永磁同步电机步进控制系统的阀门定位中的应用

• 作 者: 李君
• 机 构: 东北大学
• 出 处: 东北大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 永磁同步电动机 步进控制系统 单片机 阀门定位

阀门是在石油、化工、纺织、冶金等过程控制领域应用最多的执行器，而阀门最重要的附件之一就是阀门定位装置。早期的阀门控制主要采用机械传动，但是这种方式存在响应慢、工作效率低等缺点，而电动阀门控制装置可以很好的克服这些缺点。更重要的是，在危险场合能够有效的保障生产的安全性以及系统的可靠性。普通的电动阀门定位装置采用专用的电机，但是存在机械结构复杂，价格过高的问题。以步进电机为基础的电动阀门定位装置定位精度较高，但是效率很低，难以应用在大功率场合。采用永磁同步电机步进控制方法实现的电动阀门定位装置，是采用交流传动思想研制的阀门系统，具有转矩大、惯量小、定位精确的特点，拥有广阔的发展前景。　　永磁同步电机步进控制系统的主要原理是基于交流步进传动理论，该理论打破了连续和离散的严格界限，将增量控制与运动控制有机的结合起来，使增量控制可以应用在大容量，高效率的场合。　　本文在分析永磁同步电机的结构以及数学模型的基础上，深入研究和分析了永磁同步电机的交流步进传动理论，并在此基础上以单片机为核心，开发了永磁同步电机步进控制系统并把其应用在阀门定位系统中。　　本文首先概况了永磁同步电机控制系统的各部分发展，然后阐述了永磁同步电机的结构和数学模型以及交流步进传动控制原理，并对同步电机的离散控制策略即电流跟踪脉宽调制的基本原理进行了说明。　　然后本文对系统进行了总体设计，描述了具体实现方法。具体实现时硬件上采用了51内核单片机STC89C58RD+进行控制，使得系统具有控制运算速度高，实时性好以及抗干扰能力强的优点。在软件上，采用的编程语言为C语言，调试采用KeilC软件，C语言编程采取了模块化的设计原则，使得系统具有较好的通用性和易维护性。为了达到需要的效果，本文设计并制作了较为完整的控制电路和外围电路。主要包括V/F电路、相位记忆电路、显示电路、电压隔离保护电路以及数模转换电路等。本文还设计了整个系统的控制程序，并给出了控制系统的流程图。然后把系统应用在了阀门定位系统中，并进行了分析。　　最后，指出了理论研究和实际应用中存在的问题，对下一步研究工作进一步展望。