一、智能變頻調(diào)速電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的技術(shù)說明
　　
　　交流三相電動(dòng)機(jī)由于不存在換向片以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，目前裝機(jī)容量上占有優(yōu)勢(shì)。交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)是近十年伴隨著功率半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而形成的科技含量高的電機(jī)電氣傳動(dòng)控制技術(shù)。它具有調(diào)速和節(jié)能兩大優(yōu)勢(shì)。它使交流電機(jī)的調(diào)速功能已*達(dá)到了直流電機(jī)調(diào)速的性能。
　　
　　二、智能變頻調(diào)速電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的概念
　　
　　變頻調(diào)速電動(dòng)執(zhí)行器用變頻器來控制電動(dòng)執(zhí)行器工作。變頻電動(dòng)執(zhí)行器由變頻器、伺服電機(jī)、減速器、位置反饋發(fā)送器構(gòu)成。由于變頻器具有調(diào)速、軟起動(dòng)、制動(dòng)等功能，它除可以使伺服電動(dòng)機(jī)工作在變頻調(diào)速狀態(tài)外，它還通過軟起動(dòng)方式，降低伺服電機(jī)起動(dòng)電流，減少對(duì)電網(wǎng)和本身機(jī)械結(jié)構(gòu)的起動(dòng)沖擊。通過電制動(dòng)方式，可有效產(chǎn)生能耗制動(dòng)，降低伺服電機(jī)惰走慣性，大大提高定位精度。
　　
　　三、智能變頻調(diào)速電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理
　　
　　智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）從結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分?？刂撇糠种饕蓡纹瑱C(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(cè)和報(bào)警電路等組成。執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分主要包括三相伺服電機(jī)和位置傳感器。
　　
　　系統(tǒng)工作原理：霍爾電流、電壓傳感器及位置傳感器檢測(cè)到的逆變模塊三相輸出電流、電壓及閥門的位置信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。單片機(jī)通過8255控制PWM波發(fā)生器，產(chǎn)生的PWM波經(jīng)光電耦合作用于逆變模塊IPM，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速以及閥位控制。逆變模塊工作時(shí)所需要的直流電壓信號(hào)由整流電路對(duì)380V電源進(jìn)行全橋整流得到。
　　
　　控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)選用IN公司生產(chǎn)的8031單片機(jī)，它主要通過并行8255口擔(dān)負(fù)控制系統(tǒng)的信號(hào)處理：接收系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)矩、閥門開啟、關(guān)閉及閥門開度等設(shè)定信號(hào)，并提供三相PWM波發(fā)生器所需要的控制信號(hào)；處理IPM發(fā)出的故障信號(hào)和報(bào)警信號(hào)；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測(cè)信號(hào)；提供顯示電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）的工作狀態(tài)信號(hào)；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號(hào)，向控制系統(tǒng)反饋信號(hào)。
　　
　　智能逆變模塊IPM。為了滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）體積小，可靠性高的要求，電機(jī)電源采用智能功率模塊IPM。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）主要適用功率小于5.5kW的三相異步電機(jī)，其額定電壓為380V，功率因數(shù)為0.75。經(jīng)計(jì)算可知，選用日本產(chǎn)的智能功率模塊PM50RSA120可以滿足系統(tǒng)要求。該功率模塊集功率開關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路、制動(dòng)電路于一體，并內(nèi)置過電流、短路、欠電壓和過熱保護(hù)以及報(bào)警輸出，是一種高性能的功率開關(guān)器件。
　　
　　時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計(jì)算時(shí)所需要的時(shí)間以及日歷。文中選用時(shí)鐘電路DS12887。DS12887內(nèi)部有114字節(jié)的用戶非易失性RAM，可用來存入需長(zhǎng)期保存的數(shù)據(jù)。液晶顯示單元。為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。采用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可分別對(duì)閥門、力矩、限位、電機(jī)、通訊和參數(shù)等信號(hào)進(jìn)行設(shè)置或調(diào)試。并采用文字和圖形相結(jié)合的方式，顯示直觀、清晰。程序出格自恢復(fù)電路。為了保證在強(qiáng)干擾下程序出格時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)地恢復(fù)正常，選用MAX705組成程序出格自恢復(fù)電路，監(jiān)視程序運(yùn)行。
　　
　　三相PWM波發(fā)生器。PWM波的產(chǎn)生通常有模擬和數(shù)字兩種方法。模擬法電路復(fù)雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法是按照不同的數(shù)字模型用計(jì)算機(jī)算出各切換點(diǎn)，并存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的計(jì)算產(chǎn)生PWM波，這種方法占用的內(nèi)存較大，不能保證系統(tǒng)的精度。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號(hào)，保證微處理器有足夠的時(shí)間進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)、保護(hù)、控制等功能，文中選用MI公司生產(chǎn)的SA8282作為三相PWM發(fā)生器。SA8282是大規(guī)模集成電路，具有獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口，芯片內(nèi)部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。
　　
　　位置檢測(cè)電路。位置檢測(cè)電路是執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）的重要組成部分，它的功能是提供準(zhǔn)確的位置信號(hào)。關(guān)鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）中多采用繞線電位器、差動(dòng)變壓器、導(dǎo)電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動(dòng)變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。導(dǎo)電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點(diǎn)的，壽命也不可能很長(zhǎng)，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器，這種傳感器是無(wú)觸點(diǎn)的，且具有精度高、無(wú)線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無(wú)溫度限制等特點(diǎn)。
　　
　　通訊接口。為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制，選用MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX232內(nèi)部有兩個(gè)*相同的電平轉(zhuǎn)換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS－232標(biāo)準(zhǔn)電平，把其它微機(jī)送來的RS－232標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換成TTL電平給8031，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其它微機(jī)間的通訊。
　　
　　電壓、電流及檢測(cè)。檢測(cè)電壓、電流主要是為了計(jì)算電機(jī)的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護(hù)和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無(wú)法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測(cè)IPM輸出的三相電流，對(duì)于IPM輸出電壓的檢測(cè)采用分壓電路。
　　
　　工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變?yōu)楦唠娖?，引腳2電平的這種變化使“與非”門輸出一個(gè)正脈沖，使單片機(jī)產(chǎn)生一次復(fù)位，復(fù)位結(jié)束后，又由程序通過P1.0口向MAX705的WDI引腳發(fā)正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程序出格自恢復(fù)電路繼續(xù)監(jiān)視程序運(yùn)行。
　　
　　四、智能變頻調(diào)速電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)變速運(yùn)行
　　
　　變頻電動(dòng)執(zhí)行器、變頻電動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)程序預(yù)定變速運(yùn)行，是在變頻電動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)有兩組變速開關(guān)，變速開關(guān)信號(hào)作為變頻器的變速控制信號(hào)。兩組變速開關(guān)可在全行程范圍內(nèi)任意設(shè)定變速開關(guān)工作點(diǎn)。例如，要求變頻蝶閥在0~900工作過程，每300變化一種速度。調(diào)整變速反饋板使*組變速開關(guān)在300變位，第二組變速開關(guān)在600變位。在變頻器內(nèi)設(shè)定三種速度。0~300為*檔慢速運(yùn)行，300~600為第二檔速度快速運(yùn)行，600~900為第三檔速度為慢速運(yùn)行。每一檔運(yùn)行速度都可以任意設(shè)定。這樣變頻蝶閥在工作時(shí)，就會(huì)按設(shè)定的速度分三檔進(jìn)行工作。這種變速運(yùn)行方式大多是用變頻電動(dòng)執(zhí)行器作為遙控風(fēng)門、閥門等場(chǎng)合。