智能变频型电动执行机构设计及其在工业以太网中的应用

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1、上海大学硕士学位论殳摘要电动执行机构又称阀门控制器，作为现场级的工业控制设备，它广泛应用于电力、冶金、石油、化工等部门的自动控制领域。随着生产过程中控制要求的不断提高和控制系统复杂程度的不断加深，传统的电动执行机构已经不能胜任更精确、更稳定的控制要求。新产品的研发不但要在机械结构上加以改进，还必须采用更先进的电机控制方法，同时改进硬件电路和控制程序，才能提高整体性能，提升产品档次。本文针对传统电动执行机构的缺点，设计一种智能变频型电动执行机构，实现高精度、高可靠性和智能化的控制要求，并将其应用于工业以太网，实现网络控制功能和多执行机构联动控制策略。论

2、文首先介绍了电动执行机构的原理，通过对国内外现有产品的分析，对其缺陷和控制现场的实际需求提出设计方案。为达到高精度的控制要求，采用变频调速的方法控制电机，选用16位电机控制单片机196MC和DIP．IPM变频模块，结合SVPWM算法实现变频功能。进而通过详细分析电动执行机构的控制功能，设计出控制器的硬件电路。用PL／M．96语言编写了控制器软件部分，实现其各种控制要求。在实现单机控制的基础上，构建执行机构以太网控制系统。设计出简明、实用的通讯协议，并在控制器硬件和软件上实现了协议。最后，对上层计算机控制软件的设计做了分析。样机测试表明，该智能变频型电

3、动执行机构在控制精度、控制性能、稳定性、安全性等方面均达到较高水准，多种控制模式也能够适应从单机控制到多机配合网络控制的要求。另外，产品成本控制也达到较好水平。关键词：196MC、执行机构、变频控制、工业以太网V上海人学硕士学位论文ABSTRACTElectricactuator,alsoknownasvalvecontroller,isappliedinmanykindsofprocesscontrolsystemsinpower,metallurgy,petroleumandchemicalplants．Nowtraditionalelectri

4、cactuatorcannotmeetthedemandofrapid·developedcontrolsystemsandcomplicatedcontrolstrategies，whichmustbereplacedbywholenewdesign，inbothmechanicalpartandelectricalpart．Ahigh-precision，high—reliableintelligentelectricactuatorusingVFC(VariableFrequencyContr01)techniqueasitsmotordriv

5、eisdesignedinthisthesis，whichisthenappliedinindustrialEthemettorealizetheactuatorEthemetcontrolsystem．Theprincipleandelementsofelectricactuatorareintroducedfirst．Thethesisanalysessometypicaldomesticandforeignproductstobringforwardscheme．ThenewdesignusesVFCtechniquetoimproveACmo

6、torperformancebyadopting16-bitMCU196MCascontrolcoreandDIP-IPMasfrequencyconversionunit，andSVPWMasVFCalgorithmThenthethesisdetailsthehardwaredesignoftheelectricactuatorwhichconsistsofvariousnew-typeICsandsensors．ThesoftwaredesignisexpatiatedtorealizetheintelligentcontrolTheprogr

7、amiscompiledbyPL／Mlanguage．Next．bydrawingthecommunicationprotocolspecial±loractuator,addingEthemetinterfaceanddesigningtheupper-layersoftware，thethesisappliesEthemetcontrolintotheElectricActuatorsThesampleproducttestsshowthatthenewdesigncanachievethegoalincontrolprecision，contr

8、olstabilizationandsecurity．ThiskindofintelligentVFCele