應放大圖

圖4 轉速閉環時電機三相定子電流、轉速、轉矩、矢量切換時間

和矢量所處扇區響應圖

由圖4仿真波形， 可以得到結論如下：

a. 系統在0s～0.05s之間轉速響應以斜率20000上升，延遲時間Td=0.025s、上升時間Tr=0.046s、調節時間Ts=0.05s， 無超調量， 系統動態響應快。系統起動時， 帶動負載速度快， 轉速在0.05s內穩定在設定值n=1000r/min。

b. 系統在穩態運行時，0.05s后都進入穩態階段， 系統穩態輸出誤差已趨近零， 反應出該模擬系統控制精度較高， 穩態特性良好， 波形與理論分析結果相符， 靜態性能穩定。

c.系統起動時，定子起動轉矩6.7N?m，系統穩定運行后，定子轉矩穩定在設定值5N?m。轉矩脈動控制在0.2N?m內，系統運行穩定。

（2）速度環開環時，在系統空載情況下給定幅值為±5A的方波參考交軸電流i*q信號時，系統交軸電流、轉速和轉矩響應。

由圖5仿真波形， 可得出結論如下：

在參考交軸電流±5A切換時， 轉矩響應時間為0.00035s， 轉矩動態響應快速。波形符合理論分析， 具有較好的動態特性。

3 結束語

本論文通過對矢量坐標變換、逆變器、空間電壓矢量脈寬調制等技術的原理分析及建模仿真， 主要設計了一個基于空間電壓矢量脈寬調制技術的永磁同步電機控制系統， 并在Matlab/Simulink對其進行仿真模擬。系統設計步驟為：系統構架、模塊設計、系統設計和系統仿真結果分析。在這次完成論文的過程中， 我對所學的電力電子技術、自動控制原理、電機與拖動以及控制系統的MATLAB仿真與設計等知識有了更深層次的理解， 并在學習過程中積累了許多寶貴經驗。從仿真結果的數據和波形來看， 系統的設計完全符合前期設計要求， 驗證了理論的正確性。

參考文獻

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[4]張佳.變頻器的相關研究[J].電氣電子教學報.2009， （05）：11-15.

篇（7）

學院2016年計劃招收博士研究生46名，實際招生人數以總部下達計劃為準。

二、報考條件

我院博士研究生只面向現役軍人招生，報考2016年博士研究生應當具備以下條件：

1、品德優良，遵紀守法，立志獻身國防事業；未受過紀律處分。

2、軍隊在職干部按師（旅）級單位推薦、軍級單位政治部審批、軍區級單位政治部干部部門核準、總政治部干部部備案的程序進行審批，由師（旅）級單位干部部門開具介紹信。軍隊院校應屆碩士畢業生經所在院校政治機關審批同意。

3、身體健康，體能達標，年齡不超過40周歲（1976年9月1日以后出生）。

4、在職干部須獲得碩士學位，其中本院在職干部報考工學博士須有被SCI或EI收錄的以第一作者發表的學術論文；應屆碩士畢業生須完成學位論文初稿，在中文核心期刊（含錄用通知）或國際會議發表2篇以上學術論文。

