毕业设计（论文）-新型电动执行机构的设计

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1、泰山职业技术学院摘要提出一种新型电动执行机构的设计方案，详细介绍了该执行机构各功能元件的选型与设计、阀位及速度控制原理以及各种关键问题的解决方法。该执行机构将阀门、伺服电机制器合为一体，采用8031技术实现了阀门的动作速度和位置控制，解决了阀门的精确定位、阀门柔性开关、极限位置判断、电机模拟信号隔离等技术问题。现场运行情况表明，该电动执行机构具有动作快、保护完善以及便于和计算机通讯等优点。在现代化生产过程控制中，执行机构起着十分重要的作用，它是自动控制系统中不可缺少的组成部分。现有的国产大流量电动执行机构存在着控制手段落后、机械传

2、动机构多、结构复杂、定位精度低、可靠性差等问题。而且执行机构的全程运行速度取决于其电机的输出轴转速和其内部减速齿轮的减速比，一旦出厂，这一速度固定不可调整，其通用性较弱。整个机构缺乏完善的保护和故障诊断措施以及必要的通信手段，系统的安全性较差，不便与计算机联网。鉴于以上原因，采用传统的大流量电动执行机构的控制系统，可靠性和稳定性较差。随着计算机网络、现场总线等技术在工业过程中的应用，这种执行机构已远远不能满足工业生产的要求。笔者设计的大流量电动执行机构，采用机电一体化技术，将阀门、伺腹点机、控制器合为一体，利用异步电动机直接驱动阀

3、门的开与关。通过内置变频器，采用模糊神经网络，实现阀门的动作速度、精确定位、柔性开关以及电机转矩等控制。该电动执行机构省去了用于控制电机正、反转的接触器和可控硅换向开关模件、机械传动装置和复杂、昂贵的控制柜和配电柜，具有动作快、保护较完善、便于和计算机联网等优点。实际运行表明，该执行机构工作稳定，性能可靠。关键词：电动执行机构、阀门、位置控制-26-泰山职业技术学院目录第一章电动执行机构的硬件设计及工作原理-1-第三节智能逆变模块IPM-5-第四节位置检测电路-12-第五节电压及电流检测-12-第六节通讯接口-14-第七节时钟电路

4、-15-第八节液晶显示单元-19-第九节程序出格自恢复电路-19-第二章阀位及速度控制原理-20-第三章关键技术问题的解决-22-第一节阀门柔性开关-22-第二节电机保护的实现-23-第三节准确定位-24-第四节模拟信号的隔离-26-结束语-27-谢辞-28-参考文献-29--26-泰山职业技术学院第一章电动执行机构的硬件设计及工作原理电动执行机构控制系统原理。智能执行机构从结构上主要分为控制部分和执行驱动部分。控制部分主要由单片机、PWM波发生器、IPM逆变器、A/D、D/A转换模块、整流模块、输入输出通道、故障检测和报警电路等

5、组成。执行驱动部分主要包括三相伺报电机和位置传感器。系统工作原理：霍尔电流、电压传感器及位置传感器检测到的逆变模块三相输出电流、电压及阀门的位置信号，经A/D转换后送入单片机。单片机通过8255控制PWM波发生器，产生的PWM波经光电耦合作用于逆变模块IPM，实现电机的变频调速以及阀位控制。逆变模块工作时所需要的直流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到。控制系统各功能元件的选型与设计。第一节单片机选用INTEL公司生产的8031单片机，它主要通过并行8255口担负控制系统的信号处理：接收系统对转矩、阀门开启、关闭及阀门

6、开度等设定信号，并提供三相PWM波发生器所需要的控制信号；处理IPM发出的故障信号和报警信号；处理通过模拟输入口接收的电流、电压、位置等检测信号；提供显示电动执行机构的工作状态信号；执行控制系统来的控制信号，向控制系统反馈信号；MCS-单片机简介:1.MCS-518031单片机内部结构及特点图1-1为INTERMCS-518031单片机内部结构图①中央处理单元（8位）:数据处理、测试位，置位，复位,位操作;②只读存储器（4KB或8KB）:永久性存储应用程序，掩模ROM、EPROM、EEPROM;③随机存取内存（128B、128BS

7、FR）:在程序运行时存储工作变量和资料;-26-泰山职业技术学院④并行输入/输出口（I/O）（32条）:作系统总线、扩展外存、I/O接口芯片;⑤串行输入/输出口（2条）:串行通信、扩展I/O接口芯片;⑥定时/计数器（16位、加1计数）:计满溢出、中断标志置位、向CPU提出中断请求，与CPU之间独立工作;⑦时钟电路:内振、外振;⑧中断系统:五源中断、2级优先。结构特点：MCS-51系列单片机为哈佛结构（而非普林斯顿结构）1）内ROM：4KB2）内RAM：128B3）外ROM：64KB4）外RAM：64KB5）I/O线：32根（4埠，

8、每埠8根）6）定时/计数器：2个16位可编程定时/计数器7）串行口：全双工，2根8）寄存器区：工作寄存器区、在内128BRAM中，分4个区，9）中断源：5源中断，2级优先10）堆栈：最深128B11）布尔处理机：位处理机，某位单独处理12）指令系统