機電一體化專業畢業設計指導-資料下載頁

　　

【正文】 統要求。該功率模塊集功率開關和驅動電路、制動電路于一體，并內置過電流、短路、欠電壓和過熱保護以及報警輸出，是一種高性能的功率開關器件。4)位置檢測電路 位置檢測電路是執行機構的重要組成部分，它的功能是提供準確的位置信號。關鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統的電動執行機構中多采用繞線電位器、差動變壓器、導電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動變壓器由于線性區太短和溫度特性不理想而受到限制。導電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、無線性區限制、穩定性高、無溫度限制等特點。5)電壓、電流及檢測 檢測電壓、電流主要是為了計算電機的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸出的三相電流，對于IPM輸出電壓的檢測采用分壓電路。如圖22所示。6)通訊接口 為了實現計算機聯網和遠程控制，選用MAX232作為系統的串行通訊接口，MAX232內部有兩個完全相同的電平轉換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉換為RS－232標準電平，把其它微機送來的RS－232標準電平轉換成TTL電平給8031，實現單片機與其它微機間的通訊。7)時鐘電路 時鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計算時所需要的時間以及日歷。文中選用時鐘電路DS12887。DS12887內部有114字節的用戶非易失性RAM，可用來存入需長期保存的數據。8)液晶顯示單元 為了實現人機對話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。采用組態顯示方式。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限位、電機、通訊和參數等信號進行設置或調試。并采用文字和圖形相結合的方式，顯示直觀、清晰。9)程序出格自恢復電路 為了保證在強干擾下程序出格時系統能夠自動地恢復正常，選用MAX705組成程序出格自恢復電路，監視程序運行。如圖23所示，該電路由MAX70與非門及微分電路組成。工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變為高電平，引腳2電平的這種變化使“與非”門輸出一個正脈沖，使單片機產生一次復位，復位結束后，又由程序通過P1．0口向MAX705的WDI引腳發正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程序出格自恢復電路繼續監視程序運行。閥位及速度控制原理閥位及速度控制原理框圖如圖31所示。采用雙環控制方案，其中內環為速度環，外環為位置環。速度環主要將當前速度與速度給定發生器送來的設定速度相比較，通過速度調節器改變PWM波發生器載波頻率，實現電機的轉速調節。速度調節器采用模糊神經網絡控制算法(具體內容另文敘述)。外環主要根據當前位置速度的設定，通過速度給定發生器向內環提供速度的設定值。由于大流量閥執行機構在運行過程中存在加速、勻速、減速等階段。各階段的時間長短、加速度的大小、在何位置開始勻速或減速均與給定位置、當前位置以及運行速度有關。速度給定發生器的工作原理為：通過比較實際閥位與給定閥位，當二者不相等時，以恒定加速度加速，減速點根據當前速度、閥位值、閥位給定值的大小計算得來。執行機構各階段運行速度的計算原理圖32為執行機構的典型運行速度圖，它由若干段變化速率不同的折線組成。將曲線上速率開始發生改變的那一點稱為起始段點，相應的時間稱為段起始時間，如圖32中的t(i)(i＝0，1，2，??)，相應的速度稱為段起始速度，如圖32所示V(i)(i＝0，1，2，?)。設第i段速度的變化速率為ki，則有：式中：Δv為兩段點之間的速度變化值，Δv＝vi＋1－vi；Δt為兩段之間的時間，Δt＝ti＋1－ti。