5、有兩名與報考學科相關的高職人員推薦。

三、報名手續

考生持公民身份證和軍官證（學員證）于2015年9月20日至30日到學院教學實驗綜合樓研究生招生辦公室（1127室）報名，外地考生可函報。報名時應提交：

1、填制完畢的《2016年報考攻讀博士學位研究生登記表》和《報考軍隊院校研究生政治審查表》（9月1日后，院內考生可從學院研究生處網站下載；院外考生可來電索要）。

2、已獲碩士學位者，提交碩士課程成績單、碩士學位論文及評閱意見書復印件；應屆碩士畢業生提交碩士課程成績單、碩士學位論文初稿、已發表學術論文版權頁或錄用通知。

3、碩士學歷、學位證書原件及復印件(應屆生于獲得證書后補交)。

4、檔案所在師（旅）級單位干部部門同意報考的證明信。

5、一寸正面半身免冠照片3張，報名費300元。

上述手續齊備，審查合格者發放準考通知，考生可于10月9日到研招辦領取《準考證》。

四、考試安排

博士研究生入學考試總分值為600分，包括六項內容：英語筆試、數學筆試、科研學術成果計分、碩士學位論文評分、專業綜合面試、綜合素質面試，每項內容滿分100分。

考試時間擬定于2015年10月11至12日，考試地點和具體安排詳見《準考證》。

五、其他

1、考生可于2015年11月初查詢錄取情況，入學時間為2016年3月份（詳見通知書）。

2、我院提供部分往年考試試題，考生可登錄學院研究生處網站下載。

六、聯系方式

聯系人：譚繼帥（參謀） 手機：13831189507座機：0311-87992123（地）；0221-92123（軍）

E-mail：tanjishuai@126.com 通信地址：河北省石家莊市和平西路97號研究生招生辦公室（050003）

招生專業目錄

專業代碼、名稱及研究方向

導師

專業綜合（面試）

數學（筆試）

080200機械工程

01機械性能檢測與診斷

張英堂

測試技術與信號處理

矩陣理論

02地面運載平臺維修理論與技術

張培林

狀態監測與智能診斷技術

03機械振動與沖擊防護

白鴻柏

振動理論

04機電液集成系統控制技術

何忠波

車輛工程

05機械制造及其自動化

倪新華

斷裂力學

080300光學工程

01軍用光電系統設計與應用

劉秉琦

陳志斌

應用光學、物理光學、光電測試技術

矩陣理論

02激光技術

沈學舉

激光原理及應用

03光學信息安全

光學信息技術原理與應用、光學信息安全

04微納光學

汪岳峰

光電子技術

080402測試計量技術及儀器

01測試性設計與分析

黃考利

測試技術

矩陣理論

02精密儀器與微系統

王廣龍

03裝備狀態監測與故障預測

李洪儒

測試與診斷技術

矩陣理論或應用數理統計

04網絡安全技術

王  韜

計算機網絡

081100控制科學與工程

01裝備測試與故障診斷

尚朝軒

測試與診斷

矩陣理論或應用數理統計

02火力與指揮控制理論及應用

全厚德

孫世宇

數字信號處理

矩陣理論

03武器系統建模與仿真

朱元昌

系統仿真

04電子裝備自動測試、故障診斷及可靠性

蔡金燕

測試與診斷

05目標識別與信息處理技術

王春平

圖像工程

06精確制導理論與技術

楊鎖昌

精確制導、控制與仿真技術

07無人機數據鏈抗干擾技術

陳自力

線性系統理論、數字信號處理

08目標探測與識別

馬彥恒

數字信號處理、現代控制理論

09飛行器控制

齊曉慧

線性系統理論

10無人機協同控制

李小民

現代飛行控制理論、導航控制技術

11無人機信息處理與傳輸技術

王長龍

數字信號處理

12非線性系統的穩定性與控制

徐  瑞

動力系統的穩定性理論

082600兵器科學與技術

01裝備輕量化技術

鄭  堅

火炮與自動武器原理、材料學

應用數理統計

02兵器試驗理論與技術

秦俊奇

火炮專業相關理論

矩陣理論

03裝備維修理論與技術

陶鳳和

火炮與自動武器原理、現代機械測試技術

04兵器性能檢測與診斷技術

房立清

機械裝備故障診斷與預測、武器系統裝備知識

應用數理統計

馮廣斌

火炮與自動武器原理、工程信號處理、現代機械測試技術

矩陣理論

05兵器結構動力學理論與應用

王瑞林

槍炮設計原理、振動理論、電磁場理論

06武器系統仿真與虛擬樣機技術

