1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目：機(jī)電一體化智能大流量電動(dòng)執(zhí)行器摘要提出了一種新型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了執(zhí)行機(jī)構(gòu)各功能元件的選擇與設(shè)計(jì)、閥位調(diào)速控制原理以及各種關(guān)鍵問(wèn)題的解決方法。該執(zhí)行器集成了閥門和伺服電機(jī)制動(dòng)器，采用8031技術(shù)實(shí)現(xiàn)閥門動(dòng)作速度和位置控制。現(xiàn)場(chǎng)操作表明，電動(dòng)執(zhí)行器具有 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20/pc/ 動(dòng)作快、保護(hù)完善、與計(jì)算機(jī)通訊方便等優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程控制中，執(zhí)行器起著非常重要的作用，它是自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大流量電動(dòng)執(zhí)行器存在控制方式落后、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低、可靠性差等問(wèn)題

2、。此外，執(zhí)行器的整體運(yùn)行速度取決于其電機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速及其部分減速器的減速比。一旦出廠，這個(gè)速度是固定的，無(wú)法調(diào)整，通用性較弱。整個(gè)組織缺乏完善的保護(hù)和故障診斷措施，缺乏必要的通信手段，系統(tǒng)安全性差，不方便與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。鑒于以上原因，采用傳統(tǒng)大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性較差。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線等技術(shù)在工業(yè)過(guò)程中的應(yīng)用，這種執(zhí)行器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。筆者設(shè)計(jì)的大流量電動(dòng)執(zhí)行器采用機(jī)電一體化技術(shù)，集閥門、伺服點(diǎn)機(jī)和控制器于一體，采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)閥門的啟閉。通過(guò)設(shè)置變頻器，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)閥門的動(dòng)作速度、精確定位、靈活切換和電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制。該電動(dòng)執(zhí)行器省去了用

3、于控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器和晶閘管換向開(kāi)關(guān)模塊、機(jī)械傳動(dòng)裝置和復(fù)雜昂貴的控制柜和配電柜，具有動(dòng)作快速、保護(hù)完善的優(yōu)點(diǎn)。 ，方便和電腦聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)行表明，執(zhí)行器工作穩(wěn)定，性能可靠。關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)構(gòu)、閥門、位置控制執(zhí)行目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc281335885 第一章 電動(dòng)執(zhí)行器硬件設(shè)計(jì)及工作原理 PAGEREF _Toc281335885 h - 1 - HYPERLINK l _Toc281335886 第三節(jié) 智能逆變模塊IPM PAGEREF _Toc281335886 h - 5 - HYPERLINK l _Toc281335887 第

4、 4 節(jié) 位置檢測(cè)電路 PAGEREF _Toc281335887 h - 12 - HYPERLINK l _Toc281335888 第五節(jié)電壓電流檢測(cè) PAGEREF _Toc281335888 h - 12 - HYPERLINK l _Toc281335889 第 6 節(jié) 通訊接口 PAGEREF _Toc281335889 h - 14 - HYPERLINK l _Toc281335890 第 7 節(jié) 時(shí)鐘電路 PAGEREF _Toc281335890 h - 15 - HYPERLINK l _Toc281335891 第八節(jié)液晶顯示單元 PAGEREF _Toc281335

5、891 h - 19 - HYPERLINK l _Toc281335892 第九節(jié) 程序異常自恢復(fù)電路 PAGEREF _Toc281335892 h - 19 - HYPERLINK l _Toc281335893 第二章閥位和速度控制原理 PAGEREF _Toc281335893 h - 20 - HYPERLINK l _Toc281335894 第三章 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決方案 PAGEREF _Toc281335894 h - 22 - HYPERLINK l _Toc281335895 第一個(gè)閥門柔性開(kāi)關(guān) PAGEREF _Toc281335895 h - 22 - HYPERL

6、INK l _Toc281335896 第二節(jié) 電機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc281335896 h - 23 - HYPERLINK l _Toc281335897 第三節(jié) 準(zhǔn)確定位 PAGEREF _Toc281335897 h - 24 - HYPERLINK l _Toc281335898 第四節(jié)模擬信號(hào)的隔離 PAGEREF _Toc281335898 h - 26 - HYPERLINK l _Toc281335899 結(jié)論 PAGEREF _Toc281335899 h - 27 - HYPERLINK l _Toc281335900 演講 PAGEREF _Toc28

7、1335900 h - 28 - HYPERLINK l _Toc281335901 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc281335901 h - 29 -第一章 電動(dòng)執(zhí)行器硬件設(shè)計(jì)及工作原理電動(dòng)執(zhí)行器控制系統(tǒng)原理。智能執(zhí)行器從結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分?？刂撇糠种饕蓡纹瑱C(jī)、PWM波發(fā)生器、IPM逆變器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊、整流模塊、輸入輸出通道、故障檢測(cè)和報(bào)警電路等組成。執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分主要包括三相伺服電機(jī)和位置傳感器。系統(tǒng)如何運(yùn)作：霍爾電流、電壓傳感器和位置傳感器檢測(cè)到的逆變模塊的三相輸出電流、電壓和閥位信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)。單片機(jī)通過(guò)8255控制PWM波發(fā)生器，產(chǎn)生

8、的PWM波通過(guò)光電耦合作用于逆變模塊IPM，實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻調(diào)速，控制閥位。逆變模塊所需的直流電壓信號(hào)由整流電路對(duì)380V電源進(jìn)行全橋整流得到?？刂葡到y(tǒng)各功能部件的選擇與設(shè)計(jì)。第 1 節(jié) 微控制器選用INTEL公司生產(chǎn)的8031單片機(jī)，主要負(fù)責(zé)通過(guò)并行8255口對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理：接收系統(tǒng)的扭矩、開(kāi)閥、關(guān)閥、開(kāi)閥等設(shè)定信號(hào)，并提供所需的三相PWM波發(fā)生器。處理IPM發(fā)出的故障信號(hào)和報(bào)警信號(hào)；處理通過(guò)模擬輸入端口接收到的電流、電壓、位置等檢測(cè)信號(hào)；提供表示電動(dòng)執(zhí)行器工作狀態(tài)的信號(hào)；系統(tǒng)反饋信號(hào)；MCS-518031微控制器簡(jiǎn)介：MCS-51 8031單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)圖1-1為INTER MCS

