基于开关磁阻电机的阀门电动执行机构智能控制器的研究

论文摘要

电动执行机构已广泛应用于现代工业中,而控制器则是电动执行机构的核心。随着国外优良性能的产品纷纷涌入国内市场,开发带有自主知识产权的产品尤为必要。本课题分析产品需求,在原有智能电动执行机构的基础上,研究基于新型电机基础上的智能控制器,开发出数字化、智能化、自诊断,带现场总线功能的智能阀门电动执行机构,缩短了与国外产品的差距,为国民经济各部门提供了新的自动化设备,带来了更高的效益。本文研究的重点是采用开关磁阻电机作为电动阀电动执行机构。并由此来设计一种新型的电动阀智能控制器,该控制器主要由主控制器、检测电路、人机界面、电机驱动机构四部分组成。本文主要分析了开关磁阻电机的工作性能;研究阀门起动和正常工作状态时电动执行机构的控制方式;分析了绝对值编码器在电机控制和阀门控制中的应用,设计了一种适用于开关磁阻电机角度位置控制的绝对值编码器;设计了智能电动执行机构控制器的部分硬件并编写了控制软件,利用功能强大的Cygnal微处理器C8051F020来替代原执行机构上使用的PLC控制器,从而降低成本,缩小体积。微处理器通过RS-485总线与PC机相连,上位机采用工控软件组态王作为监控软件,开发出友好易用的监控画面,实现远程设置、监控、故障诊断等功能。最后通过开关磁阻电机电动实验取得了电机开通角和关断角优化控制参数并证明了设计方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电动执行器及其优势
• 1.2 智能电动执行器及特点
• 1.3 现场总线智能仪表
• 1.4 智能电动执行器的国内外发展现状及趋势
• 1.5 课题背景及其研究内容
• 1.5.1 课题背景
• 1.5.2 研究目的及意义
• 1.5.3 本论文的主要内容
• 第二章 开关磁阻电机的基本理论
• 2.1 开关磁阻电机的发展概况
• 2.2 开关磁阻电机的基本运行原理
• 2.3 开关磁阻电机的基本方程
• 2.3.1 电路方程
• 2.3.2 机械方程
• 2.3.3 机电联系方程
• 2.4 SR电机常用控制方式
• 2.4.1 脉宽调制控制（Pulse Width Medulation）
• 2.4.2 电流斩波控制（Current Chopping Control）
• 2.4.3 角度位置控制（Angle Position Control）
• 2.5 开关磁阻电机调速系统
• 2.5.1 调速系统的组成
• 2.5.2 系统的工作原理与特点
• 2.6 小结
• 第三章 电动执行机构控制方案设计
• 3.1 电机控制系统的组成
• 3.2 多圈绝对编码器技术
• 3.2.1 绝对值编码器
• 3.2.2 格雷码及其优点
• 3.2.3 格雷码的转换
• 3.3 开关磁阻电机位置检测方案设计
• 3.4 开关磁阻电机控制方案的设计
• 3.5 小结
• 第四章 电动执行机构系统硬件设计
• 4.1 系统总体介绍
• 4.2 执行机构的简单介绍
• 4.3 执行机构控制器选型及系统设计
• 4.3.1 Cygnal C8051F020微处理器介绍
• 4.3.2 微处理器接口扩展电路
• 4.4 阀门电动执行机构部分硬件设计
• 4.4.1 功率变换器设计
• 4.4.2 阀位行程及电机转子位置检测
• 4.4.3 电流检测
• 4.4.4 电压检测
• 4.4.5 力矩检测
• 4.4.6 斩波电路
• 4.4.7 开关量输入信号
• 4.4.8 （4～20mA）电流输入
• 4.4.9 （4～20mA）电流输出
• 4.4.10 微处理器通信电路
• 4.4.11 人机界面
• 4.4.12 电源
• 4.5 硬件抗干扰设计
• 4.6 小结
• 第五章 电动执行机构软件设计
• 5.1 编程工具
• 5.2 编程语言的选择
• 5.3 软件设计
• 5.3.1 软件设计总体方案
• 5.3.2 系统实时运行模式
• 5.3.3 电机控制部分
• 5.3.4 检测部分
• 5.3.5 状态生成部分
• 5.4 软件抗干扰措施
• 5.5 组态王的上位机监控程序
• 5.5.1 组态王的简单介绍
• 5.5.2 主监控画面的设计
• 5.5.3 组态王程序设计的介绍
• 5.6 总结
• 第六章 系统测试和电机开关角优化实验
• 6.1 硬件测试
• 6.1.1 液晶菜单的测试
• 6.2 开关磁阻电机开关角优化实验
• 6.2.1 关断角优化
• 6.2.2 开通角优化
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表论文