馬吉勝

振動理論、動力學仿真

07彈道學理論及應用

宋衛東

彈道學理論、制導理論與技術

08彈道修正理論與技術

彈道學、自動控制與導彈設計理論

矩陣理論或應用數理統計

09兵器性能檢測與故障診斷

唐力偉

振動理論

10兵器新材料技術

王建江

材料學

應用數理統計

11彈藥系統設計與試驗評估

高欣寶

系統仿真技術及其在信息化彈藥工程中的應用

矩陣理論

羅興柏

爆炸及其防護技術在彈藥保障中的應用

12彈藥保障與安全技術

安振濤

炸藥理論、彈藥保障及安全風險評估

穆希輝

彈藥保障

矩陣理論或應用數理統計

13信息感知與控制技術

齊杏林

彈藥引信論證、設計、試驗及評估理論與技術

14防護材料與特種能源技術

杜仕國

防護材料與特種能源技術及其在彈藥工程中的應用

矩陣理論

15電磁發射理論與技術

雷  彬

電磁場理論、測試技術

16武器系統建模與仿真

蘇群星

武器系統仿真與模擬器設計

17紅外圖像末制導技術

高  敏

彈道學、自動控制與導彈設計理論

矩陣理論或應用數理統計

18裝備維修保障理論與技術

賈希勝

石  全

康建設

趙建民

可靠性、維修性、維修工程

應用數理統計

朱小冬

可靠性、維修性、維修工程、建模與仿真

矩陣理論或應用數理統計

19裝備維修性理論與應用

郝建平

可靠性、維修性、維修工程、虛擬仿真

20電磁防護理論與技術

劉尚合

魏光輝

電磁場理論、微波與天線

矩陣理論

王慶國

大學物理、有機化學、固體物理、電磁場理論

譚志良

電子技術基礎、通信原理、微波與天線

21脈沖電磁場測試技術

朱長青

電路分析、電磁場理論和微波技術、數電模電

110900軍事裝備學

01裝備保障信息化

盧  昱

網絡信息安全保障

軍事運籌學

02裝備保障理論與應用

石  全

軍事裝備學、戰役基本理論

應用數理統計或軍事運籌學

于永利

可靠性、維修性、維修工程、建模與仿真

軍事運籌學

柏彥奇

篇（8）

1.引言

1886年問世起，汽車大大拓展了人類的活動范圍，對人類社會的發展做出了重大的貢獻，現代汽車工業已經成為許多國家經濟發展的支柱產業之一。到目前為止，以石油為能源的傳統內燃機汽車居絕對多數。然而，這類汽車在帶給人們方便快捷的現代生活的同時，其帶來的能源短缺和環境污染等一系列問題也對社會發展構成了嚴峻的挑戰。節能與環保已經成為全球各國和各大汽車制造商的共同課題。2009年，中國超越美國成為全球第一大汽車生產和消費國，2011年全國汽車銷量超過1850萬輛，繼續穩居全球第一位[1]。2011年中國汽車保有量首次突破1億輛大關，成為僅次于美國全球汽車保有量第二的國家[2]，而且有望在今后若干年繼續保持這種增長趨勢。

目前，對電動汽車的研究還是以對傳統內燃機汽車進行動力改造為主，在結構上僅僅將內燃機替換為電動機，保留原來的動力傳動系統。這樣的結構可以利用電動機的轉矩特性比內燃機更加理想的優點，但是并沒有從根本上改變車輛的動力特性，也沒有充分發揮電動驅動系統所帶來的技術進步。而車輪獨立驅動作為電動汽車的一種理想驅動方式，成為電動汽車發展的一個獨特方向。車輪獨立驅動系統就是將獨立控制的電機與汽車輪轂連接，省掉了各車輪之間的機械傳動環節。電機與車輪之間的連接方式主要有兩種：一是采用軸式連;二是將電機嵌入到車輪內。輪轂電機驅動系統中沒有機械傳動環節和差速器，由電機直接驅動車輪，因此需要對電機的轉矩和轉速進行精確控制，這也是研究的重點和難點所在。汽車的四驅控制系統能夠根據各車輪的轉速、轉矩等信息，控制并分配各輪轂電機輸出扭矩的大小，從而控制各車輪的驅動力和轉速，使汽車具有驅動防滑功能、差速功能、良好的加速性和汽車穩定性。

另外，在輪轂電機驅動系統中，電機和驅動器的體積、功率都較小，這樣既有利于汽車的總體布置，又可以保證良好的離地間隙，改善汽車的通過性。

圖1 米其林輪轂電機結構

2.基于輪轂電機的電動車底盤結構

輪轂電機車輛平臺自身具有的線傳控制特征，使整車布置和控制系統設計具有很大的柔性，這些優勢得到了各國汽車廠商和研發機構的認同并都展開了相關的研究。不過受到安全法規的限制，現在與整車安全相關的線控技術還無法應用到量產車型當中。因此，目前對基于輪轂電機平臺的線控電動汽車的研究主要還是處于概念車的開發和實驗室研究階段。

