0 引言

常見的立式車床中，為主軸提供驅(qū)動力的主要是直流電動機，這種電動機的優(yōu)勢在于啟動扭矩大，工作原理簡單，便于控制。但是直流電動機內(nèi)部的換向器以及換向極，是通過螺絲固定在機座之上，因此會在長期使用過程中產(chǎn)生磨損，導致直流電動機需要經(jīng)常進行維護與檢修。此外，直流電動機的調(diào)速系統(tǒng)能耗較大，同時在其工作過程中還會產(chǎn)生高次諧波，對于電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。為了解決這些問題，我們嘗試利用三項交流異步電動機來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流電動機，這種新型電動機具有環(huán)境適應性好、結構簡單、便于維修等優(yōu)點。因此，我們嘗試搭建三項交流異步電機仿真模型，通過整定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)，實現(xiàn)對于立式機床節(jié)能控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)模型的設計，確保立式機床節(jié)能控制系統(tǒng)能夠發(fā)揮出應有的作用。

1 三項交流異步電動機模型設計

1.1 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)設計

本次設計中，三項交流異步電機的矢量控制系統(tǒng)，主要由電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)組成，形成一套完整的雙閉環(huán)結構，其中電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。考慮到后期運維成本以及電動機工作效率，我們決定使用PID調(diào)節(jié)器對雙閉環(huán)結構進行調(diào)控，采用PID調(diào)節(jié)器的主要原因在于使用這種裝置的時候，無需對被控制對象進行建模，且該裝置具有很好的抗干擾能力以及良好的穩(wěn)態(tài)性能

。本次設計中，我們綜合考慮PID調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)精度以及動態(tài)性能，分別運用Ⅰ型系統(tǒng)以及Ⅱ型系統(tǒng)設計轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的矢量控制系統(tǒng)。Ⅰ型系統(tǒng)開環(huán)傳遞公式為：

試驗風量采用噴嘴流量箱測得，流量箱絕對壓力采用量程為0～130 kPa、精度為0.15%的EJA310E型絕對壓力變送器測量；流量箱處空氣溫度采用量程為0～100 ℃、精度為A級的帶變送器的Pt100鉑電阻測量；流量箱進出口壓差采用量程為0～1 kPa、精度為0.2%的EJA120E型差壓變送器測量。由于沿爐排寬度方向風室風壓差異較小，而爐排上方的風壓基本相同，為確保測量精度，采用量程為0～1 kPa、精度為0.2%的EJA120E型差壓變送器測量風室沿爐排寬度方向的爐排上下靜壓差，由此得到風室沿爐排寬度方向的靜壓分布。

公式（1）中，變量T為該系統(tǒng)慣性時間，變量K則代表Ⅰ型系統(tǒng)開環(huán)增益。圖1為PID調(diào)節(jié)器典型結構圖，通過分析PID調(diào)節(jié)裝置的Ⅰ型系統(tǒng)結構圖可以發(fā)現(xiàn)：在整定PID參數(shù)過程中，對于動態(tài)響應時間的要求較高，因此我們需要將Ⅰ型系統(tǒng)開環(huán)增益值調(diào)大，基于工程近似整定法，我們將該參數(shù)調(diào)整為KT=1/2，這種PID參數(shù)整定方式也被稱為“二階最佳系統(tǒng)”。

以二階最佳系統(tǒng)為基礎，選擇一種結構相對簡單且能夠確保穩(wěn)定性的Ⅱ型關系系統(tǒng)（如圖2所示）。

活性炭的吸附性能在很大程度上取決于孔結構特征。根據(jù)用途和應用領域的要求對活性炭的孔結構進行調(diào)控，定向制備活性炭，已成為目前活性炭領域研究的熱點。

1.2 電流環(huán)模型設計

三項交流異步電機中安裝的電流環(huán)，其主要的功能是分隔內(nèi)環(huán)與外環(huán)，通過這種方式提升三項交流異步電機的響應速度，并在此基礎上減少干擾。我們嘗試對電流環(huán)進行無靜差控制，以獲得更為良好的堵轉(zhuǎn)特性。實際運行過程中，電流環(huán)需要對輸入電流的變化情況進行快速跟蹤，確保三項交流異步電機能夠得到良好的轉(zhuǎn)矩輸出能力。

