基于MyEclipse的电机性能对比分析

论文总字数：18646字

目 录

1 绪论 1

1.1 步进电机与交流伺服电机的发展概况 1

1.2 研究意义和主要内容 4

2 MyEclipse软件及其元体架构 6

2.1 MyEclipse软件介绍 6

2.2 jsp动态网页技术 7

2.3 动态统计图介绍 8

3 步进电机与交流伺服电机的参数提取 12

3.1 步进电机介绍 12

3.1.1 步进电机的主要特点 12

3.1.2 步进电机的基本参数 12

3.2 交流伺服电机介绍 13

3.2.1 交流伺服电机的主要特点 13

3.2.2 交流伺服电机的基本参数 14

4 基于MyEclipse的电机性能对比分析 15

4.1 页面设计介绍 15

4.1.1 首页介绍 15

4.1.2 性能对比分析页面介绍 16

4.2 性能对比分析 20

4.2.1 力矩范围 20

4.2.2 矩频特性 20

4.2.3 过载能力 21

4.2.4 其他功能 22

5 总结与展望 23

5.1 总结 23

5.2 展望 23

参考文献 24

致谢 25

基于MyEclipse的电机性能对比分析

潘鹏

，China

Abstract：This paper briefly introduces the stepper motor and AC servo motor’s main characteristics, basic parameters, conclusion and some performance characteristics, and expand the comparative study based on the two motor part of the performance characteristics, and point out that in the different needs of the motor selection, at the same time, using JSP, jQuery and highcharts technology through the MyEclipse software make full use of data visualization comparative study of step motor and AC servo motor performance comparison and analysis to simple, popular and image characteristics and show stepper motor and AC servo motor performance data.

Key words：Stepping motor; AC servo motor; Performance characteristics;Comparative analysis;

Data visualization

1 绪论

1.1 步进电机与交流伺服电机的发展概况

步进电机最先是由国外研发产生的，基于其电磁转矩产生的方式不同，亦可称为脉冲电机。步进电机的设计概念起源于十九世纪三十年代至六十年代之间。十九世纪七十年代后开始应用于氢弧灯的电极输送系统中，其主要目的是研究控制系统的运行。这时候的模型是最初步的步进电机。步进电机在电话自动化交换机中的被认可和普及开始于二十世纪初。之后由于西方资本主义列强争夺殖民地,步进电机在当前局势下得到普及发展，在缺乏有源电源的船舶等控制系统中应用显著。二十世纪五十年代后，步进电机由于加入的最新产物晶体管,使得数字化控制更具有容易性的特点。九十年代之后,微型计算机凭借其丰富性、廉价性使得软件控制硬件的功能得以实现,使得步进电机的控制方式更加灵活性，多样性。

相比较于市面上存在的大部分电机而言，步进电机具有其自身的特点，首先它具有数字模式转换的功能，可以将得到的电脉冲信号进行处理转化，最终得到用户所需要的角位移或直线位移。步进电机可以开环位置控制,当其接收一个输入脉冲，随之也将得到一个对应的位置增量,得到的增量位置相对于普通的的直流控制系统的增量位置而言^[1],在价格方面具有明显优势,后期也不必进行繁琐的系统调整。当不同时刻给步进电机输入数量不等的脉冲信号时，其输出的角位移也会随输入数量变化，并与之成正比。所以为了得到所需的输出参数，就必须要控制电机并给其不同的且和输出信号相对应的输入信号，这种控制效果显著。

从二十世纪七十年代初起，国内开始引进该技术并着力于研究步进电机控制系统,直至八十年代中期，该技术开始逐渐成型,各种特种电机开始陆续出现，满足日常所需,步进电机发展至如今,各种高兴产业的发展和现代手段的完善,尤其各种特殊材料的发现及利用，科学技术的不断引进及创新,使得步进电机的普及和各个领域占据较大的市场份额。

图1 42BYG步进电机 图2 42步进电机

如图1与图2作为两种常见的步进电机,步进电机由于需要特殊的电源提供电源才能正常工作,所以需要专有的控制器来提供必要的输入参数。在软件控制硬件的技术产生前,控制器(脉冲信号发生器)一般依赖于硬件的自身控制,由控制系统所构成的控制回路调试难度较大^[1]，定型后无法修改，只能通过重新设计电路来重组控制回路。对于不同的电机，这就需要不同的驱动，提高了成本，使得步进电机在价格方面具有了部分局限性。

计算机为步进电机的提供智能控制的平台的主要原因是步进电机能将得到脉冲信号输出离散信号,可以根据用户的不同需求得到相应的结果。在当前的控制系统中,软件控制硬件，硬件体现软件的方式已经是主流的控制方式,也就是使用输入脉冲来控制调试硬件设备。在单片机中录入代码来控制电机可以使得电机的性能得到更好的发挥。所以目前通过软件控制电机的方式已经越来越普遍，并且更加符合智能控制的要求。