20世紀90年代初，最引人注目的就是米其林公司推出的主動車輪，其結構如圖1所示。電動輪轂中有兩個電動機，一個向車輪輸出扭矩，另一個則是用于控制主動懸架系統，改善舒適性、操控性和穩定性。在兩個電動機之間還設有制動裝置，動力、制動和懸架都被集成在一起，結構相當緊湊。由于電動機的扭矩易于控制，如果配備四個米其林主動車輪便成為四驅系統，并且可以通過電腦對任何車輪的扭矩進行獨立調節，僅需更多的傳感器和更復雜的程序便能實現。主動車輪的另一個優勢是能提供比傳統汽車更好的被動安全性。由于舍去了發動機和變速箱，車頭的緩沖區將變得高效與充足。

圖2 豐田公司i-unit概念車

圖3 VOLVO公司提出的ACM車輪總成方案

豐田汽車公司從上世紀九十年代末開始進行輪轂電機驅動的純電動車的開發，重點研究基于傳統汽車底盤的輪轂電機電動汽車走向實用化的關鍵技術，如傳統懸架、轉向和制動系統等如何改進設計，以適應輪轂電機在車輪上的安裝，全新結構的輪轂電機電動汽車的車體結構設計等[7]。豐田汽車公司在2005年推出了一款最小型的i-unit概念車，該車重180公斤，由鋰離子電池通過后輪內的輪轂電機驅動[8]。前兩轉向車輪由獨立電機控制，可實現正負90度轉角，車輛最小轉彎半徑達到0.9米。i-unit采用電傳操縱和側面駕駛桿控制，比方向盤反應更加靈敏，車體高度和軸距根據上下車和不同速度駕駛的需要而自動調節，低速行駛時車體升高，駕車者視線幾乎與站立時相同，可以輕松地在人群中穿行，高速時則自動降低重心，保持穩定，減少阻力。

瑞典VOLVO公司Chassis Engineering部門提出一種ACM（Autonomous Corner Module）車輪總成的構想。這種車輪總成集成輪轂電機，雙轉向執行機構，摩擦制動器、主動懸架系統和減震器。根據不同的車輛軸荷和應用場合，通過對執行器參數的調整，ACM可以支持不同類型全線控智能車輛。目前VOLVO已經對這種構想申請了專利保護[15]。

3.多輪驅動電動車的關鍵技術

盡管電動輪獨立驅動的汽車在電動汽車領域存在很大優勢，但卻沒有大規模的普及，甚至沒有出現一款商品化車型。究其原因，除了生產成本偏高的因素外，更主要的是四輪獨立驅動電動汽車在整車動力性及穩定可靠性等技術方面存在諸多問題，欲提高電動輪驅動電動車的整車性能，以下是必須解決的關鍵技術：

（1）輪轂電機及其控制技術。輪轂電機作為四輪獨立驅動電動汽車的動力源，必須具有足夠大的驅動轉矩、合適的轉速以及相應的調速范圍，這樣才能保障電動汽車擁有良好的動力性。

（2）驅動輪之間的電子差速技術。車輪在路面上保持純滾動運動是最理想的狀態，但是當汽車轉彎或在不平路面上行駛時，由于汽車內外車輪的行駛路徑長度不同，如果仍然要求內外車輪轉速一致，必然會造成車輪的打滑和拖行。傳統汽車是使用機械差速器解決這一問題的，它將內外車輪輪速進行重新分配，解決了輪胎過度磨損和功率循環等問題。但是機械差速器具有轉矩平均分配的特性，致使汽車的內外車輪在不同路況下行駛時，極易出現打滑現象。對于四輪獨立驅動的電動汽車各驅動輪之間的差速問題，可以采用電子差速技術來解決，較為常用的電子差速控制方法主要有兩種：基于轉速閉環的電子差速控制和基于轉矩閉環的電子差速控制。目前的研究表明，基于轉矩閉環的電子差速控制較為優越，控制效果較好，但是其控制算法較復雜、應用難度較大。

