机电一体化智能大流量电动执行机构的设计1.docx

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1、机电一体化智能大流量电动执行机构的设计1（说明书）题目：机电一体化智能大流量电动执行机构的设计姓名：石星雨编号:平顶山工业职业技术学院2012年5月20日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书姓名石星雨专业机电一体化任务下达日期2012年月20日设计（论文）开始日期_2012年2月26日设计（论文）完成日期2012年5月20日设计（论文）题目：机电一体化智能大流量电动执行机构的设计A. 编制设计B. 设计专题（毕业论文）指导教师孔令雪系（部）主任平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录电力工程系机电一体化专业，学生2012于年月日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目：机电一体

2、化智能大流量电动执行机构的设计专题（论文）题目：指导老师：答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩为O答辩委员会人,出席人答辩委员会主任（签字）：答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员：，平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第页共页学生姓名：专业年级毕业设计（论文）题目：评阅人：指导教师：（签字）年月日成绩：系（科）主任：（签字）年月日毕业设计（论文）及答辩评语：机电一体化智能大流量电动执行机构的设计摘要关键词：电动执行机构、阀门、位置操纵、变频技术、AbstractThepresentpaperpresents

3、anewtypeofe1ectricactuators,thedesignofdetai1edintroduceseachfunctorse1ectionanddesign,theva1vepositionandspeedcontro1princip1eanda11keytheso1utiontotheprob1em.Theauthordesignof1argedischargeande1ectricactuators,adoptthee1ectromechanica1integrationtechno1ogy,va1ve,servomotor,contro11erxed,useasynchr

4、onousmotordrivendirect1yva1veopeningandc1osing.USESthemono1ithicapp1icationtechno1ogy,frequencyconversiontechno1ogy,throughthebui1t-ininverter,thefuzzyneura1networkcontro1a1gorithm,rea1izetheva1vemovementspeed,accuratepositioning,f1exib1eswitchva1veandmotortorquecontro1,etc.Thee1ectricactuatorsareus

5、edtocontro1motorisomitted,thereversa1ofthecontactorandsi1iconcontro11eddirectiona1contro1switchmodu1e,mechanica1transmissiondeviceandcomp1icatedorcost1ycabinetanddistributioncabinets,havefast,protectioniscomparative1yperfect,faci1itateandcomputernetworking,etc.Practica1app1icationshowsthattheactuato

6、rsworkstab1e,re1iab1eperformance.Keywords：E1ectricactuatorsva1vespositioncontro1、frequencyconversiontechno1ogy摘要IAbstract第一章电动执行机构的硬件设计及工作原理11.1 单片机11.1.1 MCS-518031单片机内部结构及特点21.1.2 单片机外部引脚31.2 三相PWM波发生器41.3 智能逆变模块IPM41.3.1 智能逆变模块IPM的用途41.3.2 IPM的结构51.3.3 IPM的外部驱动电路设计61.3.4 IPM的保护电路设计71.3.5 IPM的缓冲电路

7、设计81.3.6 IPM在单相全桥逆变器中的应用1014位置检测电路101.5 电压及电流检测111.6 通讯接口121.7 时钟电路131.7.1 DS12887要紧功能简介131.7.2 原理及引脚说明141.7.3 内部功能141.7 .4状态操纵寄存器151.8 液晶显示单元151.8.1 模块工作原理161.8.2 液晶模块的应用181.9 程序出格自恢复电路18第二章阀位及速度操纵原理20第三章关键技术问题的解决223.1阀门柔性开关223.2电机保护的实现233.3准确定位243.4模拟信号的隔离26结束语26参考文献27第一章电动执行机构的硬件设计及工作原理电动执行机构操纵系统

8、原理。智能执行机构从结构上要紧分为操纵部分与执行驱动部分。操纵部分要紧由单片机、PWM波发生器、IPM逆变器、A/D、D/A转换模块、整流模块、输入输出通道、故障检测与报警电路等构成。执行驱动部分要紧包含三相伺报电机与位置传感器。系统工作原理：霍尔电流、电压传感器及位置传感器检测到的逆变模块三相输出电流、电压及阀门的位置信号，经A/D转换后送入单片机。单片机通过8255操纵PWM波发生器，产生的PWM波经光电耦合作用于逆变模块IPM,实现电机的变频调速与阀位操纵。逆变模块工作时所需要的直流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到。操纵系统各功能元件的选型与设计。1.1单片机选用INTE

