智能变频控制技术的研究与设计

智能变频控制技术的研究与设计摘要随着现在电力电子技术、交流变频调速技术的飞速发展和现代控制理论，告诉微处理器的普及应用，变频调速技术以其良好的调速能力及节能特性越来越多的应用于工程实际。

对于电动执行机构，采用变频调速可以省去复杂的机械齿轮组设计，实现电机的软启动和软停机。

本文首先对电动执行机构在国内外的研究现状和发展趋势进行了大量的分析，对于目前电动执行器只有以低速运行，通过极强的微调作用才能修正微小偏差的缺点，提出了智能型电动执行器与各种阀体配合，利用数字化变频技术、单片机技术、微电子技术，开发了集执行机构、驱动单元、调节控制单元等为一体的智能电动执行机构。

智能控制电路从结构上主要分为控制部分、执行驱动部分及信号检测部分。

控制部分主要单片机、变频调速模块、智能功率模块、整流模块、开关量输入输出通道、故障检测电路等组成；执行驱动部分主要包括执行电机和机械传动部分；检测部分包括电压、电流、温度检测。

采用直接转矩控制算法控制变频器，并在线组态，实现对执行器电机的调速控制，实现了电机柔性启动和平稳运行，避免系统对阀门的冲击。

关键词：智能电动执行器；变频控制；单片机。

Research and Design of intelligent frequency conversioncontrol technologyAbstractWith power electronics technology, the rapid development of AC variable speed technology and modern control theory to tell more and more used in engineering with its good speed capacity and energy-saving features of the universal application of the microprocessor, frequency conversion technologypractical. Frequency control eliminates the need for complex mechanical gear set design for the electric actuator motor soft start and soft stop.The first electric actuator in the status quo and development trend of domestic and foreign research a lot of analysis performed for the electric actuator only drawback to running at low speed, strong fine-tune the role to correct minor deviations proposed intelligent electricwith the valve body with using digital inverter technology, single-chip technology, micro-electronics technology, developed a set of implementing agencies, the drive unit, adjust the control unit and other for the integration of intelligent electric actuators.Intelligent control circuit structure is divided into the control part of the implementation of drive parts and signal detection part. Control part of the main microcontroller, frequency control modules, intelligent power module, rectifier module, switch input and output channels, fault detection circuit; execution driven mainly include the implementation of the motor and mechanical drive components; detection part including voltage, current, temperature detection . S the use of direct torque control algorithm to control the frequency converter and online configuration, speed control actuator motor, motor soft start and smooth running, to avoid the system on the impact of the valve.Keywords: intelligent electric actuators; inverter control; microcontroller.第一章绪论随着工业的发展，在工业现场控制方面，电动执行器的重要地位逐步显现出来，由于电机转速恒定，只能依靠齿轮组变速，但传统的电动执行器采用交流电动机与齿轮组及蜗轮蜗杆的组合，而执行机构一旦出厂齿轮组便无法改变，所以不管在正常运行状态或是在紧急状态下，阀门的开/关速度都不可改变。

此外，电机起动若采用直接启动方式会产生较高的起动电流，对电机造成很大的冲击，降低了电机使用寿命；电机停机时若无法预先减速，也会导致关断动作对机械部分的冲击比较大。

1.1智能电动执行器的介绍如今世界工业发展迅速，向自动化稳步迈进。

当今工业发展的重点是能源、化工、钢铁、运输和建筑等行业，与工业发展有密切联系的是水、气(汽)、油等流体的应用，而流体在工业上的应用离不开管网系统，有管网必然会有阀门，要实现管网系统的工业自动化管理，就离不开管网系统中电动阀门的执行机构。

阀门控制装置也称阀门电动执行机构，是驱动和控制阀门的重要装置。

电动执行器，在现代工业过程生产自动化中至关重要，俗称实现生产过程自动化的“手足”，它由执行机构和调节机构两部分组成，其中将调节仪表的指令信号转换成为力或力矩的部分叫电动执行机构；而将直接改变被调量的各种阀门和类似作用的机构称为之为调节机构。

