閥門電動執(zhí)行力的智能控制

閥門電動執(zhí)行力的智能控制

0控制機(jī)構(gòu)的功能多功能電子執(zhí)行器將電子技術(shù)和通信技術(shù)應(yīng)用于儀表控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)要求，如遠(yuǎn)程控制、雙向通信、pid調(diào)節(jié)、在線自動校正、自校正和完善保護(hù)，從而有效提高控制水平。1u3000機(jī)扭矩控制由于電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中,要求有快速開啟和制動響應(yīng),閥門的定位精度要求高,并且在控制過程中,需要保持良好的轉(zhuǎn)矩控制,因此控制策略的選擇關(guān)系到系統(tǒng)的整體控制性能。為解決交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問題,20世紀(jì)70年代初由BlaschkeF首先提出了的異步電機(jī)的矢量控制理論,其原理圖如圖1所示。通過坐標(biāo)變換和磁場定向控制,把交流電動機(jī)的定子電流分解成磁場定向坐標(biāo)的磁場電流分量和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流分量,從而實(shí)現(xiàn)兩者之間的解耦,得到類似于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩模型,并可仿照直流電機(jī)進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)矩控制和磁通控制,使系統(tǒng)動態(tài)性能得到顯著改善,從而使交流電機(jī)的調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。運(yùn)用矢量控制已經(jīng)成為當(dāng)今交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的主流,將這一技術(shù)應(yīng)用到電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制中來,極大改善了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制性能。2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計系統(tǒng)的硬件原理圖如圖2所示。2.1dsp控制模塊選用電機(jī)控制專用信號處理芯片TMS320F240。該DSP具有20m/s的定點(diǎn)處理速度,片內(nèi)自帶程序和數(shù)據(jù)存儲器、A/D轉(zhuǎn)換、PWM波形生成、通信接口等。作為電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制核心,DSP擔(dān)負(fù)著控制系統(tǒng)所有的信號處理:(1)接收外部控制信號,包括紅外遙控輸入、DC4～20mA或者DC1～5V控制信號、人機(jī)界面的輸入。(2)根據(jù)接收的信號控制電機(jī)的起、停、正反轉(zhuǎn)、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出力矩,并能進(jìn)行極限位置在線標(biāo)定。(3)提供智能功率模塊(IPM)的PWM控制信號,處理IPM發(fā)出的故障和報警信號。(4)處理電流、電壓和位置檢測單元發(fā)出的檢測信號。(5)實(shí)時與人機(jī)界面進(jìn)行異步通信,顯示裝置的各種工作狀態(tài)及故障診斷信號。2.2控制方法2.2.1紅外控制紅外線設(shè)定裝置可以在不接觸執(zhí)行機(jī)構(gòu)的情況下,進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定,包括設(shè)定閥門電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門開度以及切換顯示狀態(tài)。2.2.2控制器電路采用人機(jī)界面MD204L可編程文本顯示器,按照485通訊協(xié)議,與DSP進(jìn)行串行通訊,可以設(shè)定系統(tǒng)參數(shù),控制閥門的運(yùn)行以及顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)。2.2.3電流信號的轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是能夠根據(jù)給定信號自動調(diào)節(jié)閥門開度。將4～20mA直流信號作為指示閥門開度的給定信號,將閥門的開度轉(zhuǎn)換為4～20mA電流信號,當(dāng)二者等值時執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止動作,當(dāng)出現(xiàn)偏差時,電機(jī)按照給定速度、轉(zhuǎn)矩運(yùn)行,直到二者重新平衡。2.3功率開關(guān)器件智能功率模塊(IPM)選用PM75CSA120,該IPM將功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路集成在一體,內(nèi)置過壓、欠壓、過流和過熱等故障監(jiān)測電路,并具有防靜電保護(hù)措施,使得IPM成為驅(qū)動電機(jī)的較理想的功率器件。2.4信號輸出軸轉(zhuǎn)換成社區(qū),以dsp為運(yùn)作信號,將其復(fù)合式選用電流傳感器LTS25-NP檢測IPM三相電流,采用光電碼盤作為轉(zhuǎn)速檢測器件。編碼盤與電機(jī)同軸連接,每轉(zhuǎn)能發(fā)出一定數(shù)量信號,將這些信號送入DSP的正交編碼電路,同時使能計數(shù)器,在采樣時間內(nèi)由計數(shù)器記下脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖數(shù),送給DSP,就可以算出這段時間內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速。精密電位器檢測電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸的位置信號,轉(zhuǎn)換成電信號后送入DSP進(jìn)行處理。DSP依據(jù)檢測的電流、轉(zhuǎn)速和位置信號,計算出需要的轉(zhuǎn)矩電流與勵磁電流,經(jīng)過坐標(biāo)變換,調(diào)整和控制IPM的輸出。3軟件設(shè)計3.1中斷服務(wù)程序時進(jìn)行矢量控制控制系統(tǒng)的軟件采用中斷方式設(shè)計。在主程序中進(jìn)行系統(tǒng)的初始化、控制方式選擇、位置檢測等工作,在中斷服務(wù)程序中完成矢量控制算法與PWM的輸出。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主程序流程圖如圖3所示,主程序主要分成以下幾個部分:3.1.1運(yùn)行參數(shù)值讀取系統(tǒng)上電后,首先進(jìn)行初始化設(shè)置,包括I/O初始化、A/D初始化、EVA以及SCI初始化等,而后從EEROM中讀取上次運(yùn)行設(shè)定的參數(shù)值,包括行程初值、終值、速度、力矩以及控制方式選擇標(biāo)志位,并將這些參數(shù)存入數(shù)據(jù)寄存器中。3.1.2電流信號控制DSP根據(jù)控制方式標(biāo)志,進(jìn)入相應(yīng)的程序分支,可選本地遙控控制、手操器控制以及標(biāo)準(zhǔn)4～20mA電流信號控制。3種控制方式可根據(jù)需要由控制者切換,切換方式簡單可靠。3.1.3差,差值每個分支的循環(huán)中采樣位置反饋信號,與上次采樣值比較作差,差值轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)驅(qū)動指針旋轉(zhuǎn),實(shí)時跟隨閥位,直到電機(jī)停止,指針便指示當(dāng)前位置,掉電后依然能夠保持,旋轉(zhuǎn)方向由差值的符號決定。當(dāng)檢測到故障信號時,系統(tǒng)停止運(yùn)行。3.2新型植物功能子程序主要包括:矢量變換、行程在線標(biāo)定、A/D采樣、SCI通信、PWM輸出等。矢量變換以及PWM輸出在定時器的中斷服務(wù)子程序中實(shí)現(xiàn),流程圖如圖4所示。為適應(yīng)不同的場合,閥門的行程要求可調(diào),用戶只要切換的遙控控制方式下就可自由設(shè)置閥門的行程,流程圖見圖5。當(dāng)系統(tǒng)處于手操器控制時,DSP與手操器遵循485協(xié)議進(jìn)行實(shí)時通信,讀取控制參數(shù),同時顯示當(dāng)前狀態(tài)。4改善了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制性能介紹的智能型閥門執(zhí)行機(jī)