（3）整車牽引力控制技術。牽引力控制技術直接影響著整車驅動特性的優劣，是必須解決的問題。目前的牽引力控制策略大多是通過控制輪胎的滑轉率來實現的，因為滑轉率與附著系數在一定區域內成線性關系，從而通過調節驅動電機的輸出轉矩來改變車輪的轉速，進而改變了輪胎的滑轉率，使輪胎和地面之間具有良好的附著系數，控制車輪的附著特性，獲得最大的驅動力，使汽車在不同路況下行駛時都具有良好的動力性能。四輪獨立驅動電動汽車各車輪的驅動力可以實現單獨控制，更有利于實現基于滑轉率控制的牽引力控制策略。但是我們也應該認識到在實際運用中，滑轉率的檢測很困難。

（4）轉矩協調控制技術。對于四輪獨立驅動電動汽車，各個驅動輪之間沒有機械部件的耦合關系，它們是獨立存在的動力源。如何保證各驅動輪協調運轉也是必須解決的問題。我們可以設計一個上位控制器，根據汽車的行駛狀態和控制要求，對四個驅動輪重新分配轉矩，這就是轉矩協調技術，其主要包括單電機的轉矩控制和多電機的同步協調控制。簡言之轉矩協調控制技術就是對各驅動輪的轉矩進行協調控制，使車輛安全穩定的行駛。

4.基于CAN總線的多輪驅動電動車控制系統設計

本方案設計的電動汽車系統主要包括系統電源、兩臺輪轂電機控制器和汽車主控制器。整個系統由72V蓄電池供電，蓄電池輸出作為輪轂電機母線，使用DC/DC反激式電源將母線上的高壓轉換為12V和5V的低電壓向各個控制芯片供電。汽車主控制器完成系統輸入信號的采樣、控制算法的運行，使用CAN總線與兩電機控制器通信，為電機控制器分配轉矩;電機控制器按照主控制器給定的轉矩驅動電機運行。

圖4 電動汽車系統的硬件框圖

電動汽車系統的硬件部分設計如圖4所示，反激式電源輸入72V的直流電，轉換成一路5V直流電向主控制器和兩部電機控制器供電，另有一路12V的直流電向電機驅動模塊供電。主控制器通過AD接口和10接口檢測系統輸入，通過CAN總線與兩個電機控制器通信。電機控制器根據接收到的信息通過輸出PWM信號控制電機驅動板上的MOSFET來驅動72V輪Y電機。

電動汽車系統的軟件部分包括電機驅動器中的電機控制程序，主控制器轉向差速運算與轉矩分配程序以及二者基于CANOPEN協議的通信程序，三塊控制器均使用TMS320F28035型MCU。

圖5 主控制器轉矩分配函數流程圖

圖5所示是主控制器轉矩分配函數的流程圖，電動汽車正常直線行駛時，將轉矩平均分配到兩臺輪轂電機上，轉向時需要為兩輪配置不同的轉矩以實現差速控制的目標。在第三章中進行了電動汽車轉向差速算法的研究與仿真，按照3.2小節中的控制策略編寫程序。主控制器在同步窗口期內接收兩電機控制器的速度信號，同步窗口結束之后調用轉矩分配函數。轉矩分配函數首先讀取踏板和方向盤的模擬信號，根據踏板信號確定兩電機的總轉矩，再根據方向盤轉向信號判斷是否需要進行差速計算。如果轉向信號較小，將總轉矩平分給兩電機;如果轉向信號足夠大，則需要進行轉向差速計算，由車速信號和輪速信號得到兩驅動輪的滑轉率，根據兩驅動輪滑轉率之差計算出兩驅動輪轉矩分配的比例，再得到兩輪的實際輸出轉矩。

5.總結

本文對基于輪轂電機的多輪驅動電動車的關鍵技術、底盤布局進行了探討和分析。基于輪轂電機驅動的多輪電動車無需復雜的傳動軸、分動器、差速器等機械裝置，底盤重量大幅減輕且結構簡單、步驟靈活。然而此類底盤對整車的控制系統要求較高，其控制除通常的車輛狀態監測外還擔負著驅動力分配、電子差速等及轉矩控制等功能，因此對控制系統的實時性、可靠性和可擴展性有很高的要求。本文討論了基于CAN總線架構的整車控制系統，給出了其硬件框圖和轉矩分配子系統的流程圖，對后續實用系統的搭建提供了依據和技術支撐。