9、-51 8031單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖中央處理器（8位） ：數(shù)據(jù)處理、測(cè)試位、置位、復(fù)位、位操作；只讀存儲(chǔ)器（4KB或8KB） ：永久存儲(chǔ)應(yīng)用程序、掩模ROM、EPROM、EEPROM ；隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（128B、128B SFR） ：存儲(chǔ)程序運(yùn)行時(shí)的工作變量和數(shù)據(jù)；并行輸入/輸出端口（I/O）（32個(gè)） ：用于系統(tǒng)總線、擴(kuò)展外存、I/O接口芯片；串口輸入/輸出端口（2個(gè)） ：串口通訊，擴(kuò)展I/O接口芯片；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（16位，加1個(gè)計(jì)數(shù)） ：滿溢出，中斷標(biāo)志置位，向CPU請(qǐng)求中斷，與CPU獨(dú)立工作；時(shí)鐘電路：振動(dòng)、外部振動(dòng)；中斷系統(tǒng)：五源中斷，2級(jí)優(yōu)先級(jí)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：MCS-51系列單片機(jī)為哈佛結(jié)構(gòu)（

10、不是普林斯頓結(jié)構(gòu)）1) 只讀存儲(chǔ)器：4KB2）內(nèi)存：128B3) 外部ROM：64KB4) 外部 RAM：64KB5）I/O線：32（4個(gè)端口，每個(gè)端口8個(gè)）6) 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器7）串口：全雙工，2個(gè)8）寄存器區(qū)：工作寄存器區(qū)，在128B RAM中，分為4個(gè)區(qū)，9）中斷源：5源中斷，2優(yōu)先級(jí)10）堆棧：128B最深11）布爾處理器：位處理器，一個(gè)位單獨(dú)處理12）教學(xué)系統(tǒng)：五類，111項(xiàng)。MCS-58031 單片機(jī)2個(gè)MCU外部引腳圖1-2 2為INTER MCS-51 8031單片機(jī)的外部引腳結(jié)構(gòu)圖1)、主電源引腳：Vss 、 Vcc。2)、外部晶振引腳： XT

11、AL1、XTAL2 。3）、控制或復(fù)位引腳： RST/VPD高電平兩個(gè)機(jī)器周期后，單片機(jī)復(fù)位。P0 - P3：輸出高電平SP：07HSFR、PC：清0不影響RAM狀態(tài)，機(jī)器從地址0開(kāi)始執(zhí)行。ALE/PROG：地址鎖存控制端提供1/6 fosc振蕩頻率，輸入編程脈沖EPROMPSEN：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)端。 EA/VPP：EA=1，訪問(wèn)部分程序存儲(chǔ)當(dāng)PC值超出ROM范圍（0FFFH）時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到外部存儲(chǔ)程序EA=0，只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)。 8751機(jī)器，可加21V編程電源（Vpp）4) 輸入/輸出引腳： P0 - P3：四個(gè) I/O 端口，每個(gè)端口 8 線，公共 32 線。第二相P

12、WM波發(fā)生器三相PWM波發(fā)生器 PWM波的產(chǎn)生通常有兩種方法：模擬和數(shù)字。模擬法電路復(fù)雜，有溫漂，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法是利用計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的數(shù)字模型計(jì)算出每個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)，并存儲(chǔ)在內(nèi)存中，然后通過(guò)查表和必要的計(jì)算生成PWM波。 ，這種方法占用大量?jī)?nèi)存，無(wú)法保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。為滿足智能電源模塊所需的PWM波控制信號(hào)，保證微處理器有足夠的時(shí)間來(lái)執(zhí)行整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)、保護(hù)和控制等功能，選用MITEL公司生產(chǎn)的SA8282作為三相PWM 發(fā)生器。 SA8282是具有獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口的專用大規(guī)模集成電路。芯片包含波形、頻率、幅度等控制信息。SA8282的特點(diǎn)PWM控制技術(shù)是通過(guò)控制電路按一定 H

13、YPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20/ 規(guī)律控制開(kāi)關(guān)管的通斷，從而得到一組等幅不等寬的矩形脈沖波形，使其接近正弦電壓波形。有兩種 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20/ 方法：模擬方法和數(shù)字方法。模擬法的電路比較復(fù)雜，存在溫漂現(xiàn)象，會(huì) HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20/ 影響精度，降低系統(tǒng)性能。數(shù)字法是利用計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的數(shù)字模型計(jì)算出每個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn) HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20/pc/ 并存儲(chǔ)在內(nèi)存中，然后通過(guò)查表和必要的計(jì)算生成PWM波。有一

14、個(gè)矛盾。 SA8282是英國(guó)MITEL公司生產(chǎn)的全數(shù)字三相PWM發(fā)生器。頻率范圍寬，精度高。可與微處理器接口，完成外圍控制功能，實(shí)現(xiàn)智能化。 SA8282中的各相輸出控制電路由脈沖抵消電路和脈沖延遲電路組成。脈沖抵消電路用于去除脈沖寬度小于抵消時(shí)間的脈沖，以保證最小輸出脈沖寬度大于器件的開(kāi)關(guān)周期。延遲電路可以保證死區(qū)時(shí)間間隔，它的作用是在任意相位改變兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件的狀態(tài)時(shí)提供一個(gè)很短的延遲時(shí)間，使兩個(gè)開(kāi)關(guān)在這段時(shí)間內(nèi)處于關(guān)斷狀態(tài)，從而防止橋臂開(kāi)關(guān)元件在轉(zhuǎn)換瞬間共用（兩個(gè)開(kāi)關(guān)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間導(dǎo)致?lián)舸?。在軟件主程序中?SA8282初始化指令和控制指令的參數(shù)計(jì)算和設(shè)置主要用于確定頻率調(diào)節(jié)范圍、死區(qū)時(shí)

15、間、輸出電壓幅值和中心頻率。軟啟動(dòng)決定了系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)輸出電壓由低到低的漸變過(guò)程。電壓和頻率調(diào)整主要是對(duì)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理后，控制SA8282輸出的電壓和頻率。過(guò)載保護(hù)程序的作用是當(dāng)外部負(fù)載達(dá)到額定負(fù)載的120%時(shí)，可以使系統(tǒng)延時(shí)一段時(shí)間后關(guān)斷SA8282，從而達(dá)到關(guān)斷IGBT輸出的目的。當(dāng)外部負(fù)載大于額定負(fù)載的200%時(shí)，短路保護(hù)程序可以立即關(guān)閉系統(tǒng)。由于本電路采用MCS-51單片機(jī)和三相PWM集成電路SA8282設(shè)計(jì)，大大簡(jiǎn)化了控制電路，減少了元器件數(shù)量，結(jié)構(gòu)緊湊，進(jìn)一步降低了成本和可靠性。得到改善。第三節(jié)智能逆變模塊IPM智能逆變模塊IPM 為滿足執(zhí)行器體積小、可靠性高的要求，

