阀门电动执行机构的控制与检测技术研究

发布时间：2017-09-13 18:37

  本文关键词：阀门电动执行机构的控制与检测技术研究

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【摘要】：电动执行机构是驱动和控制阀门的主要装置,广泛应用于工业生产的各行业中。目前,国内的电动执行机构存在智能化程度差、控制精度较低、不能满足远程集中控制需要等问题。为此,本文设计了一种智能型的数字式阀门电动执行机构,通过矢量控制和智能控制技术的应用,改进了阀门电动执行机构的控制方式、改善了人机交互体验。由于矢量控制技术通过坐标变换,将三相异步电机的磁链与转矩分解成两个可分别独立控制的直流量,使异步电机的控制可以像直流电机一样,大大地简化了控制器的设计,而且可取得类似直流电机的控制效果,使得智能化程度和控制控制精度得到提高。 本文以数字式的智能电动执行机构为对象进行研究,完成了以下工作： 第一,本文在给出电动执行机构总体设计方案的基础上,详细介绍了电动执行机构的系统组成结构,对各组成部分的功能进行了分析,着重介绍了数字式智能电动执行机构的主控部分和驱动控制部分。 第二,由于数字式智能电动执行机构的直接控制对象是三相异步电机,因此本文给出了异步电机的数学模型并对其控制原理进行了分析。通过坐标变换,给出了异步电动机在两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系下的数学模型。通过矢量控制技术的引入,给出了磁场定向的原理以及磁链观测的模型,结合空间矢量调制技术,给出了三相异步电机磁场定向空间矢量控制的基本方程,并在SIMULINK环境下进行了仿真。 第三,在总体设计方案的基础上,结合矢量控制技术,本文对数字式智能电动执行机构系统进行了硬件、软件的设计。硬件部分包括：MSP430主控制电路、DSP控制电路、红外发送与接收电路、人机交互接口电路、远程信号控制电路、各部件的检测电路。软件部分包括MSP430主控程序以及DSP电机驱动控制程序的设计,以及在线检测和故障诊断部分的程序设计。 第四,利用电动执行机构测试系统对本文设计的数字式智能电动执行机构进行测试实验,得到实验数据并分析了系统的运行特性。实验结果与仿真结果基本一致,表明采用矢量控制技术可以有效提高电动执行机构的控制精度,改善响应特性,提高系统可靠性。
【关键词】：数字式智能电动执行机构 异步电机 矢量控制 DSP
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH134;TP274
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题研究背景和意义11-12
• 1.2 电动执行机构发展现状12-13
• 1.2.1 国外发展现状12-13
• 1.2.2 国内发展现状13
• 1.3 本文的主要研究内容13-15
• 第2章 阀门电动执行机构系统组成及功能15-18
• 2.1 电动执行机构系统组成15-16
• 2.2 电动执行机构系统各单元功能分析16-17
• 2.2.1 人机接口16
• 2.2.2 处理器16
• 2.2.3 电机执行器16-17
• 2.2.4 检测模块17
• 2.3 本章小结17-18
• 第3章 异步电机数学模型及矢量控制技术18-34
• 3.1 异步电机数学模型18-23
• 3.1.1 异步电机在三相ABC坐标系下的数学模型18-20
• 3.1.2 坐标变换20-22
• 3.1.3 异步电机在任意两相旋转坐标系下的数学模型22-23
• 3.2 基于磁场定向的异步电机矢量控制原理23-27
• 3.2.1 磁链观测原理24
• 3.2.2 SVPWM调制原理24-27
• 3.3 矢量控制系统建模与仿真27-33
• 3.3.1 磁链观测模块28
• 3.3.2 坐标变换模块28-29
• 3.3.3 PI控制模块29-30
• 3.3.4 SVPWM调制模块30-31
• 3.3.5 仿真结果与分析31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 电动执行机构系统硬件设计34-40
• 4.1 硬件部分总体介绍34
• 4.2 主控制单元部分34-35
• 4.2.1 主控单片机最小系统电路34-35
• 4.2.2 人机交互界面35
• 4.2.3 红外遥控电路35
• 4.3 驱动控制单元部分35-38
• 4.3.1 驱动控制DSP最小系统电路35-37
• 4.3.2 交直交变频电路37-38
• 4.4 硬件抗干扰设计38-39
• 4.5 本章小结39-40
• 第5章 电动执行机构系统软件设计40-46
• 5.1 软件部分总体介绍40
• 5.2 主程序设计40-43
• 5.2.1 主控MSP430主程序40-41
• 5.2.2 驱动控制TMS320F2812主程序41-43
• 5.3 灰色PID控制43-45
• 5.4 软件抗干扰设计45
• 5.5 本章小结45-46
• 第6章 电动执行机构的在线检测和故障诊断部分设计46-52
• 6.1 在线检测和故障诊断部分介绍46
• 6.2 电源检测46-48
• 6.3 电机检测48-49
• 6.4 阀门检测49
• 6.5 故障诊断49-50
• 6.5.1 故障诊断专家系统49-50
• 6.5.2 推理机诊断规则50
• 6.6 本章小结50-52
• 第7章 阀门电动执行机构测试实验及结果52-60
• 7.1 测控系统的结构和原理52-55
• 7.2 测控系统测试功能定义55-56
• 7.3 测试程序56-58
• 7.4 测试结果58-59
• 7.5 本章小结59-60
• 第8章 总结及展望60-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果64-65
• 致谢65-66
• 作者简介66

【参考文献】

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本文编号：845208