參考文獻

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主要欄目

綜述與評論、綜合自動化系統、過程控制及應用、智能控制技術及應用、優化控制技術及應用、企業資源計劃系統、制造執行系統、計算機控制系統及軟件

 

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    0 引言

    現代科學技術的發展極大地推動了機械工業領域的變革,同時給相關生產產業帶來了巨大的影響,提高了生產水平和技術。隨著各種技術之間相融合的發展,以計算機電子技術、機械技術為核心的機電控制領域將給工業及科研等領域帶來更多的實際應用。

    1 計算機技術與機電控制技術的發展概況

    1.1 計算機控制理論的形成與技術的發展

    忽略數字信號的量化效應,可以將計算機控制系統看成采樣控制系統,在這一系統中,將其中連續的環節離散化,則整個系統又可看成由不同的離散系統構成。計算機控制理論的發展主要是將采樣理論、差分方程、變換理論、狀態空間理論和系統辨識自適應控制等理論綜合應用到控制技術中,使計算機控制系統有了初步發展。對于結構復雜、時變的非線性系統,控制系統則融入了魯棒控制、模糊控制、預測控制等多種新型理論,逐步形成了工業過程控制系統的一個新方向。

    自世界第一臺電子計算機問世后,計算機首先被用來自動檢測化工生產過程的過程參量并進行相關的數據處理,同時也研究了計算機的開環控制。到二十世紀六十年代,出現了用于過程控制的計算機,實現了直接數字控制。后經集中式計算機控制系統發展到現在的以微處理器為核心的分層式控制系統控制,通過計算機對生產過程進行集中監視、操作和管理控制等。伴隨著計算機處理器等技術的發展,計算機控制技術也隨之發生相應的變革,最終應用到工業生產中并對其產生巨大影響。

    1.2 機械和電子控制技術的發展和現狀

    在生產、科研等諸多領域里,有大量的物理量需要按某種變化規律進行控制。在二十世紀三十年代之前,工業生產多處于手工操作的狀態。最初采用基地式儀表控制壓力溫度等在一恒定范圍內,初步有了對工業生產的機械控制實踐。隨著電子技術的迅速發展和計算機控制系統的出現,直接實現了工業生產中各參量和過程的數字控制。計算機的微型化使控制技術更加智能化,同時將機械、電子、計算機技術和控制技術有機結合的機電一體化技術也得到迅猛發展,且越來越被廣泛的應用到各生產領域。目前主要形成并應用的機電控制技術主要有PID控制,PID是經典控制理論的代表,它吸收了智能控制思想并利用計算機的優勢,形成了自適應PID和非線性PID等更利于控制的變種PID控制器。另外還有模糊控制(FLC)、變結構控制等,均隨著計算機領域的發展在不斷地拓寬。

    2 機電一體化的發展及在工業上的廣泛應用

    2.1 機電一體化的簡介和生產應用

    機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術,將機械裝置與電子化設計及計算機軟件系統集合起來所構成的系統總稱,綜合運用機械技術、微電子技術、計算機技術、電力電子技術等對各生產領域的控制過程進行監督操作。它主要應用領域有數控機床,通過相應的數控技術,在工業操作上結構、功能、操作精度上都有明顯的提高。采用多CPU和多主線的體系結構,豐富了數控功能,也提高了生產效率。

    柔性制造系統的應用是計算機技術和制造系統在機電控制工業的應用,是計算機化的制造系統。它主要由計算機、數控機床、自動化倉庫等組成。在工業上,它可以隨機地、按量地按照裝配部門的要求,生產其能力范圍內的任何工件,更適用于多品種,小批量等的離散零件的批量生產。

    交流傳動技術的發展也是隨著電子技術和計算機技術的發展在工業上有了重要的應用,尤其是在鋼鐵工業中,使復雜的矢量控制技術得以實現,無論是大容量電機還是小容量電機現均可使同步電機或者異步電機實現可逆滑調速。也使交流傳動系統在軋鋼生產中得到廣泛的應用。