16、電機(jī)電源采用智能功率模塊IPM。該執(zhí)行器主要適用于功率小于5.5kW的三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定電壓為380V，功率因數(shù)為0.75。計(jì)算表明，日本生產(chǎn)的智能功率模塊PM50RSA120能夠滿足系統(tǒng)要求。電源模塊集成了電源開(kāi)關(guān)、驅(qū)動(dòng)電路和制動(dòng)電路，具有過(guò)流、短路、欠壓、過(guò)溫保護(hù)和報(bào)警輸出。它是一種高性能的電源開(kāi)關(guān)器件。智能功率模塊（IPM）以其開(kāi)關(guān)速度快、損耗低、功耗低、保護(hù)功能多、抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)需帶防靜電等優(yōu)點(diǎn)在電力電子領(lǐng)域越來(lái)越受歡迎措施，和小尺寸。更廣泛的應(yīng)用。以 PM200DSA060 IPM 為例。介紹IPM應(yīng)用電路設(shè)計(jì)及在單相逆變器中的應(yīng)用。2 IPM的結(jié)構(gòu)IPM 由高速、低功耗的 I

17、GWT 組成，最好是柵極驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)電路。其中，IGBT是GTR和MOSFET的復(fù)合材料，MOSFET驅(qū)動(dòng)GTR，所以IPM具有GTR高電流密度、低飽和電壓、高耐壓、MOSFET高輸入阻抗、高開(kāi)關(guān)頻率和低驅(qū)動(dòng)功率等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)電源電路的配置，IPM有多種類型，如PM200DSA060型：IPM為D型（部分集成2個(gè)IGBT）。其功能框圖如圖1-3所示，結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。有驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，保護(hù)功能包括控制電源欠壓鎖定保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)，當(dāng)任一保護(hù)功能被激活時(shí)。 IPM 將輸出故障信號(hào) FO。圖 1-3 IPM 功能框圖圖 1-4 IPM 的部分結(jié)構(gòu)IPM部分電路不包含防止干擾的

18、信號(hào)隔離電路、自主保護(hù)功能和浪涌吸收電路。以保證IPM的安全可靠。你需要自己設(shè)計(jì)一些外圍電路。3 IPM的外部驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)IPM的外部驅(qū)動(dòng)電路是IPM電路和控制電路之間的接口。一個(gè)好的外部驅(qū)動(dòng)電路對(duì)IPM組成的系統(tǒng)的運(yùn)行效率、可靠性和安全性具有重要意義。從IPM部門的結(jié)構(gòu)圖中可以看出。設(shè)備本身包含驅(qū)動(dòng)電路。因此，只要提供滿足驅(qū)動(dòng)電源要求的PWM信號(hào)、驅(qū)動(dòng)電路的電源和電氣隔離裝置來(lái)防止干擾就足夠了。但。 IPM對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的輸出電壓有嚴(yán)格的要求：驅(qū)動(dòng)電壓在13.5V16.5V左右。當(dāng)電壓低于 13.5V 時(shí)會(huì)發(fā)生欠壓保護(hù)。高于 16.5V 的電壓可能會(huì)損壞零件；驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率為5Hz-20kHz，需

19、要電氣隔離裝置。防止干擾：驅(qū)動(dòng)電源的絕緣電壓至少為IPM極間反向耐壓值的兩倍（2Vces）；驅(qū)動(dòng)電流為19mA-26mA；驅(qū)動(dòng)電路輸出端的濾波電容不宜過(guò)大。這是因?yàn)楫?dāng)寄生電容超過(guò) 100pF 時(shí)。噪聲干擾可能會(huì)錯(cuò)誤地觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路。圖1-5顯示了一個(gè)典型的高可靠性 IPM 外部驅(qū)動(dòng)電路方案。來(lái)自控制電路的 PWM 信號(hào)受 R1 限制。經(jīng)高速光耦隔離放大后，接入IPM部分的驅(qū)動(dòng)電路，控制開(kāi)關(guān)管工作。 FO信號(hào)也經(jīng)過(guò)光耦隔離輸出。每個(gè)開(kāi)關(guān)管的控制電源端采用獨(dú)立的隔離穩(wěn)壓器。 15V供電，外接10F去耦電容（圖中未示出）濾除共模噪聲。 Rl根據(jù)控制電路的輸出電流來(lái)選擇。比如用DSP產(chǎn)生PWM。那么R1

20、的阻值可以是330。 R2 根據(jù) IPM 的驅(qū)動(dòng)電流選擇。一方面，它應(yīng)該盡可能小，以避免高阻抗 IPM 拾取噪聲。另一方面，需要足夠可靠地控制 IPM?？蓮?2k6.8k 中選擇。 C1是2端和地之間的O。 1F濾波電容，PWM隔離光耦至tPLHO。 8F，trm10kV/s，可選擇HCPIA503型、HCPIA504型、PS204l型（NEC）等高速光耦，外接1.1去耦電容（圖中未示）。 FO輸出光耦可以使用低速光耦（如PC817）。 IPM 引腳的功能如表 1 所示。圖1-5 IPM外部驅(qū)動(dòng)電路及引腳連接示意圖圖1-5直接固定在 PCB 上，靠近模塊輸入引腳。以減少噪音和干擾。 PCB上的

21、走線距離要適當(dāng)，避免開(kāi)關(guān)時(shí)干擾引起電位變化。另外，考慮到強(qiáng)電流可能會(huì)對(duì)外部驅(qū)動(dòng)電路和IPM引線造成干擾，可以根據(jù)電路的大小在14腳之間、34腳之間、45腳之間加濾波電容。干擾。4 IPM的保護(hù)電路設(shè)計(jì)因?yàn)椋?IPM本身提供的保護(hù)電路不具備自主保護(hù)功能。因此，需要將外部硬件或軟件輔助電路提供的FO信號(hào)轉(zhuǎn)換為阻斷IPM的控制信號(hào)。關(guān)閉 IPM 進(jìn)行保護(hù)。4.1 硬件當(dāng)IPM出現(xiàn)故障時(shí)，F(xiàn)O輸出低電平，通過(guò)高速光耦到達(dá)硬件電路，關(guān)閉PWM輸出，從而達(dá)到保護(hù)IPM的目的。具體硬件連接方法如下：在PWM接口電路前接一個(gè)控制端的三態(tài)收發(fā)器（如74HC245）。 PWM 信號(hào)經(jīng)過(guò)三態(tài)收發(fā)器后送到 IPM 接