电动执行器以电源为动力，接收标准信号（4～20mA 电流信号）或者上位机的数字信号，通过将信号变成电动执行器相对应的机械角位移或直线位移，从而实现自动改变操作变量(调节阀、风门、挡板等的开度等) ，以达到对被调参数（温度、压力、流量、液位）自动调节的目的，使生产过程按预定要求进行。

所以电动执行器会对自动调节系统的安全运行、调节品质及可靠性的优劣有很大的影响。

相对于气动、液动执行器而言，电动执行器具有的主要优势：（1）即使在电源失电的情况下，无需特殊的气源和空气净化等装置，也能保持原执行位置；（2）电缆敷设比气管和液体管道敷设方便许多，可远距离传输信号，并且便于线路检查；（3）与计算机之间方便简洁的连接，更适应采用新的电子信息技术。

因此在目前的阀门控制领域中，电动执行机构应用广泛。

电动执行机构是以电源为动力，通过电机带动阀门相应动作。

因此电动执行机构在控制阀门运行过程中，电机的运行状态直接决定了阀门的控制状态。

为了实现对阀门的精确稳定控制，电机控制技术非常重要。

当智能执行器与现场总线连接时，智能执行器就成为了现场总线控制系统中的一块现场仪表，这时它不仅具有执行器的功能，而且还具有控制、运算和通讯等功能，同时可以实现网络化管理。

智能执行器具有可靠性高、使用方便、通信功能强、诊断保护功能完善、适应性广泛等优点。

1.2智能电动执行器的研究现状1.2.1国内电动执行器的研究现状我国电动执行器的研究工作起步较晚，从最初仿制苏联的有触点式电动执行器到自行研制生产无触点式DKJ型角行程和DKZ直行程两大系列电动执行器产品。

随着电子技术、计算机和机电一体化等相关技术的迅速发展，我国仪器仪表技术得到大幅度提升。

目前，我国已经能够研制生产出直接受计算机控制的电子型、户外型及防爆型等改进型电动执行器，同时还将控制电路封装在小型塑料盒中，形成了便于维护的即插即用型。

可见，普通的DKJ型和DKZ型两种类型的电动执行器的精度、可靠性及负载能力等性能都得到很大的提升。

目前，我国做的比较好的电动执行器有上海光辉自动化阀门有限公司生产的RQM系列的电动执行器，其位置控制误差达到±1%，重复性误差小于等于1%；上海工业自动化仪器仪表研究所研制的RK-Z系列智能电动执行器采用全封闭，一体化结构和螺杆螺母式传动系统，具有承载能力强、传动平稳且传动精度高等优点。

但是目前国内较为先进的智能电动执行器大多引进国外的关键技术生产制造的。

比如天津龙城自动化仪表有限公司生产的SH系列智能型电动执行器采用法国的新一2代先进技术；鞍山阀门厂采用日本的是关键技术，生产的电动执行器具有：基本误差±1%，回差1%，死区0.8%-1.0%可接收调节器的标准控制信号（4-20mA电流信号）等特点。

根据以上分析我国电动执行器研究的现状可见，我国自主研发的电动执行器仍然存在控制方式落后，可靠性低，无法根据工业生产的实际要求进行参数调整，没有力矩和行程保护，使得阀门或生产设备容易受损，从而降低了其使用寿命。

较为先进的执行器依然采用国外的关键技术，或在引进技术的基础上进行一定程度的变动，从而形成自己的产品，但是改进和创新力度依然不够，以至于没有较大突破。

随着工业自动化智能化的发展，市场对工业过程控制的终端提出更高的要求。

因而，研制出适合我国现代化工业发展需要的新型智能电动执行器已经迫在眉睫。

1.2.2国外电动执行器的研究现状与发展趋势与国内相比，国外的微电子、计算机、机电一体化以及总线等技术水平远远领先于国内，电动执行器的技术术水平也一直领先于国内。

自20世纪80年代以来，国外相继推出了符合各种工业现场总线的智能电动执行器，在实际应用中也取得了很好的使用效果。

随着近年来，电子计算机，微控制器技术在电动执行器研究中的应用，国外的一些著名公司已经研制出了新型的智能化电动执行器。