    可編程控制器(PLC)是集計算機技術和自動控制化技術于一體的新型控制系統。這一系統解決了工業控制系統中大量開關控制的問題,逐漸取代了耗能多、故障率高的繼電器控制系統。隨著PLC技術的進步,其應用領域更是不斷擴大,可采集存儲數據,還可對控制系統進行監控。PLC能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉環控制。這種過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。此外,隨著工廠網絡自動化的發展,PLC可實現通信及聯網功能,更有助于工業生產的控制過程的監控。如今,PLC技術已經被廣泛應用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環保以及文化娛樂等各行各業。

    2.2 計算機在機械和電子控制產業的應用實例

    計算機技術和機械電子控制技術一體化的有機結合,不斷使相關的新技術應用到更多的領域中去,這些應用到的領域已經不再局限于工業的生產,更多技術是切身關系到我們日常的工作和生活。下面舉幾個具體實例來介紹計算機技術和機電控制相結合的實際應用。

    PLC實現了機械手移動工件的控制過程。隨著世界經濟和技術的發展,人類活動的范圍不斷擴大,機器人的應用正迅速向社會生產和生活的各個領域擴展,并從制造領域轉向非制造領域,各種各樣的機器人產品隨之出現。隨著機器人的生產和大量應用,很多領域,許多單一、重復的機械工作由機器人(也稱機械手)來完成。工業機器人是一種能進行自動控制的、可重復編程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作機,廣泛采用工業機器人,不僅可提高產品的質量與產量,而且對保障人身安全,改善勞動環境,減輕勞動強度,提高勞動生產率,節約原材料消耗以及降低生產成本有重要意義。與計算機及網絡技術相結合應用的工業機器人的廣泛使用正在日益改變著人類的生產和生活方式。

    農業方面,機械作業過程中駕駛室內的儀表盤正迅速由電子監視儀表取代并逐步由單一參數顯示方式向智能化信息顯示終端過渡,以此來改善人機交互界面。這種智能化顯示終端又被稱為虛擬化儀器顯示終端(Virtual Display Terminal),它代表了當代儀器與控制裝置發展的主流方向。它可通過屏幕任意選擇顯示機組中不同部分的終端信息,在屏幕上按操作者的需求,調用數據庫信息,顯示數據、圖形、語音等多媒體信息。另外,還可以將數據信息動態存入類似信用卡尺寸大小的高密度智能化數據存儲卡,將農業作業過程的數據信息通過智能卡帶回辦公室,由計算機應用高級軟件進行處理。也可以將管理者的決策和操作指令通過智能卡傳送到拖拉機上的智能控制終端,實現自動控制農機的操作。

    PLC在自動售貨機中的應用。自動售貨機通過顧客選擇商品開關,投入的硬幣值由PLC驅動數碼管顯示,經過光傳感器識別,通過判斷,進行下一步操作,經過PLC的系統控制和信號輸出完成售賣過程。計算機技術和機電自動控制在自動售貨機中的這項應用極大方便了人們的生活,也使PLC的應用更加廣泛。

    交通信號燈系統也是微機軟件應用到電子控制系統中的典型實例。通過主要應用PLC技術控制十字路口的信號燈動作。準確無誤的完成信號燈的變燈動作來控制時間,這項應用更是極大方便了人們日常生活工作的出行。

    電腦橫機中計算機技術的應用給機械編織行業帶來了巨大的變革。現在的電腦橫機是一種涉及到計算機、機械、電子、控制等諸多領域的復雜系統。電腦橫機的編織是一個極其復雜的過程,最初的橫機是手動橫機,只能勝任比較簡單的編織過程。隨著計算機技術應用到電腦橫機中,通過電腦的自動控制,設計人員可對編織花型進行數字化設計,通過計算機數字直接控制機械的退圈、墊沙、脫圈、彎沙等相應的機械編織動作,由計算機指令控制系統完成整個設計的編織,極大地提高了工業生產效率。

    與機電一體化相關的技術還有很多,并且隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,以機械技術、微電子技術的有機結合為主體的機電一體化技術是機械工業發展的必然趨勢。

    3 總結

    在機械生產領域,電子技術和計算機技術的融入發展,機電一體化的形成是機械工業中的重要變革。通過不斷發展的計算機技術,使機電一體化相關的技術在諸多領域中得到了廣泛的應用。

    參考文獻:

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