22、口電路。 IPM的故障輸出信號(hào)FO通過(guò)光耦隔離輸出送到與非門。然后將其致到三態(tài)收發(fā)器使能端 OE。當(dāng) IPM 正常工作時(shí)。與非門輸出低。三態(tài)收發(fā)頻閃；當(dāng) IPM 出現(xiàn)故障時(shí)。與非門輸出高。三態(tài)收發(fā)器的所有輸出都設(shè)置為高阻抗。阻斷每個(gè) IPM 的控制信號(hào)。關(guān)閉 IPM。實(shí)現(xiàn)保護(hù)。4.2 軟件當(dāng) IPM 出現(xiàn)故障時(shí)。 FO輸出為低電平，F(xiàn)O信號(hào)通過(guò)高速光耦送控制器處理。處理器確認(rèn)后。使用中斷或軟件關(guān)閉 IPM 的 PWM 控制信號(hào)。從而達(dá)到保護(hù)的目的。比如在基于DSP控制的系統(tǒng)中。 IPM 的保護(hù)是通過(guò)中斷事件管理器中的電源驅(qū)動(dòng)保護(hù)引腳（PDPINT）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通常一個(gè)事件管理器生成的多通道 PW

23、M 可以控制多個(gè) IPM 的工作。每個(gè)開(kāi)關(guān)管都可以輸出FO信號(hào)，每個(gè)開(kāi)關(guān)管的FO信號(hào)都經(jīng)過(guò)與門。當(dāng)任一開(kāi)關(guān)管發(fā)生故障時(shí)，輸出低電平，與門輸出低電平。將此引腳連接到PDPINT，因?yàn)楫?dāng)PDPINT為低電平時(shí)DSP中斷，所有事件管理器輸出引腳被硬件設(shè)置為高阻狀態(tài)，從而達(dá)到保護(hù)的目的。以上兩種方案都是利用IPM故障輸出信號(hào)來(lái)阻斷IPM的控制信號(hào)通道。從而彌補(bǔ)了IPM自身保護(hù)的不足，有效保護(hù)了設(shè)備。5 IPM緩沖電路設(shè)計(jì)在IPM的應(yīng)用中，高頻開(kāi)關(guān)過(guò)程和電源回路寄生電感的疊加所引起的di/dt、dv/dt和瞬時(shí)功耗會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生較大的影響，器件將很容易損壞。因此，需要設(shè)置緩沖電路（即吸收電路），目的是改變

24、器件的開(kāi)關(guān)軌跡，控制各種瞬態(tài)過(guò)電壓，降低器件的開(kāi)關(guān)損耗。保護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行。圖1-6顯示了三種常用的 IPM 緩沖電路。圖1-6 （a）是由單個(gè)無(wú)感電容組成的緩沖電路，對(duì)瞬態(tài)電壓有效，成本低，適用于小功率IPM。圖1-6 （b）是由RCD組成的緩沖電路，適用于功率較大的IPM。緩沖二極管D可以鉗制瞬態(tài)電壓，從而抑制可能由總線的寄生電感引起的寄生振蕩。其RC時(shí)間常數(shù)應(yīng)設(shè)計(jì)為開(kāi)關(guān)周期的1/3，即r=T/3=1/3f。圖1-6 （c）是由P型RCD和N型RCD組成的緩沖電路，適用于大功率IPM。功能類似于圖1-6 (b) 所示的緩沖電路，但其環(huán)路電感更小。如果與圖1-6（a）所示的緩沖電路一起使用。

25、緩沖二極管的應(yīng)力也可以降低，緩沖效果更好。圖 1-6 常用的 IMP 緩沖電路圖1-6中，IGBT 關(guān)斷時(shí)。負(fù)載電流通過(guò)緩沖二極管對(duì)緩沖電容充電，而集電極電流逐漸減小，因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芡蛔儭Ｒ虼?，有效地限制?IGBT 集電極電壓上升率 dv/dt。也避免了集電極電壓和集電極電流同時(shí)達(dá)到最大值。 IGBT 導(dǎo)通時(shí)存儲(chǔ)在 IGBT 集電極母線電感和電路及其元件的雜散電感中的能量存儲(chǔ)在緩沖電容器中。當(dāng) IGBT 導(dǎo)通時(shí)，集電極母線的電感和其他雜散電感有效地限制了 IGBT 集電極電流上升率 di/dt。還防止集電極電壓和集電極電流同時(shí)達(dá)到它們的最大值。此時(shí)，緩沖電容通過(guò)外接電阻和IGBT開(kāi)關(guān)

26、放電，儲(chǔ)存的開(kāi)關(guān)能量也耗散在外接電阻和電路及元器件中的電阻上。這樣，在 IGBT 工作期間產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗被傳遞到緩沖電路。最后在相關(guān)電阻上以熱量的形式散發(fā)出去，從而保護(hù)IGBT的安全運(yùn)行。圖1-6中的電阻值和電容值是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇的：例如PM200DSA060的電容值是0.221xF - 0.47xF，耐壓值是IGBT的1.1倍- 1.5倍，阻值值為10 -20，電阻功率按P=fCU2xlO-6計(jì)算，其中f為IGBT的工作頻率，u為IGBT的工作峰值電壓。 C 是與緩沖電路和電阻器串聯(lián)的電容。二極管采用快恢復(fù)二極管。為保證緩沖電路的可靠性，可根據(jù)功率選用圖1-6所示的封裝緩沖電路。另外，由于

27、母線電感、緩沖電路及其元件的雜散電感對(duì)IPM的影響很大，尤其是大功率的IPM，越小越好。要降低這些電感，需要從多方面著手：直流母線要盡可能短；緩沖電路應(yīng)盡可能靠近模塊；使用低電感聚丙烯無(wú)極性電容器、匹配IPM的快速緩沖二極管和無(wú)感泄放電阻裝置。6 IPM在單相全橋逆變器中的應(yīng)用圖1-7主要由逆變電路和控制電路組成。逆變電路包括逆變?nèi)珮蚝蜑V波電路，逆變?nèi)珮蛲瓿芍绷鞯浇涣鞯霓D(zhuǎn)換。濾波電路濾除諧波分量，得到所需的交流電；控制電路完成對(duì)逆變橋中開(kāi)關(guān)管的控制，實(shí)現(xiàn)部分保護(hù)功能。圖1-7 單相全橋逆變電路圖中的逆變器全橋由4個(gè)開(kāi)關(guān)管和4個(gè)續(xù)流二極管組成。開(kāi)關(guān)管在工作過(guò)程中在高頻條件下接通和關(guān)斷。在開(kāi)關(guān)的瞬

28、間，開(kāi)關(guān)管的電壓和電流變大，損耗大，結(jié)溫升高，加上功率回路的寄生電感、振蕩和噪聲。很容易造成開(kāi)關(guān)管瞬間損壞。過(guò)去常采用分立元件設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)管的保護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路，導(dǎo)致電路體積龐大且不可靠。筆者用一對(duì)PM200DSA060雙單元IPM模塊代替V1、D1、V2、D2組合和V3、D3、v4、D4組合組成全橋逆變電路，并用DSP控制IPM。 230V逆變器的設(shè)計(jì)與調(diào)試采用上述驅(qū)動(dòng)電路、緩沖電路和基于DSP控制的軟件IPM保護(hù)電路。設(shè)計(jì)實(shí)踐表明，采用IPM可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件電路，縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高可靠性，減小體積，提高保護(hù)能力。第四位置檢測(cè)電路位置檢測(cè)電路位置檢測(cè)電路是執(zhí)行器的重要組成部分，其作用是提供準(zhǔn)

