永磁低速同步電機式執(zhí)行器

永磁低速同步電機式執(zhí)行器 用永磁低速同步電機構(gòu)成的執(zhí)行器，以國產(chǎn)ZDAS型行程執(zhí)行器為例，其輸出推力400~2500N，行程10~40mm，速度0.75~1.25mm/s。國產(chǎn)SKZ型執(zhí)行器也用永磁低速同步電機構(gòu)成。 數(shù)字式電動執(zhí)行器 為了直接和計算機配合，近來出現(xiàn)了數(shù)字式電動執(zhí)行器，它的輸入信號是脈沖形式，伺服電機式由脈沖驅(qū)動的步進電機。雖然步進電機的輸出轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)有嚴格的比例關(guān)系，但是脈沖數(shù)可能由于干擾而出現(xiàn)錯誤，所以執(zhí)行器仍然要有位置反饋信號，通常也是以直流4~20mA的標準信號形式送回計算機，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后與設(shè)定的閥位比較構(gòu)成閉環(huán)，以保證閥位有正確的開度。

TMS320F2812電動執(zhí)行器控制系統(tǒng)

以32位定點DSP芯片TMS320F2812為例，其專門針對電機控制和運動控制而設(shè)計。硬件配置上，TMS320F2812具有豐富的通用輸入輸出接口、16通道12位A/D轉(zhuǎn)換器、兩個事件管理器以及大容量的片上存儲器，能夠較好地滿足電動執(zhí)行器的控制需求；運算速度上，TMS320F2812可以達到150MIPS，可以實時地處理復(fù)雜控制算法，實現(xiàn)高精度控制，保證電機的位置控制精度以及速度控制的動態(tài)特性；通信方面，TMS320F2812芯片支持多種通信機制，如UART串口通信、CAN總線通信、SPI總線通信等，能夠很方便地實現(xiàn)人機交互界面的設(shè)計以及同其他系統(tǒng)之間的信息交互?？傮w來說，基于TMS320F2812的電動執(zhí)行器控制系統(tǒng)不僅具有傳統(tǒng)專用控制器的優(yōu)勢，而且具備很好的集成性、可擴展性、二次開發(fā)性，提高了控制系統(tǒng)的可靠性、處理速度以及通用性。

電動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理如圖

電動執(zhí)行器 電動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，通過十字滑塊聯(lián)軸，電機與滾珠絲杠實現(xiàn)連接；滾珠絲杠和滑移平臺通過螺母連接。電機輸出轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動滾珠絲扛轉(zhuǎn)動，需要克服回轉(zhuǎn)體阻尼力和轉(zhuǎn)動慣量等的作用。編碼器主要負責采集電機轉(zhuǎn)角信號，以便于實現(xiàn)閉環(huán)控制，不過應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用需求和條件決定是否安裝編碼器或其他傳感器，如霍爾傳感器。滾珠絲杠可將電機輸出的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動。滑移平臺用于固定工作負載。通過電動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理圖可知：電動執(zhí)行器的運行情況取決于電機特性及其控制系統(tǒng)，在一定程度上電機可以看做電動執(zhí)行器的核心部件。在電動執(zhí)行器中普遍使用的電機主要有3種，即步進電機、交流伺服電機、直流伺服電機等。其中步進電機電動執(zhí)行器具有成本低廉、控制簡單等特點，所以其應(yīng)用廣。圖中J為電機轉(zhuǎn)動慣量；B為黏滯阻尼系數(shù)；T為電機輸出轉(zhuǎn)矩；ω為電機轉(zhuǎn)速；m為負載質(zhì)量；F為外部干擾力；v為滑動平臺x方向的運行速度，均為表征電動執(zhí)行器特性的重要參數(shù)。

電動執(zhí)行器控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)設(shè)計 電動執(zhí)行器控制系統(tǒng)基于微控制器TMS320F2812設(shè)計，執(zhí)行機構(gòu)選用步進電機，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖2可知，電動執(zhí)行器控制系統(tǒng)主要包括上位機、CAN通信模塊、微控制器、步進電機驅(qū)動電路、參數(shù)檢測等部分。通過現(xiàn)場控制面板或者上位機設(shè)定相關(guān)參數(shù)；參數(shù)經(jīng)CAN總線傳送至控制器TMS320F2812，通過運算得到步進電機控制量，進而實現(xiàn)其速度、旋轉(zhuǎn)角度等控制；步進電機的旋轉(zhuǎn)輸出經(jīng)滾珠絲杠進行運動形式轉(zhuǎn)化以及減速處理后進行閥桿控制，進而實現(xiàn)閥門開口度的控制。另外，步進電機一端裝有霍爾傳感器，用于電機轉(zhuǎn)速和位置控制；閥門處裝有流量、壓力等傳感器，采集的流量、壓力等信號經(jīng)簡單處理后傳送至控制器TMS320F2812的A/D模塊，與設(shè)定值比較，得到偏差數(shù)值，通過調(diào)整步進電機位置和速度保證閥門開口精度，終實現(xiàn)自動控制。