顯然，當ki＝0時為恒速段，ki＞0時為升速段，ki＜0時為減速段。任意時刻的速度給定值為：Ts為采樣周期。變化速率ki的取值由給定位置、當前位置以及運行速度的大小確定。關鍵技術問題的解決該電動執行機構采用了最新的變頻調速技術，電機驅動功率小于5．5kW。用戶可根據需要設定力矩特性，根據控制的閥設定速度，速度分多轉式、直行程、角行程3種方式。控制系統由閥位給定和閥位反饋信號構成的閉環系統，控制特性視運行方式、速度而定，并具有自動過流保護、過載保護、超壓、欠壓、過熱、缺相、堵轉等保護功能。該執行機構解決的關鍵性技術問題主要有：1)閥門柔性開關 柔性開關主要是為了當閥關閉或全開時，保證閥門不卡死與損傷。執行機構內部的微處理器根據測得的變頻器輸出電壓和電流，通過精確計算，得出其輸出力矩。一旦輸出力矩達到或大于設定的力矩，自動降低速度，以避免閥門內部過度的撞擊，從而達到最優關閉，實現過力矩保護。2)閥位的極限位置判斷 閥位的極限位置是指全開和全關位置。在傳統執行機構中，該位置的檢測是通過機械式限位開關獲得的。機械式限位開關精度低，在運行中易松動，可靠性差。在文中，電動執行機構極限位置通過檢測位置信號的增量獲得。其原理是，單片機將本次檢測的位置信號與上次檢測的信號相比較，如果未發生變化或變化較小，即認為己達到極限位置，立即切斷異步電機的供電電源，保證閥門的安全關閉或全開。省去了機械式限位開關，無需在調試時對其進行復雜的調整。3)電機保護的實現 為了防止電機因過熱而燒毀，單片機通過溫度傳感器連續檢測電機的實際運行溫度，如果溫度傳感器檢測到電機溫度過高，自動切斷供電電源。溫度傳感器內置于電機內部。4)準確定位 傳統的電動執行機構在異步電機通電后會很快達到其額定動作速度，當接近停止位置時，電機斷電后，由于機械慣性，其閥門不可能立即停下來，會出現不同程度的超程，這一超程通常采用控制電機反向轉動來校正。機電一體化的大流量電動執行機構根據當前位置與給定位置的差值以及運行速度的大小超前確定減速點的位置及減速段變化速率ki，使閥門在較低的速度下實現精確的微調和定位，從而將超程降到最低。5)模擬信號的隔離。對于變頻器的直流電壓以及輸出的三相電壓，它們之間的地址不一致，存在著較高的共模電壓，為了保證系統的安全性，必須將它們彼此相互隔離。采用LM358和 4N25組成了隔離線性放大電路。如圖41所示，采用177。15V和177。12V兩組獨立的正負電源。若運放A的反相端電位由于擾動而正向偏離虛地，則運放A輸出端的電位將降低，因而光電耦合器的發光強度將增強，則使其集射極電壓減小，最后使運放A反相端的電位降低，回到正常狀態。若A的反相端電位負向偏離虛地，也可以重回到正常狀態。從而增強了系統的抗干擾性。結束語該執行機構集微機技術和執行器技術于一體，是一種新型的終端控制單元，其電機是通過內部集成的一體化變頻器來控制，因此，同一臺智能執行機構可以在一定范圍內具有不同的運行速度和關斷力矩。該智能執行機構采用了液晶顯示技術，它利用內置的液晶顯示板，不僅可以顯示閥門的開、關狀態和正常運行時閥門的開度，還可以通過菜單選擇運行參數設定，當系統出現故障時，能顯示出故障信息。總之，該執行機構集測量、決斷、執行3種功能于一體，順應了電動執行機構的發展趨勢，它的研制成功給電動執行機構的研究開發提供了新的思路。參考文獻［1］ 鄧 兵，等．數字閥門電動執行機構［J］．自動化儀表，2001(1)．［2］ Liu Jianhou．The research on reliability and environmentadaptability of electric control valve used in unclear powerstation［J］．Maintainability and Safety，vol．2，Dalian，China，28－31 August2001．［3］ Antsaklis PJ．Intelligence andlearning［J］．IEEEControl Syst Mag，1995(15)．［4］ 王福瑞，等．單片機微機測控系統設計大全［M］．北京航空航天大學出版社，1999，9－249．［5］ 陳玉紅．一種簡單實用的線性光隔離放大器［J］．漳州師范學院學報(自然科學版)，1999(4)．