29、確的位置信號(hào)。關(guān)鍵問(wèn)題是位置傳感器的選擇。在傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行器中，多采用繞線電位器、差動(dòng)變壓器、導(dǎo)電塑料電位器等。消除了線繞電位器的短壽命。差動(dòng)變壓器受限于較短的線性區(qū)域和不令人滿意的溫度特性。導(dǎo)電塑料電位器目前比較流行，但是有觸點(diǎn)，壽命不是很長(zhǎng)，精度也不高。筆者使用的位置傳感器為脈沖數(shù)字傳感器，非接觸式，具有精度高、無(wú)線區(qū)域無(wú)限制、穩(wěn)定性高、溫度無(wú)限制等特點(diǎn)。第五節(jié)電壓電流檢測(cè)電壓電流檢測(cè)的主要目的是計(jì)算電機(jī)與逆變器輸出電路短路時(shí)的轉(zhuǎn)矩，逆變器模塊的斷相保護(hù)和故障診斷。由于逆變器輸出的電流電壓的頻率范圍為050Hz，使用常規(guī)的電流電壓互感器無(wú)法滿足要求。為了快速反映電流的大小，采用霍爾式電流互

30、感器檢測(cè)IPM輸出的三相電流，并采用分壓電路檢測(cè)IPM的輸出電壓。圖 1-8 IPM 輸出電流電壓檢測(cè)IPM的主要特點(diǎn)：IPM是將主開(kāi)關(guān)器件、續(xù)流二極管、驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)流保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路、短路保護(hù)電路與驅(qū)動(dòng)電源不足保護(hù)電路和接口電路集成在同一個(gè)封裝內(nèi)的高集成度智能功率集成電路。電路。其主要特點(diǎn)體現(xiàn)在控制功能、保護(hù)功能和接口功能上。(1)驅(qū)動(dòng)電路：在IPM部分設(shè)置了高性能的驅(qū)動(dòng)電路，具有故障后自動(dòng)關(guān)斷IGBT的功能。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)緊湊，驅(qū)動(dòng)電路與IGBT的距離極短，抗干擾能力強(qiáng)。輸出阻抗很低，不需要反向偏置電壓，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路的供電。它只需要為一組下臂提供一個(gè)公共電源，為三組上臂提供一個(gè)獨(dú)立

31、的“浮動(dòng)”電源。(2) 欠壓保護(hù) 每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路都具有欠壓（W）保護(hù)功能。不管是什么原因，只要驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓低于欠壓閾值yuv超過(guò)10ms，IPM就會(huì)關(guān)閉，同時(shí)輸出故障報(bào)警信號(hào)。(3)過(guò)熱保護(hù)： UM部分的絕緣基板上有溫度傳感器。當(dāng)溫度超過(guò)熱截止值時(shí)，IPM部分的保護(hù)電路會(huì)阻斷柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，直到過(guò)熱現(xiàn)象消失后才會(huì)接受控制輸入信號(hào)。設(shè)備未損壞，并輸出過(guò)溫故障信號(hào)。當(dāng)溫度降至過(guò)熱復(fù)位凈值時(shí)，電路自動(dòng)恢復(fù)正常工作。(4)過(guò)流和短路保護(hù)： IPM中的IGBT電流傳感器是發(fā)射極分流器，流過(guò)采樣電阻的電流很小，但與流過(guò)開(kāi)關(guān)器件的電流成正比，從而取代了高- 功率電阻、電流互感器、霍爾電流傳感器等電流檢測(cè)元

32、件。如果UM中任一IGBT的C極電流大于過(guò)流動(dòng)作電流10LLs以上，UM將軟關(guān)斷并輸出過(guò)流報(bào)警信號(hào)。(5) 制動(dòng)電路： IPM 中有一個(gè)由 IGBT 組成的制動(dòng)電路。 UM收到制動(dòng)信號(hào)后導(dǎo)通，與制動(dòng)端子BN相連的制動(dòng)電阻吸收電能，制動(dòng)電路工作。(6)使用方便制動(dòng)電路中的IGBT導(dǎo)體采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)，直接安裝在散熱片上；直流輸入（P、N）、制動(dòng)單元輸出（B）和變頻輸出端子用螺釘直接連接；輸入、輸出控制端子排成一排，可以用萬(wàn)能插座連接。因此，主端子和控制端子可以直接拆卸，無(wú)需烙鐵，非常方便。第六節(jié) 通訊接口為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)選用MAX232作為串行通信接口。 MAX232部分有兩個(gè)相

33、同的電平轉(zhuǎn)換電路，可以將8031串口輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平。 ，將其他單片機(jī)致的RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換為TTL電平轉(zhuǎn)8031，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其他單片機(jī)的通訊。MAX232 ：MAX232芯片是Maxim公司專門為計(jì)算機(jī)的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單功率電平轉(zhuǎn)換芯片。它由單個(gè) +5v 電源供電。 HYPERLINK /image/ca5257549f142b6f564e00d0 t _blank 圖1-9 MAX232芯片結(jié)構(gòu)引腳介紹：第一部分是電荷泵電路：由1、2、3、4、5、6腳和4個(gè)電容組成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩種電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部

34、分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道：兩個(gè)數(shù)據(jù)通道由引腳7、8、9、10、11、12、13和14組成。其中，13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）是第二個(gè)數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換為RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT到電腦DB9插頭； DB9 插頭的RS-232 數(shù)據(jù)由R1IN、R2IN 輸入轉(zhuǎn)換為TTL/CMOS 數(shù)據(jù)再?gòu)腞1OUT、R2OUT 輸出。第三部分是電源： 15腳GND，16腳VCC（+5v）。主要特征：1.符合所有RS-2

35、32C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2、只需要一個(gè)+5V單電源。3、片內(nèi)電荷泵具有升壓和電壓極性反轉(zhuǎn)能力，可產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V- 。4. 低功耗，典型供電電流為5mA 。5. 部門集成2個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)。6、科室集成兩臺(tái)RS-232C接收機(jī)。第7節(jié)時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路主要用于提供速度計(jì)算所需的采樣和控制周期、時(shí)間和日歷。文中選用時(shí)鐘電路DS12887。 DS12887 具有 114 字節(jié)的用戶非易失性 RAM，可用于存儲(chǔ)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)。用 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資