變頻節(jié)能控制系統(tǒng)的特點包括：

2)從圖8～圖10中可以看出霧滴粒數(shù)的分布狀態(tài)基本一致，距離噴嘴較遠處霧滴在空間的沉降分布粒數(shù)比較均勻，霧滴的擴散性能較好，能夠在遠離噴嘴的空間達到霧滴的有效沉降。在同一電壓下，遠離噴嘴時霧滴沉降粒數(shù)的分布趨于一致，在不同電壓下，霧滴沉降粒數(shù)隨著電壓的增加而增加。

在公式（3）中，K

代表電流環(huán)PID比例系數(shù)，K

則代表電流環(huán)PID積分系數(shù)?；谠摴剑梢酝茖С鲭娏鳝h(huán)開環(huán)的傳遞函數(shù)公式：

金湖縣在基本農(nóng)田以及耕地的保護方面，需要在確保現(xiàn)有基本農(nóng)田在數(shù)量不減少、用途不改變的基礎上，質(zhì)量有所提高。建設用地上，金湖縣要統(tǒng)籌安排發(fā)展用地，實現(xiàn)集聚、集約發(fā)展。同時，加強對農(nóng)業(yè)污染的控制，大力發(fā)展高效以及生態(tài)農(nóng)業(yè)，發(fā)展高效規(guī)模養(yǎng)殖、無公害立體養(yǎng)殖、養(yǎng)殖廢棄物無害化處理等生態(tài)養(yǎng)殖技術，提倡有機肥和無機肥平衡使用技術，加快建設一批規(guī)模大、水平高、帶動力強的生態(tài)觀光農(nóng)業(yè)園，并積極推動綠色、有機食品基地的建設，大力開展綠色、有機農(nóng)產(chǎn)品認證，探索適宜的種養(yǎng)結合等循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，降低農(nóng)藥、化肥的使用量[4]。

這場討論受到了租界當局、軍警和衛(wèi)道士們的圍攻，《民國日報·覺悟》的主編邵力子先生受到處罰，魏金枝寄去的文章忽然不登出來了，他寫信去追問，邵力子回信中表示很尷尬，勸他不要再討論這個問題，免得他受罰。這場戀愛的爭論就此終結。魏金枝很不滿意，就寫了一篇新詩《大風歌》，“想將一股大風，把一切阻礙人世間的障礙一氣吹得精光?！笨上н@詩篇目前還沒有找到。

1.3 轉(zhuǎn)速環(huán)模型設計

左側(cè)垂直刀架變頻控制系統(tǒng)中，使用VVVF2型變頻器，利用制動電阻抵消電機停轉(zhuǎn)之后積攢的能量，右側(cè)垂直刀架變頻控制系統(tǒng)的設計方式與左側(cè)一致（如圖5所示）。

對于三項交流異步電機而言，速度環(huán)是確保矢量控制效果的重要一環(huán)，該部件需要具有較快的反應速度以及較高的精度。此外，考慮到轉(zhuǎn)速環(huán)特殊的工作環(huán)境，其還要具備良好的抗負載干擾能力，調(diào)速的范圍寬、響應頻率快、脈動率低，是對于轉(zhuǎn)速環(huán)的基本要求。我們經(jīng)過綜合考量，決定按照Ⅱ型系統(tǒng)設計轉(zhuǎn)速環(huán)模型

。在得到PID參數(shù)對應關系的基礎上，將頻寬參數(shù)調(diào)整為5，計算轉(zhuǎn)速環(huán)PID整定表達式：

在設備病人報告里記錄所有圖像的容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index,CTDIvoI)和輻射劑量長度乘積(dose length produce,DLP)。有效劑量（effective dose,ED）ED=K×DLP，單位mSv，k為不同部位的劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)，胸部k值為0.014mSv/mGy.cm。

