新型执行机构工作原理分析.doc

新型执行机构工作原理分析一、新型电动执行机构的工作原理系统工作原理：霍尔电流、电压传感器及位置传感器 检测到的逆变模块三相输出电流、电压及阀门的位置信号， 经A/D转换后送入单片机单片机通过8255控制PWM波发 生器，产生的PWM波经光电耦合作用于逆变模块IPM，实现 电机的变频调速以及阀位控制逆变模块工作时所需要的直 流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到控 制系统各功能元件的选型与设计：1、单片机选用INTEL公 司生产的8031单片机，它主要通过并行8255 口担负控制系 统的信号处理：接收系统对转矩、阀门开启、关闭及阀门开 度等设定信号，并提供三相PWM波发生器所需要的控制信号; 处理IPM发出的故障信号和报警信号；处理通过模拟输入口 接收的电流、电压、位置等检测信号；提供显示电动执行机 构的工作状态信号；执行控制系统来的控制信号，向控制系 统反馈信号；2、三相PWM波发生器PWM波的产生通常有模 拟和数字两种方法模拟法电路复杂，有温漂现象，精度低, 限制了系统的性能；数字法是按照不同的数字模型用计算机 算出各切换点，并存入内存，然后通过查表及必要的计算产 生PWM波，这种方法占用的内存较大，不能保证系统的精度。

为了满足智能功率模块所需要的PWM波控制信号，保证微处 理器有足够的时间进行整个系统的检测、保护、控制等功能, 文中选用MITEL公司生产的SA8282作为三相PWM发生器SA8282是专用大规模集成电路，具有独立的标准微处理器接 口，芯片内部包含了波形、频率、幅值等控制信息3、智 能逆变模块IPM为了满足执行机构体积小，可靠性高的要求, 电机电源采用智能功率模块IPM主要适用功率小于5. 5kW 的三相异步电机，其额定电压为380V,功率因数为0.75 该功率模块集功率开关和驱动电路、制动电路于一体，并内 置过电流、短路、欠电压和过热保护以及报警输出，是一种 高性能的功率开关器件4、位置检测电路位置检测电路的 功能是提供准确的位置信号在传统的电动执行机构中多采 用绕线电位器、差动变压器、导电塑料电位器等绕线电位 器寿命短被淘汰差动变压器由于线性区太短和温度特性不 理想而受到限制导电塑料电位器目前较为流行，但它是有 触点的，寿命也不可能很长，精度也不高笔者采用的位置 传感器为脉冲数字式传感器，这种传感器是无触点的，且具 有精度高、无线性区限制、稳定性高、无温度限制等特点5、电压、电流及检测检测电压、电流主要是为了计算电机 的力矩，以及变频器输出回路短路、断相保护和逆变模块故 障诊断。

由于变频器输出的电流和电压的频率范围为0〜 50Hz,采用常规的电流、电压互感器无法满足要求为了快 速反映出电流的大小，采用霍尔型电流互感器检测IPM输出 的三相电流，对于IPM输出电压的检测采用分压电路6、 通讯接口为了实现计算机联网和远程控制，选用MAX232作 为系统的串行通讯接口，MAX232内部有两个完全相同的电平 转换电路，可以把8031串行口输出的TTL电平转换为 RS-232标准电平，把其它微机送来的RS-232标准电平转 换成TTL电平给8031,实现单片机与其它微机间的通讯7、 时钟电路时钟电路主要用来提供采样与控制周期、速度计算 时所需要的时间以及日历文中选用时钟电路DS12887O DS12887内部有114字节的用户非易失性RAM,可用来存入 需长期保存的数据8、液晶显示单元为了实现人机对话功 能，选用MGLS12832液晶显示模块组成显示电路采用组态 显示方式9、程序出格自恢复电路为了保证在强干扰下程 序出格时系统能够自动地恢复正常，选用MAX705组成程序 出格自恢复电路，监视程序运行该电路由MAX705.与非门 及微分电路组成工作原理：一旦程序出格，WDO由高变低, 由于微分电路的作用，由“与非"门输入引脚2变为高电平, 引脚2电平的这种变化使“与非”门输出一个正脉冲，使单 片机产生一次复位，复位结束后，又由程序通过P1. 0 口向 MAX705的WDI引脚发正脉冲，使WDO引脚回到高电平，程序 出格自恢复电路继续监视程序运行。

二、阀位及速度控制原理采用双环控制方案速度环主要将当前速度与速度给定发生器送来的设定速度相比较，通过速度调节器改变PWM波发生器载波频率，实现电机的转速调节速度调节器采用模糊神经网络控制算法外环主要根据当前位置速度的设定,通过速度给定发生器向内环提供速度的设定值由于大流量 阀执行机构在运行过程中存在加速、匀速、减速等阶段各 阶段的时间长短、加速度的大小、在何位置开始匀速或减速 均与给定位置、当前位置以及运行速度有关速度给定发生 器的工作原理为：通过比较实际阀位与给定阀位，当二者不 相等时，以恒定加速度加速，减速点根据当前速度、阀位值、 阀位给定值的大小计算得来执行机构各阶段运行速度的计 算原理，设第i段速度的变化速率为ki,则有：式中：Av 为两段点之间的速度变化值，A v = vi + l—vi； At为两段之间的时间，At = ti + 1 —ti显然，当ki=O时为恒速段, ki>0时为升速段，ki<0时为减速段任意时刻的速度给定值为：Ts为采样周期变化速率ki的取值由给定位置、 当前位置以及运行速度的大小确定作者单位：鸡西矿业集团社保处）。