36、料 t _blank DS12887芯片不需要任何外圍電路和器件，具有良好的微機(jī)接口。 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank DS12887芯片具有功耗低、外圍接口簡(jiǎn)單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種要求高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)。用DS12887芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路 HYPERLINK :/ ic37 /DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank 不需要任何外圍電路和器件，具有良好的微機(jī)接口。 HYP

37、ERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank DS12887芯片具有功耗低、外圍接口簡(jiǎn)單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種要求高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)。 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank DS12887主要功能介紹(1) 內(nèi)含鋰電池，斷電運(yùn)行十年以上不丟失數(shù)據(jù)。(2) 計(jì)秒、分、時(shí)、日、周、日、月、年

38、，并具有閏年補(bǔ)償功能。(3) 二進(jìn)制數(shù)字或BCD碼表示時(shí)間、日歷和鬧鐘。(4) 12 小時(shí)制或 24 小時(shí)制模式，12 小時(shí)制模式，帶 PM 和 AM 指示，具有夏令時(shí)功能。(5) 摩托羅拉和英特爾總線時(shí)序選擇。(6) 有128字節(jié)RAM單元和軟件接口，其中14字節(jié)用作時(shí)鐘和控制寄存器，114字節(jié)為通用RAM，所有RAM單元數(shù)據(jù)具有掉電保護(hù)功能。(7) 可編程方波信號(hào)輸出。(8) 中斷信號(hào)輸出（IRQ）與總線兼容，固定報(bào)警中斷、周期中斷、時(shí)鐘更新周期結(jié)束中斷可通過(guò)軟件屏蔽或單獨(dú)測(cè)試。原理及引腳說(shuō)明 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%2

39、0%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank DS12887由振蕩電路、分頻電路、周期中斷/方波選擇電路、14字節(jié)時(shí)鐘及控制單元、114字節(jié)用戶非易失性RAM、十進(jìn)制/二進(jìn)制累加器、總線接口電路、電源開(kāi)關(guān)寫保護(hù)單元組成。由鋰電池等部分組成。 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank DS12887引腳排列：Vcc：直流電源+5V電壓。 5V電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，可讀寫數(shù)據(jù)；當(dāng)Vcc低于4.25V時(shí)，禁止讀寫

40、，繼續(xù)計(jì)時(shí)功能；當(dāng) Vcc 降至 3V 以下時(shí)，RAM 和定時(shí)器電源切換到鋰電池。MOT（模式選擇）：MOT管腳接Vcc時(shí)，選擇 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/%3ca%20href= o MOTOROLA貨源和PDF資料 t _blank MOTOROLA -p.htm target=_blank title= HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/MOTOROLA-p.htm o MOTOROLA貨源和PDF資料 t _blank MOTOROLA

41、 source and PDF data HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/MOTOROLA-p.htm o MOTOROLA貨源和PDF資料 t _blank MOTOROLA時(shí)序，接GND時(shí)，選擇Intel時(shí)序。SQW（方波信號(hào)輸出）：SQW管腳可選擇實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分15級(jí)分頻器的13個(gè)抽頭之一作為輸出信號(hào)，其輸出頻率可通過(guò)寄存器A編程改變。AD0-AD7（雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線）：總線接口，可與Motorola微機(jī)系列和Intel微機(jī)系列接口。AS（地址選通輸入）：用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離，地址 HYPERLINK %20%20%

42、20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank 在AD/ALE的下降沿鎖定到DS12887 。DS（Data Strobe or Read Input）：DS/RD引腳有兩種工作模式，取決于MOT引腳的電平，使用摩托羅拉時(shí)序時(shí)，DS是在總線周期后期出現(xiàn)的正脈沖，稱為數(shù)據(jù)選通;在讀周期中，DS表示DS12887驅(qū)動(dòng)雙向總線的時(shí)刻； HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PD

43、F資料 t _blank 在一個(gè)寫周期內(nèi)，DS 的下降沿使 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇 Intel 時(shí)序時(shí)，DS 稱為（RD），RD 與典型存儲(chǔ)器的使能信號(hào)（OE）的定義相同。R/W（讀/寫輸入）：R/W 引腳也有兩種操作模式。選擇摩托羅拉時(shí)序時(shí)，當(dāng)R/W為低電平信號(hào)時(shí)，表示當(dāng)前周期為讀或?qū)懼芷?，?dāng)DS為高電平時(shí)，R/W高電平表示讀周期，R/W信號(hào)是一個(gè)低電平信號(hào)，稱為WR。在這種模式下，R/W 引腳與通

44、用 RAM 的寫使能信號(hào) (WE) 具有相同的含義。CS（芯片選擇輸入）： HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank 芯片選擇信號(hào)在總線周期內(nèi)必須保持低電平才能訪問(wèn) DS12887。IRQ（中斷請(qǐng)求輸入）：低電平有效，可作為微處理器的中斷輸入。當(dāng)滿足無(wú)中斷條件時(shí)，IRQ 處于高阻狀態(tài)。 IRQ 線是一個(gè)開(kāi)漏輸入，需要一個(gè)外部頂部電阻。RESET（復(fù)位輸出）：當(dāng)管腳保持低電平超過(guò)200ms時(shí)， HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%2

45、0%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank 保證DS12887有效復(fù)位。事工職能地址分配： HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank DS12887的地址存儲(chǔ)在 114 字節(jié)的用戶 RAM 中。 10字節(jié)存儲(chǔ)實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)間、日歷和鬧鐘RAM由4字節(jié)的控制和狀態(tài)專用寄存器組成，幾乎所有128字節(jié)都是直接讀寫的。時(shí)間、日歷和鬧鐘單元：通過(guò)讀取相應(yīng)的存儲(chǔ)字節(jié)獲得時(shí)間和日歷信

46、息。通過(guò)寫入相應(yīng)的存儲(chǔ)字節(jié)來(lái)設(shè)置或初始化時(shí)間、日歷和鬧鐘。字節(jié)內(nèi)容可以是二進(jìn)制或 BCD 格式。時(shí)間可以選擇 12 小時(shí)制或 24 小時(shí)制。選擇12小時(shí)格式時(shí)，小時(shí)字節(jié)的高門是邏輯“ 1”來(lái)代表PM。時(shí)間、日歷和發(fā)條字節(jié)是雙緩沖的并且總是可以訪問(wèn)的。這 10 個(gè)字節(jié)每秒傳輸 1 秒。檢查報(bào)警狀況一次。例如，更新時(shí)，讀取時(shí)間和日歷可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。三個(gè)字節(jié)的報(bào)警字節(jié)有兩種使用方式。第一種，當(dāng)固定鬧鈴時(shí)間寫入對(duì)應(yīng)的分、秒、固定鬧鈴單位時(shí)，在固定鬧鈴位置高的情況下，每天都會(huì)準(zhǔn)時(shí)啟動(dòng)固定鬧鈴中斷。二是在三個(gè)死鎖字節(jié)中插入一個(gè)或多個(gè)無(wú)關(guān)碼。無(wú)關(guān)代碼是從 O0 到 FF 的任何十六進(jìn)制數(shù)。當(dāng)設(shè)置小時(shí)字節(jié)的無(wú)