依據(jù)公式（6），我們對PID參數(shù)進行調(diào)整，PID比例系數(shù)、積分系數(shù)兩項參數(shù)與三項交流異步電機的轉(zhuǎn)動慣量之間存在正比例關系，即PID比例系數(shù)、積分系數(shù)越大，三項交流異步電機的轉(zhuǎn)動慣量越高。因此，提升比例增益，能夠達到提升轉(zhuǎn)速環(huán)瞬態(tài)、靜態(tài)運行能力的效果（如圖4所示）。

以拓展訓練教學法在高校籃球選項課教學中的應用為研究對象；以福建商學院2017級人數(shù)相等的2個班(n=30)為實驗對象。

2 立式機床節(jié)能控制系統(tǒng)設計具體方式

2.1 主軸電機變頻驅(qū)動電路設計

2)將適應值排在第1/3Np+1(Np為種群規(guī)模)的個體記為mk。對每維個體，求適應值大于mk且符合式(18)范圍的所有個體集合，記為Ln。如果Ln中個體數(shù)大于k/2，則表示優(yōu)異種群在該位置信息失效。

本次設計中，我們選擇VVVF1型變頻器，該變頻器的額定功率為46kW，電壓波動范圍為10～-15%，頻率波動范圍為5～-5%，制動頻率為0.0～60.0Hz，VVVF型變頻器適配的制動單元為BU55-4C，該制動單元最大轉(zhuǎn)矩為100%，制動時長為10s。

2.1.2 輔助刀架電機

根據(jù)上述公式設計完電流環(huán)模型之后，我們開始設計轉(zhuǎn)速環(huán)模型，實際工作過程中，轉(zhuǎn)速環(huán)很容易在外界因素的干擾下，出現(xiàn)高階系統(tǒng)，為了避免這一問題的發(fā)生，需要將設計好的電流簡化模型代入轉(zhuǎn)速環(huán)模型，以此來提升轉(zhuǎn)速環(huán)的抗干擾能力。本次設計中，使用PID控制器對轉(zhuǎn)速環(huán)的轉(zhuǎn)速進行控制，其函數(shù)傳遞式為：

2.2 主軸編碼器

光電模塊與光柵是構成編碼器的主要設備，前者的輸出信號為A相與B相，高級的光電模塊，其輸出信號還包括C相與Z相。三項交流異步電機的主軸與編碼器相連，實際運行過程中編碼器帶動光柵盤轉(zhuǎn)動，通過光電檢測模塊記錄光柵盤轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)速。本次設計中，光電模塊A相與B相的脈沖相差90°，我們在確定光電模塊A相與B相交叉點之后，判斷哪一個分路為高電平，以此來標定主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)

。

2.3 節(jié)能控制系統(tǒng)仿真

2.3.1 節(jié)能控制系統(tǒng)參數(shù)

節(jié)能控制系統(tǒng)設計完成之后，需要對該系統(tǒng)進行仿真以及運行結果分析。本次節(jié)能控制系統(tǒng)設計運用MATLAB軟件，搭建基于三項交流異步電動機的節(jié)能控制系統(tǒng)仿真模型，依據(jù)上述公式計算仿真結果，并將勵磁磁鏈設定為0.5Wb，PID控制器的參數(shù)為：電流環(huán)PID控制器K

=750，K

=7500；轉(zhuǎn)速環(huán)PID控制器為：K

=0.005，K

=62.5。

2.3.2 節(jié)能控制系統(tǒng)輸出電流仿真

本次仿真實驗中，我們使用MDIC280S-6型三項交流異步電動機，該電動機的電機極數(shù)為6，滿載轉(zhuǎn)矩為436N/m，由于節(jié)能控制系統(tǒng)運行的要求，其直流側(cè)電壓需要控制在350～430V這一范圍內(nèi)。通過實驗發(fā)現(xiàn)，當負載轉(zhuǎn)矩處于50N/m的時候，三項交流電波形圖較為平穩(wěn)，且電流波動范圍小。同時，利用MATLAB軟件中內(nèi)嵌的SIMULINK模塊，對FFT進行分析，發(fā)現(xiàn)當波形頻率達到19Hz的時候，畸變率較低，畸變相似性為1.93%，符合節(jié)能控制系統(tǒng)對于電流波形的要求。

