機(jī)電一體化智能大流量電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)

王博

摘要：現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快，現(xiàn)代化生產(chǎn)過程不斷改進(jìn)，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)揮著重要作用，因此必須要對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行改革創(chuàng)新，發(fā)揮其應(yīng)有的優(yōu)勢。對此，我們展開討論和分析，探究電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)及工作原理，明確整個(gè)系統(tǒng)的工作原理和閥位及速度控制原理，再根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，提出該執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題。從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)順利運(yùn)作。旨在發(fā)揮其運(yùn)作高效、保護(hù)完善以及能夠和計(jì)算機(jī)保持通訊暢通的優(yōu)勢和特點(diǎn)，保證整個(gè)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;智能;電動執(zhí)行機(jī)構(gòu);大流量

1引言

目前，我國很多國產(chǎn)大流量電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在發(fā)展運(yùn)行的過程中出現(xiàn)了一些問題，比如技術(shù)手段落后，技術(shù)精準(zhǔn)度低以及可靠程度低等劣勢。又因?yàn)槠渫ǖ倪\(yùn)行速度導(dǎo)致整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)安全性能低下，不能進(jìn)行智能運(yùn)轉(zhuǎn)，通用性較差。所以我們必須能夠設(shè)計(jì)出一種新型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。因?yàn)槲覀儽仨氻槕?yīng)行隋發(fā)展，所以必須跟上時(shí)代的步伐，積極利用科學(xué)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等新型技術(shù)投入生產(chǎn)發(fā)展，并且采用機(jī)電一體化形式，保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，從而滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求。

2電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)及工作原理

電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制部分主要由單片機(jī)、PWM波發(fā)生器、IPM逆變器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊、整流模塊、輸入輸出通道、故障檢測和報(bào)警電路等組成。執(zhí)行驅(qū)動部分主要包括三相伺服電機(jī)和位置傳感器。

2.1控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計(jì)

2.1.1單片機(jī)

通常會選用803 1單片機(jī)進(jìn)行信息信號處理，為系統(tǒng)進(jìn)行信號設(shè)定，同時(shí)為三相PWM波發(fā)生器提供控制信號，處理相應(yīng)緊急信號，也為電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供信號，在執(zhí)行相應(yīng)控制信號和反饋。

2.1.2三相PWM波發(fā)生器

PWM波的產(chǎn)生通常分為數(shù)字和模擬兩種方式。前者占用內(nèi)存過大，而且還不能保證系統(tǒng)的精度;后者精度也過低，限制系統(tǒng)性能。而我們在保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，要保證系統(tǒng)的整體性以及豐富多樣的功能，通常情況下會選用SA8282型號的三相PWM波發(fā)生器。

2.1.3智能逆變模塊IPM

采用合適的智能逆變IPM模塊能夠滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)對于可靠性的高要求。我們今天所說的機(jī)電一體化智能大流量電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種適合于小功率的三相異步電機(jī)，于是，我們所選取的相應(yīng)設(shè)備必須符合要求，保證運(yùn)轉(zhuǎn)過程的安全。

2.1.4位置檢測電路

作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要組成部分，位置檢測電路能夠?yàn)槠涮峁?zhǔn)確的位置信息。但是要想保證其功能正常發(fā)揮，必須保證選擇正確型號的位置傳感器。相對于傳統(tǒng)，老舊的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)中所采取的位置傳感器而言，脈沖數(shù)字是傳感器，更加安全高效，更符合執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求，精度高，限制情況少，更不存在溫度方面的限制條件。

2.1.5通訊接口

因?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電動機(jī)構(gòu)運(yùn)行更加通暢，但也要再選準(zhǔn)合適的通訊接口為前提，我們通常會選用MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口。

2.1.6檢測電壓、電流

涉及到電能，就必須及時(shí)檢測電壓和電流，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和安全穩(wěn)定的性能。由于該執(zhí)行系統(tǒng)特殊的電流電壓不能滿足正常的需求，因此我們必須采用霍爾型電流互感器檢測三相電流，以保證穩(wěn)定性。

2.1.7液晶顯示單元

液晶顯示單元能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)對話，相關(guān)操作人員可以通過菜單選擇，對各種信號進(jìn)行設(shè)置，測試和調(diào)整。現(xiàn)在，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和方式的不斷改進(jìn)，也可以將文字與圖形二者相結(jié)合，這樣能夠呈現(xiàn)出更加明朗，更加直觀的數(shù)據(jù)信息等相應(yīng)信號。

2.2閥位及速度控制原理

采用雙環(huán)控制方案，其中內(nèi)環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。速度給定發(fā)生器的工作原理為：通過比較實(shí)際閥位與給定閥位，當(dāng)二者不相等時(shí)，以恒定加速度加速，減速點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前速度、閥位值、閥位給定值的大小計(jì)算得來。

3關(guān)鍵技術(shù)問題的解決

3.1閥位的極限位置判斷

閥位的極限位置是指全開和全關(guān)位置。我們可以發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)老式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，閥位的檢測是機(jī)械式限位開關(guān)的作用結(jié)果。但是機(jī)械式限位開關(guān)的精確度較低，可靠性較差，容易出現(xiàn)隱患。而我們今天所提倡的機(jī)電一體化的智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥位的極限位置則是通過檢測位置信號的增量獲得。

3.2閥門柔性開關(guān)

設(shè)置閥門柔性開關(guān)是為了保護(hù)閥門不會損傷或者出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部算出準(zhǔn)確的輸出力矩，而輸出力矩又超過了原本規(guī)定的輸出力矩時(shí)，閥門會降低速度，保證柔性開關(guān)。這種方法安全高效，簡單快捷，不需要繁瑣的程序，能夠及時(shí)進(jìn)行檢測和調(diào)試，保證閥門的安全開啟或關(guān)閉。

3.3保證提供對電機(jī)的保護(hù)

電機(jī)作為執(zhí)行系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，需要進(jìn)行保護(hù)，以保證整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性。之所以要對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，是因?yàn)楸仨毞乐闺姍C(jī)因?yàn)闇囟冗^高而毀壞。溫度傳感器位于電機(jī)的內(nèi)部，能夠感知到電機(jī)溫度，如果電機(jī)溫度過高，溫度傳感器則會自動切斷電源，以保證電機(jī)的完整以及執(zhí)行系統(tǒng)的安全。

3.4準(zhǔn)確定位

傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)在切斷電源后會因?yàn)閼T性繼續(xù)移動，閥門不會立刻停止，出現(xiàn)超程。而機(jī)電一體化的大流量電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)則是根據(jù)目前所處位置和給定位置的距離差值以及運(yùn)行速度進(jìn)行運(yùn)算，得到一個(gè)準(zhǔn)確定位，及時(shí)停止，關(guān)閉閥門，降低超程。

4結(jié)束語

由此可見，機(jī)電一體化智能大流量電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代發(fā)展過程中的必然結(jié)果，一種新型的終端控制單元。通過微機(jī)液晶顯示技術(shù)提供運(yùn)轉(zhuǎn)的各種信息數(shù)據(jù)，簡單來說，這是一種集測量、決斷、執(zhí)行三種功能于一體的安全可靠又科學(xué)高效的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。也可以說，是時(shí)代的進(jìn)步促進(jìn)了這種機(jī)電一體化智能大流量電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的產(chǎn)生與發(fā)展，反之，這種新型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)也為未來的研究發(fā)展提供了新方向，新理念和新思路，促進(jìn)了社會的整體發(fā)展，推動了現(xiàn)代化進(jìn)程。

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