基于开关磁阻电动机的新型电动执行器的研究与设计

论文摘要

电动执行器是自动控制系统重要的终端设备,它对整个控制系统的安全运行、可靠性及调节品质的优劣都有很大的影响,目前国内生产的电动执行器大多由模拟器件控制,精度差:保护措施使用继电器和机械装置,可靠性差;大多数电动执行器只能接收模拟信号（4～20mA、1～5V）,不能与计算机进行通信;系统集成度低、维护困难。这就使得现有的电动执行器不便于调试和维护;也不能根据生产的实际需要进行参数的现场调整;不便于实现数字化的分布式控制。 新型智能电动执行器利用微机和现场总线通信技术将伺服放大器与执行机构合为一体,具有双向通信、在线自动标定、自校正与自诊断等多种控制技术要求的功能,可进行现场操作或远程操作,完成手动操作及手动/自动之间无扰动切换。可以说,智能化己经成为电动执行器发展的趋势。 新型电动执行器的驱动电机采用开关磁阻电机（Swi tched Reluctance Motor简称SRM）,SRM具有结构简单、启动电流低、输出转矩大、定位精度高、无惰走和自刹车等特点,改变了传统电动执行器的体系结构和缺点,同时,增设了CAN总线和RS-485通讯接口,可以使之成为现场总线控制系统中的一个节点,具有运算、控制、通讯等功能。新型电动执行器在功能上、可靠性和性价比上都有大幅度提高,可广泛应用于电力、石油、化工、冶金、交通和机械等行业。 本文研究了新型电动执行器的控制器的硬件电路构成,设计了一种由软件控制算法和硬件相结合的位置反馈系统,并且具有现场总线接口,大大提高了电动执行器的性能。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 运动控制发展现状
• 1.2 增量运动控制及其应用
• 1.3 电动执行器控制技术
• 1.4 开关磁阻电动机调速系统
• 1.4.1 SRD基本构成与工作原理
• 1.4.2 开关磁阻电动机控制系统的性能特点
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 开关磁阻电动机调速理论
• 2.1 开关磁阻电动机的数学模型
• 2.2 数学模型的求解方法
• 2.3 开关磁阻电动机工作的基本分析
• 2.3.1 电感与转子位置角的关系
• 2.3.2 电磁转矩的分析
• 2.3.3 绕组电流的分析
• 2.3.4 转速的控制
• 2.3.5 开关磁阻电动机的启动与制动
• 第3章 新型电动执行器硬件设计
• 3.1 总体设计
• 3.2 功率驱动电路设计
• 3.2.1 系统电路原理
• 3.2.2 主开关管选择及参数计算
• 3.3 IGBT驱动电路设计
• 3.3.1 IGBT对驱动的要求
• 3.3.2 EXB841应用电路
• 3.3 控制电路设计
• 3.3.1 位置检测和换相控制
• 3.3.2 电流检测和电路设计
• 3.4 通讯接口的设计
• 3.4.1 串行通讯接口
• 3.4.2 CAN总线接口
• 3.5 键盘显示电路设计
• 3.5.1 液晶显示模块
• 3.5.2 键盘电路
• 第4章 软件设计
• 4.1 系统控制方案的确定
• 4.2 系统工作原理
• 4.3 主程序设计
• 4.4 定时器中断程序设计
• 4.5 通讯程序设计
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 发展展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历