2.3.3 節(jié)能控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速仿真

目前，大多數(shù)全科醫(yī)生培訓基地尚未建立完善的全科醫(yī)生培訓課程。傳統(tǒng)的醫(yī)生培訓教學內(nèi)容和課程體系雖有嚴謹、完整、系統(tǒng)的有點，但缺乏專業(yè)間的有機結合，并且對全科醫(yī)學培養(yǎng)導向定位不清。重點培養(yǎng)解決社區(qū)常見健康問題能力，社區(qū)診所的培訓學習，與患者保持持續(xù)的健康照護關系等培訓方案有利于強化全科醫(yī)生的全科意識。全科醫(yī)學科的設立，有利于擺脫轉(zhuǎn)崗轉(zhuǎn)科式的培訓模式，制定專為全科醫(yī)生培養(yǎng)所擬定的課程方案[9]。

設計電流環(huán)模型過程中（如圖3所示），為了加快電流環(huán)的響應速度，嘗試運用PID零點消除控制對象中的時間常數(shù)極點，依照最佳整定法，將參數(shù)調(diào)整為0.5

。

在進行轉(zhuǎn)速仿真實驗過程中，我們將三項交流異步電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)整為500轉(zhuǎn)，啟動電動機之后發(fā)現(xiàn)其主軸轉(zhuǎn)速存在超調(diào)現(xiàn)象，在啟動0.4s之后，主軸轉(zhuǎn)速達到了穩(wěn)定的狀態(tài)，且轉(zhuǎn)速波動較為平穩(wěn)。

2.3.4 節(jié)能控制系統(tǒng)擾動仿真

將三項交流異步電機的轉(zhuǎn)速調(diào)整到980rpm的時候，得出其轉(zhuǎn)速仿真圖，發(fā)現(xiàn)此時對電動機進行干擾，其轉(zhuǎn)速會出現(xiàn)跌落，但是在0.1s之后又恢復到給定的980rpm，由此可以證明該系統(tǒng)矢量變頻調(diào)速系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力。經(jīng)過仿真測驗發(fā)現(xiàn)，配有矢量控制電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)控制裝置的電機被干擾之后，其主軸的轉(zhuǎn)矩會出現(xiàn)跌落，在擾動出現(xiàn)0.2s之后，主軸的轉(zhuǎn)矩回升，回歸至指定的轉(zhuǎn)矩。

想要獲得志愿服務證書。在587名調(diào)查對象中僅有52名調(diào)查對象以獲得志愿服務證書為目的而選擇參加志愿服務活動，據(jù)了解，國內(nèi)有不少大學評定獎助學金的標準中的一條，就是該生的德育教育成績，而德育教育成績則是以參加各類課外活動并獲得證書作為德育教育的成績（筆者的學校就是如此），所以，這一部分大學生參加志愿服務活動的主觀原因是排除在以上幾種原因之外而單獨獨立出來的，大學生參加志愿服務活動就只沖著志愿者證書去的。

2.4 立式機床直流運行系統(tǒng)與矢量控制調(diào)速系統(tǒng)對比

通過仿真實驗，我們對直流運行系統(tǒng)與矢量控制調(diào)速系統(tǒng)進行對比，分別得到直流電機的轉(zhuǎn)速度以及數(shù)量控制調(diào)速電機轉(zhuǎn)速度，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，直流電機在啟動的時候，由于突然輸入了強大的電流，在電流的沖擊下主軸轉(zhuǎn)速加快，但主軸轉(zhuǎn)速很快回落，并逐漸趨于穩(wěn)定，在持續(xù)運行過程中會出現(xiàn)明顯的電流波動

。而搭載矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的三項交流異步電機，在通電之后其轉(zhuǎn)速從零開始穩(wěn)定增加，并最終趨于穩(wěn)定狀態(tài)，整個過程中其轉(zhuǎn)速的加快呈現(xiàn)出線性變化特點。