47、關(guān)碼位時(shí)，每小時(shí)發(fā)生一次報(bào)警；同樣，當(dāng)小時(shí)和分鐘警報(bào)字節(jié)設(shè)置為無(wú)關(guān)位時(shí)，警報(bào)每分鐘發(fā)生一次；當(dāng)所有三個(gè)字節(jié)都設(shè)置為無(wú)關(guān)位時(shí)，每秒中斷一次。非易失性 RAM ：在 DS1288 中，114 字節(jié)的通用非易失性 RAM 不專用于任何特殊功能，它們可以被處理器程序用作非易失性存儲(chǔ)器，并且在更新周期期間也可以訪問(wèn)。中斷： RTC 實(shí)時(shí)時(shí)鐘加上 RAM 為處理器提供了三個(gè)獨(dú)立的自動(dòng)中斷源。固定報(bào)警中斷的發(fā)生率可編程，從每秒一次到每天一次，周期性中斷的發(fā)生率從500ms到122s可選。更新結(jié)束中斷用于向程序指示更新周期已完成。中斷控制位和狀態(tài)位在寄存器 B 和 C 中，本文的其余部分將詳細(xì)描述每個(gè)中斷發(fā)生

48、的條件。晶振控制位： HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank DS12887出廠時(shí)，其晶振是關(guān)閉的，以防止在芯片裝入系統(tǒng)之前消耗鉭電池。寄存器 A 的 BIT4-BIT6 的所有其他組合都是為了關(guān)閉晶振。方波輸出選擇： 15 級(jí)分頻器抽頭中的 13 個(gè)可用于 15 對(duì) 1 選擇器。選擇分頻器抽頭的目的是在 SQW 引腳產(chǎn)生方波信號(hào)，其頻率由寄存器 A 的 RS0-RS3 位決定。 SQW 頻率選擇器和周期性中斷發(fā)生器共有 15 對(duì) 1 選擇器。一旦

49、選擇了頻率，通過(guò)程序控制方波輸出使能位 SQWE 來(lái)控制 SQW 引腳輸出的開(kāi)關(guān)。周期中斷選擇：周期中斷可以在 IRQ 引腳上產(chǎn)生一個(gè) 500ms 到每 122s 的中斷。中斷步長(zhǎng)也是由寄存器A決定的，它的控制位是寄存器B中的PIE位 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank 。DS12887每秒執(zhí)行一個(gè)更新周期，以保證時(shí)間和日歷的準(zhǔn)確性。更新周期還將每個(gè)警報(bào)字節(jié)與相應(yīng)的時(shí)間字節(jié)進(jìn)行比較。如果匹配或三個(gè)字節(jié)都是無(wú)關(guān)代碼，則會(huì)產(chǎn)生警報(bào)中斷。狀態(tài)控制寄存

50、器 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20ic37%20%20%20%20/DS12887-p.htm o DS12887貨源和PDF資料 t _blank DS12887有 4 個(gè)可隨時(shí)訪問(wèn)的控制寄存器，即使在更新周期期間也是如此。寄存器 AUIP：更新周期進(jìn)行中位。當(dāng) UIP 為 1 時(shí)，更新轉(zhuǎn)換會(huì)很快發(fā)生，當(dāng) UIP 為 0 時(shí)，至少 244s 不會(huì)發(fā)生更新轉(zhuǎn)換。 DV0、DV1、DV2：用于切換晶振和復(fù)位分頻鏈。這些位的唯一 010 組合將打開(kāi)晶體并內(nèi)容 RTC 計(jì)時(shí)。RS3、RS2、RS1、RS0：頻率選擇位，選擇15級(jí)頻率計(jì)數(shù)器的13個(gè)抽頭之一，或

51、禁用分頻器輸入。所選抽頭用于產(chǎn)生方波（SQW 引腳）輸出和周期性中斷，用戶可以：(1) 通過(guò) PIE 位使能中斷。(2) 使用 SQWE 位內(nèi)容一起使用相同的頻率。第8節(jié)液晶顯示單元液晶顯示單元是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。使用配置顯示模式。通過(guò)菜單選擇，可以分別設(shè)置或調(diào)試閥門、扭矩、限位、電機(jī)、通訊、參數(shù)等信號(hào)。并采用文字和圖形的結(jié)合，顯示直觀清晰。這樣可以更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交互，更清楚地了解機(jī)器當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，方便人們操作。第九節(jié)程序異常自恢復(fù)電路程序亂序自恢復(fù)電路是為了保證在強(qiáng)干擾下程序亂序時(shí)系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)正常。選用MAX705構(gòu)成程序外程序自恢復(fù)電

52、路，監(jiān)控程序運(yùn)行。圖 1-10 程序異常自恢復(fù)電路工作原理是：一旦程序出現(xiàn)故障，WDO由高變低。由于差分電路的作用，“與非”門的輸入管腳2變?yōu)楦唠娖?，而管腳2的這種電平變化使“與非”門輸出正脈沖使單片機(jī)復(fù)位一次。復(fù)位后，程序通過(guò)P1.0端口向MAX705的WDI引腳致一個(gè)正脈沖，使WDO引腳恢復(fù)為高電平，程序退出自恢復(fù)電路繼續(xù)執(zhí)行。監(jiān)控程序跑出程序跑出恢復(fù)電路為保證系統(tǒng)在干擾下程序亂序時(shí)能自動(dòng)恢復(fù)正常，選用MAX705組成跑出程序自恢復(fù)電路進(jìn)行監(jiān)控程序運(yùn)行。第二章閥位和速度控制原理采用雙環(huán)控制方案，其中環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。速度環(huán)主要將當(dāng)前速度與速度給定發(fā)生器致的設(shè)定速度進(jìn)行比較，通過(guò)調(diào)速