9、1公司生产的8031单片机，它要紧通过并行8255口担负操纵系统的信号处理：接收系统对转矩、阀门开启、关闭及阀门开度等设定信号，并提供三相PWM波发生器所需要的操纵信号；处理IPM发出的故障信号与报警信号；处理通过模拟输入口接收的电流、电压、位置等检测信号；提供显示电动执行机构的工作状态信号；执行操纵系统来的操纵信号，向操纵系统反馈信号。1.1.1MCS-518031单片机内部结构及特点图11为INTERMCS-518031单片机内部结构图1、中央处理单元（8位）：数据处理、测试位，置位，复位,位操作；2、只读存储器（4KB或者8KB）:永久性存储应用程序，掩模ROM、EPROM.EEPROM

10、;3、随机存取内存（128B、128BSFR）:在程序运行时存储工作变量与资料；4、并行输入/输出口（I/0）（32条）：作系统总线、扩展外存、I/0接口芯片；5、串行输入/输出口（2条）：串行通信、扩展I/0接口芯片；6、定时/计数器（16位、加1计数）：计满溢出、中断标志置位、向CPU提出中断请求,与CPU之间独立工作；7、时钟电路：内振、外振；8、中断系统:五源中断、2级优先。结构特点：MCS-51系列单片机为哈佛结构（而非普林斯顿结构）1、内ROM：4KB2、内RAM：128B3、外ROM：64KB4、外RAM：64KB5、I/0线：32根（4埠，每埠8根）6、定时/计数器：2个16位

11、可编程定时/计数器7、串行口：全双工，2根8、寄存器区：工作寄存器区、在内128BRAM中，分4个区,9、中断源：5源中断，2级优先10、堆栈：最深128B11、布尔处理机：位处理机，某位单独处理12、指令系统：五大类，I11条。1.1.2单片机外部引脚MCS-518031单片H.0P11P1.2F13H.4P15Ip0.0一p.i一p.2一p.3p,4p,5P17RSVp4P3.0/RSDP3.1/IXDP3.2/IOT0MSC-518031p,60.7-EVVppM2/PB0GPSEHP2.7P3.4/T0P3.5/TIP3.6g而XTA12XTA1IP2.6一P2.5P2.4P2.3P2

12、.2P21一P2.0图12为INTERMCS-518031单片机外部引脚结构图1、主电源引脚:VsSxVcCo2、外接晶振引脚：XTA11、XT123、操纵或者复位引脚：RST/VPD两个机器周期高电平，单片机复位。P0-P3：输出高电平SP：07HSFR、PC：清0不影响内RAM状态，机器从0地址开始执行。A1E/PROG：地址锁存操纵端提供1/6fosc振荡频率，输入编程脉冲EPROMPSEN：外部程序内存的读选通信号端。EA/VPP：E=1,访问内部程序内存当PC值超过内ROM范围（OFFFH）时，自动转执行外部内存的程序EA=0,只访问外部程序内存。对8751机，可施加21V编程电源(

13、VPP)4、输入/输出引脚：P0-P3：四个I/O口，每口8线，共同32线。1.2 三相PWM波发生器三相PWM波发生器PWM波的产生通常有模拟与数字两种方法。模拟法电路复杂，有温漂现象，精度低，限制了系统的性能；数字法是按照不一致的数字模型用计算机算出各切换点，并存入内存，然后通过查表及必要的计算产生PWM波，这种方法占用的内存较大，不能保证系统的精度。为了满足智能功率模块所需要的PWM波操纵信号，保证微处理器有足够的时间进行整个系统的检测、保护、操纵等功能，文中选用MITE1公司生产的SA8282作为三相PWM发生器。SA8282是专用大规模集成电路，具有独立的标准微处理器接口，芯片内部包

14、含了波形、频率、幅值等操纵信息SA8282的功能特点：1.3 智能逆变模块IPMIPM(Inte11igentPowerModu1e),即智能功率模块,不仅把功率开关器件与驱动电路集成在一起。而且还内藏有过电压，过电流与过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯与优化的门极驱动电路与快速保护电路构成。即使发生负载事故或者使用不当，也能够保证IPM自身不受损坏。IPM通常使用IGBT作为功率开关元件,内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。IPM以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场,特别适合于驱动电机的变频器与各类逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家

15、电的一种非常理想的电力电子器件。1.3.1 智能逆变模块IPM的用途智能逆变模块IPM为了满足执行机构体积小，可靠性高的要求，电机电源使用智能功率模块IP该执行机构要紧适用功率小于5.5kW的三相异步电机，其额定电压为380V,功率因数为0.75o经计算可知，选用日本产的智能功率模块PM50RSA120能够满足系统要求。该功率模块集功率开关与驱动电路、制动电路于一体，并内置过电流、短路、欠电压与过热保护与报警输出，是一种高性能的功率开关器件。智能功率模块(Inte1IigentPowerModUIe,IPM)以开关速度快、损耗小、功耗低、有多种保护功能、抗干扰能力强、无须采取防静电措施、体积小等优点在