基于DSP的变频控制技术在智能电动执行器中的应用

论文摘要

随着工业的发展,电动执行器在工业现场控制中的重要地位逐步显现出来,但传统的电动执行器采用交流电动机与齿轮组及蜗轮蜗杆的组合,由于电机转速恒定,只能依靠齿轮组变速,而执行机构一旦出厂齿轮组便无法改变,所以无论在正常运行状态还是紧急状态下,阀门开/关速度都不可改变。此外,电机直接起动会产生很大的起动电流,对电机造成冲击,减少电机使用寿命;电机停机时无法预先减速,导致关断动作对机械部分的冲击也比较大。本文首先分析了国内外电动执行机构的研究现状和发展趋势,针对现有的电动执行器只有以低速运行,通过极强的微调作用才能修正微小偏差这一缺点,提出智能型电动执行器与各种阀体配合,利用数字化变频技术、单片机技术、微电子技术,开发了集执行机构、驱动单元、调节控制单元等为一体的智能电动执行机构。本文设计的智能电动执行机构从结构上主要分为控制部分、执行驱动部分及信号检测部分。控制部分主要由DSP控制芯片、变频调速模块、智能功率模块、整流模块、开关量输入输出通道、故障检测电路等组成;执行驱动部分主要包括执行电机和机械传动部分;检测部分包括电压、电流、温度检测。软件实现上结合本实验室自行开发的MMB(微型消息总线)控制系统,采用直接转矩控制算法控制变频器,并在线组态,实现对执行器电机的调速控制,实现了电机柔性启动和平稳运行,避免系统对阀门的冲击。整个系统在实验室进行应用组态调试。实践证明,本文设计的智能电动执行机构是可行的。系统采用了机电一体化的设计,将变频技术应用于智能电动执行机构,设计出了系统电路,并经过试验验证了可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 智能电动执行器的简介
• 1.2 电动执行器的国内外发展情况
• 1.2.1 国内电动执行器的发展情况
• 1.2.2 国外电动执行器的发展情况
• 1.3 电动执行器控制技术的发展概况
• 1.4 几种变频调速控制方案
• 1.4.1 变压变频控制
• 1.4.2 矢量控制技术
• 1.4.3 直接转矩控制
• 1.4.4 微电子技术的应用
• 1.5 课题的意义及主要内容
• 1.5.1 课题的意义
• 1.5.2 论文的主要研究内容
• 本章小结
• 第二章 智能电动执行机构的控制系统总体设计
• 2.1 智能电动执行器的基本结构
• 2.2 系统总体方案的设计
• 2.3 执行器伺服电机变频控制策略的选择
• 2.4 程序总体结构
• 本章小结
• 第三章 基于DSP 的智能电动执行器的硬件系统设计
• 3.1 控制系统的硬件设计及各控制单元选型
• 3.1.1 执行器的系统结构
• 3.1.2 控制芯片的选择
• 3.2 硬件和软件的功能划分
• 3.3 DSP 控制板
• 3.4 主驱动电路
• 3.4.1 主电路
• 3.4.2 IPM 接口电路及信号驱动
• 3.4.3 信号检测与转换电路
• 3.4.4 故障检测及保护
• 3.4.5 电路的抗干扰设计
• 本章小结
• 第四章 智能电动执行器的电机控制策略的研究
• 4.1 电机的选型
• 4.2 控制方式的选择
• 4.3 直接转矩控制方式
• 4.3.1 电机的数学模型
• 4.3.2 空间矢量PWM 逆变器
• 4.3.3 磁通和转矩闭环控制原理
• 本章小结
• 第五章 智能电动执行器的软件实现策略
• 5.1 微型消息总线（MICRO MESSAGE BUS）
• 5.1.1 装配语言
• 5.1.2 装配格式
• 5.1.3 数据项
• 5.1.4 参数特征
• 5.1.5 装配序列结构
• 5.1.6 MMB 编程步骤
• 5.1.7 MMB 编程特点
• 5.1.8 MMB 实现技术
• 5.2 MMB 集成开发环境
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 MMBIDE 安装
• 5.3 电机控制构件及装配格式
• 5.3.1 共性问题
• 5.3.2 Clarke 变换
• 5.3.3 Park 变换
• 5.3.4 Park 反变换
• 5.3.5 SVPWM 发生器
• 5.3.6 磁链估计
• 5.3.7 转矩转速估计
• 5.3.8 定子压降补偿
• 5.3.9 控制矢量生成
• 5.3.10 相电压重构
• 5.4 电机控制组态实例
• 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 附录1：直接转矩控制系统的电机控制组态实例
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