在得到直流運行系統(tǒng)與矢量控制調(diào)速系統(tǒng)對比結果的基礎上，通過仿真實驗的方式對立式機床節(jié)能控制系統(tǒng)，與老式直流調(diào)速機以及直流調(diào)速系統(tǒng)進行對比，比較的指標包括切削量、前進切削電流、后退電流等（詳見表1）。

2.1.1 變頻器

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，采用節(jié)能控制系統(tǒng)每一天都能夠節(jié)省約12度電，考慮到立式機床的實際工作狀態(tài)，按照機床每天運行18小時，一年工作340天來計算，每年節(jié)約的電費能夠達到60400元。

此外，我們嘗試采用變頻控制技術設計立式機床節(jié)能控制系統(tǒng)，通過這種方式減少設備的總?cè)萘?，新系統(tǒng)的容量僅為原系統(tǒng)的90%，顯著降低設備更換、維護等后期投入，在確保生產(chǎn)效率的基礎上減少投入成本，達到了經(jīng)濟效益與社會效益的平衡。

電流環(huán)的PID調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為：

①立式機床的工作臺，能夠?qū)崿F(xiàn)全域無級變速。

②機床的恒定功率輸出調(diào)速比達到了1:10。

③切削作業(yè)效率上升30%，無轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)象。

④切削螺紋工件時，其制動時間不超過1s。

⑤切削精度提升25%。

⑥工作臺的主軸功率達到110kW。

⑦系統(tǒng)搭載了對應電流過載、斷路、電源缺相等情況的報警保護功能。

⑧避免出現(xiàn)三角交流異步電動機與直流電動機工作時，中低速區(qū)間轉(zhuǎn)矩脈動問題，以及大慣性干擾下位置控制問題

。

2.5 立式機床搭載節(jié)能控制系統(tǒng)效果

我們對搭載了三項交流異步電機的機床進行優(yōu)化，借助節(jié)能控制系統(tǒng)，有效減少了裝備采購成本，在不影響生產(chǎn)效率的前提下節(jié)省能源消耗，并有效延長了立式電機的壽命。同時，由于采用矢量控制調(diào)速系統(tǒng)，電機主軸轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)出線性升高的特點，避免由于電機啟動時電流過大而出現(xiàn)超距問題，有效提升加工精度，滿足生產(chǎn)需求，幫助企業(yè)順利實現(xiàn)社會價值與經(jīng)濟價值。

3 結語

對現(xiàn)有的立式機床進行優(yōu)化升級，通過加入節(jié)能控制技術實現(xiàn)節(jié)能降耗目標，能夠幫助相關企業(yè)縮短立式機床的研發(fā)時間，降低研發(fā)成本以及新設備采買成本。同時，工人對于原有的立式機床較為熟悉，能夠快速上手，避免出現(xiàn)人力資源浪費問題。綜合來看，通過對立式機床進行節(jié)能改造，可以有效提升企業(yè)的核心競爭力，幫助企業(yè)順利實現(xiàn)節(jié)能降耗目標，令機械加工企業(yè)能夠充分展現(xiàn)社會價值。

[1]張朝陽，吉衛(wèi)喜，彭威.基于遷移學習的數(shù)控機床節(jié)能控制決策方法[J].中國機械工程，2020，31（23）：2855-2863.

[2]張朝陽，吉衛(wèi)喜.數(shù)據(jù)驅(qū)動的機床等待過程節(jié)能方法研究[J].中國機械工程，2020，31（12）：1492-1499.

[3]程俊，劉濱.數(shù)控機床自動潤滑系統(tǒng)節(jié)能控制方法設計[J].機床與液壓，2020，48（11）：125-127.

[4]賀毅.數(shù)控機床的節(jié)能應用[J].制造技術與機床，2019（12）：32-36.

[5]佟昕.機床主軸加速度能量消耗建模與節(jié)能分析[J].節(jié)能技術，2018，36（01）：17-21.

[6]吳躍江，區(qū)和堅，張春.切削機床能耗模型綜述及其應用[J].新型工業(yè)化，2016，6（08）：9-15.