为适应不同的环境以及不同的需求，步进电机按照不同的形式可以分为不同种类，如绕组相数，构造形式等,反应式步进电机在我国的使用情况较为普遍。控制方式的不同对电机的实际响应能力有着明显影响,在当前控制系统中步进电机的控制方式可以分为三类^[1]:

1.开环控制系统

2.闭环控制系统

3.半闭环控制系统

半闭环控制系统较其他两种控制系统没有很大的差异，通常也被认为属于这两种系统。

如图3与图4为两种伺服电机，在国外的研究中，伺服电机凭借其优秀的性能特性,在机器人,数控机床,雷达跟踪等方面占有很大的比重,需求量每年至少达几十万台。国外许多公司在伺服系统中研究已达一流水准如美国A-B公司、德国Simeens公司、日本的三菱电机公司(HA-L系列)等。比如美国Yaskawa公司推出的交流伺服放大系统,在体积方面占有明显优势，为其他同类款的1/3,该伺服系统由于采用了钕一铁一硼永磁材料,使得其具有很高的转矩,性能提升明显。

图3 15025LG电机 图4 80系列

在我国，永磁交流伺服系统的出现始于十九世纪八十年代末,如东方西门子,我国从德国西门子公司引进了该系统,并开始着力研究，按西门子公司的设计模型及参数制造的交流伺服系统,额定电流可达90A。

在当前的国际形势下,加强电机研究已经成为一种不可扭转的趋势，我国顺应当前形式并取得巨大进步,研究水平直线上升。如图5的PC52五轴电机控制系统,该系统由重庆大学迪希数控技术研究所研制,可以对5轴电机进行较为复杂控制以满足不同的需求,在实际应用方面具有极高的价值。

图5 迪希数控系统

伺服系统具有一定的基本要求：(l)自适应能力强。伺服系统在收到无关因素影响时，具有自我适应能力，能够在较短时间内返回到平衡状态。(2)精度高。作为精密的仪器，伺服系统的精度允许误差要在0.001~0.0001mm之间，精确程度要求比较严格。(3)快速响应性好。快速响应性是最为明显的标志之一,由于过度时间短，通常在200ms以下，以及要求上升率高。

目前在交流伺服控制系统中，高性能特点尤为重要，在某些特殊情况下，交流伺服电机因为设备存在形式的区别以及对应反馈检测装置的优化提升具有很多局限性，使其收到明显的限制。相反，以软件控制的方式具有更大的适用性。随着智能控制系统的不断成熟，软件控制技术的水平提高，硬件设备的性能提升，加上嵌入式系统的不玩完善，软件能更好嵌入硬件，而硬件完美发挥硬件优势，在实际推广中，智能控制越来越具有丰富性，并得到普遍认可，应用也越来越广泛。

为适应不同的环境以及不同的需求，伺服系统按照不同的形式可以分为不同种类，如绕组相数，驱动方式。控制方式等。与步进电机相比，伺服系统在数控系统中也具有三种类型： 1.开环控制系统。

1. 闭环控制系统
2. 半闭环控制系统。

1.2 研究意义和主要内容

目前国外就大功率设备驱动方面基本不使用大扭矩步进电动机，步进电机在该方面较伺服电机而言就占据较大劣势，比如从电机的成本，噪音，效率，加速度，绝对速度，系统惯量和最大扭矩比等方面考虑，步进电机的价格方面并不理想，还是用直流电动机更加具有价值性，也可满足生产要求，适应经济水平。在部分应用需求比较高的场合，就用空心转杯电机，交流电机。当然，在功率要求比较低的环境中，还是步进电机具有优势，因为其已经可以满足要求，不要太高的配置，例如打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机等设备。目前在国外步进电机已经面临被排挤出驱动应用的严峻形势，因为目前许多手段已经可以满足该需求，使得步进电机占据份额在减少，除了前面提到的带有光电编码带或感应编码带的打印机配合直流电动机实现电机闭环控制。

随着步进电机的控制技术的引入，我国对其的研究发展已经越来越具有重要的意义，努力提高控制技术的水平在当前形势下也显得尤为重要。发展至今，我国在数字控制方向的研究水平较国际一流水平还有一定差距，步进电机在实际的生产链中的效果较为普通，但是交流伺服系统反而越来越体现出其强大的适应能力，满足各种需求且效果明显，在数字控制中占据着越来越重要的地位，所以着手对步进电机以及交流伺服电机两者之间的比较研究也显得尤为重要。

图6 JSP页面

如图6，JSP 具有业务代码分离的特点，在此基础上，开发人员可以按照需求方案在不改动动态数据处理部分代码的情况下修改页面的静态页面风格与动画特效。jQuery插件一个比肩Prototype的另一个功能强大的的前端JavaScript框架，根据其编写动画特效的美观性与业务数据处理的功能性，被广大程序爱好者所认可; 另外由于强大的DOM操作能力和实现某些功能时代码的简洁性，方便开发人员缩短时间进行快速二次研发。统计图可以使复杂的业务数字简洁化、美观化、生动化，使人一目了然，通过使用Jquery Highcharts 技术相结合，丰富地展示了如图7所示动态效果图。

（a）

（b）

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