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智能型电动执行器是将微电子技术以及通信技术应用到阀门的控制系统中,实现了阀门远程集中控制、双向通信、PID调节、在线自动标定、自校正与完善的保护等多种控制技术要求的功能,有效提高控制水平,是现代智能型电动执行器的发展方向。

系统控制策略由于电动执行机构在运行中,要求有快速开启和制动响应,阀门的定位精度要求高,并且在控制过程中,需要保持良好的转矩控制,因此控制策略的选择关系到系统的整体控制性能。为解决交流电机转矩控制问题,20世纪70年代初由Blas-chkeF首先提出了的异步电机的矢量控制理论。通过坐标变换和磁场定向控制,把交流电动机的定子电流分解成磁场定向坐标的磁场电流分量和与之相垂直的坐标转矩电流分量,从而实现两者之间的解耦,得到类似于直流电机的转矩模型,并可仿照直流电机进行快速的转矩控制和磁通控制,使系统动态性能得到显著改善,从而使交流电机的调速技术取得了突破性的进展。运用矢量控制已经成为当今交流变频调速系统的主流,将这一技术应用到电动执行机构的控制中来,极大改善了电动执行器的控制性能。

中央处理单元选用电机控制专用信号处理芯片TMS320F240。该DSP具有20m/s的定点处理速度,片内自带程序和数据存储器、A/D转换、PWM波形生成、通信接口等。作为电动执行机构的控制核心,DSP担负着控制系统所有的信号处理:(1)接收外部控制信号,包括红外遥控输入、DC4~20mA或者DC1~5V控制信号、人机界面的输入。(2)根据接收的信号控制电机的起、停、正反转、电机转速、输出力矩,并能进行极限位置在线标定。(3)提供智能功率模块(IPM)的PWM控制信号,处理IPM发出的故障和报警信号。(4)处理电流、电压和位置检测单元发出的检测信号。(5)实时与人机界面进行异步通信,显示装置的各种工作状态及故障诊断信号。

将4~20mA直流信号作为指示阀门开度的给定信号,将阀门的开度转换为4~20mA电流信号,当二者等值时执行机构停止动作,当出现偏差时,电机按照给定速度、转矩运行,直到二者重新平衡。功率单元智能功率模块(IPM)选用PM75CSA120,该IPM将功率开关器件和驱动电路集成在一体,内置过压、欠压、过流和过热等故障监测电路,并具有防静电保护措施,使得IPM成为驱动电机的较理想的功率器件。24电流、速度以及位置检测选用电流传感器LTS25-NP检测IPM三相电流,采用光电码盘作为转速检测器件。编码盘与电机同轴连接,每转能发出一定数量信号,将这些信号送入DSP的正交编码电路,同时使能计数器,在采样时间内由计数器记下脉冲发生器发出的脉冲数,送给DSP,就可以算出这段时间内的平均转速。精密电位器检测电动执行机构的输出轴的位置信号,转换成电信号后送入DSP进行处理。DSP依据检测的电流、转速和位置信号,计算出需要的转矩电流与励磁电流,经过坐标变换,调整和控制IPM的输出。