53、器改變PWM波發(fā)生器的載波頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)。調(diào)速器采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法（詳見(jiàn)另一篇文章）。外環(huán)主要根據(jù)當(dāng)前位置和速度的設(shè)置，通過(guò)速度給定發(fā)生器向環(huán)提供速度的設(shè)定值。因?yàn)榇罅髁块y門執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中有加速、勻速、減速等階段。每個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間、加速度的大小、從哪里開(kāi)始恒速或減速都與給定位置、當(dāng)前位置和運(yùn)行速度有關(guān)。速度給定發(fā)生器的工作原理是：通過(guò)比較實(shí)際閥位和給定閥位，當(dāng)兩者不相等時(shí)，以恒定加速度加速，減速點(diǎn)以當(dāng)前速度、閥位值、和閥位給定值。計(jì)算出來(lái)的。閥門位置和速度控制（圖2-1 ）采用雙環(huán)控制方案，其中環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。速度環(huán)主要將當(dāng)前速度與速度給定發(fā)生器致的設(shè)定速度進(jìn)

54、行比較，通過(guò)調(diào)速器改變PWM波發(fā)生器的載波頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)。調(diào)速器采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法。位置環(huán)主要是根據(jù)當(dāng)前位置與設(shè)定位置的差值，通過(guò)速度給定發(fā)生器向環(huán)提供速度的設(shè)定值。由于電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在運(yùn)行過(guò)程中有加速、勻速、減速階段，每個(gè)階段的時(shí)間長(zhǎng)度、加速的大小以及勻速或減速開(kāi)始的位置都與給定位置、電流位置和運(yùn)行速度。速度給定發(fā)生器將實(shí)際閥門位置與給定閥門位置進(jìn)行比較。當(dāng)兩者不相等時(shí)，以恒定加速度加速，根據(jù)當(dāng)前速度、閥位值和閥位給定值計(jì)算減速點(diǎn)。圖2-1 閥位調(diào)速示意圖圖2-2是一個(gè)典型的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥工作速度圖，它由幾條變化率不同的虛線組成。曲線上速度開(kāi)始變化的點(diǎn)稱為起始分段點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間稱為分

55、段起始時(shí)間t(i)(i=0,1,2,.)，對(duì)應(yīng)的速度稱為段開(kāi)始時(shí)間。初始速度 (i) (i=0, 1, 2, .)。圖 2-2 執(zhí)行器的典型運(yùn)行速度假設(shè)第i段的速度變化率用k表示，則有：式中：v兩點(diǎn)間的速度變化值，m/sv=v i+1 -v it=t i+1 -t i顯然，當(dāng)ki=0時(shí)為恒速值，當(dāng)ki0時(shí)為加速階段，當(dāng)ki0時(shí)為減速階段。公式中任意時(shí)刻，T s采樣周期，Hz。變化率 ki應(yīng)根據(jù)給定位置、當(dāng)前位置和運(yùn)行速度確定。第三章 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決方案電動(dòng)執(zhí)行器采用最新變頻調(diào)速技術(shù)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率小于5.5kW。用戶可根據(jù)需要設(shè)定轉(zhuǎn)矩特性，根據(jù)被控閥門設(shè)定速度。控制系統(tǒng)是由閥位給定和閥位反饋

56、信號(hào)組成的閉環(huán)系統(tǒng)?？刂铺匦匀Q于運(yùn)行方式和速度，具有自動(dòng)過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、缺相、堵轉(zhuǎn)等功能。和其他保護(hù)功能。執(zhí)行機(jī)構(gòu)解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題如下：第一個(gè)閥門柔性開(kāi)關(guān)閥門軟開(kāi)關(guān)：軟開(kāi)關(guān)主要是保證閥門在關(guān)閉或全開(kāi)時(shí)不被卡住和損壞。執(zhí)行器部分的微處理器根據(jù)測(cè)得的逆變器輸出電壓和電流，精確計(jì)算得出輸出扭矩。一旦輸出扭矩達(dá)到或超過(guò)設(shè)定扭矩，將自動(dòng)降低轉(zhuǎn)速，避免閥門部分受到過(guò)大沖擊，從而達(dá)到最佳關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)過(guò)扭矩保護(hù)。閥位極限位置判斷 閥位極限位置是指全開(kāi)和全閉位置。在傳統(tǒng)的執(zhí)行器中，這個(gè)位置的檢測(cè)是通過(guò)機(jī)械限位開(kāi)關(guān)獲得的。機(jī)械限位開(kāi)關(guān)精度低，運(yùn)行時(shí)容易松動(dòng)，可靠性差。本文通過(guò)檢測(cè)位置信號(hào)的

57、增量來(lái)獲得電動(dòng)執(zhí)行器的極限位置。其原理是單片機(jī)將本次檢測(cè)到的位置信號(hào)與上次檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行比較。如果沒(méi)有變化或變化很小，則認(rèn)為已到達(dá)極限位置，立即切斷異步電動(dòng)機(jī)的電源，以確保閥門的安全關(guān)閉。或完全打開(kāi)。取消了機(jī)械限位開(kāi)關(guān)，并且在調(diào)試期間不需要對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整。第二節(jié)電機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)電機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)為防止電機(jī)因過(guò)熱而燒毀，單片機(jī)通過(guò)溫度傳感器連續(xù)檢測(cè)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行溫度。如果溫度傳感器檢測(cè)到電機(jī)溫度過(guò)高，則自動(dòng)切斷電源。溫度傳感器放置在電機(jī)部分。目前電機(jī)保護(hù)器已從過(guò)去的機(jī)械式發(fā)展為電子式和智能型，可直接顯示電機(jī)的電流、電壓、溫度等參數(shù)，具有高靈敏度、高可靠性、多功能，調(diào)試方便，保護(hù)動(dòng)作后故障類型一目

58、了然。 ，既減少了電機(jī)的損壞，又大大方便了故障的判斷，有利于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的故障處理，縮短了恢復(fù)時(shí)間。此外，利用電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的電機(jī)偏心檢測(cè)技術(shù)，可以在線監(jiān)測(cè)電機(jī)磨損狀態(tài)。曲線顯示電機(jī)偏心度的變化趨勢(shì)，可以早期發(fā)現(xiàn)軸承磨損、倒圓、外圓等故障。盡早發(fā)現(xiàn)并處理，以免發(fā)生大規(guī)模事故。合理選用電機(jī)保護(hù)裝置，既能充分發(fā)揮電機(jī)的過(guò)載能力，又能避免損壞，從而提高電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。具體功能選擇要綜合考慮電機(jī)本身的價(jià)值、負(fù)載類型、使用環(huán)境、電機(jī)主要設(shè)備的重要性、電機(jī)的退出是否對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響等因素制度，力求經(jīng)濟(jì)合理。理想的電機(jī)保護(hù)器不是功能最多的，也不是所謂的最先進(jìn)的，而是應(yīng)該滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，做到

59、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)一，并具有較高的性價(jià)比。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理選擇保護(hù)器的類型和功能，并考慮保護(hù)器的安裝、調(diào)整和使用簡(jiǎn)單方便，更重要的是選擇優(yōu)質(zhì)的保護(hù)器。常見(jiàn)的電機(jī)保護(hù)器類型：1、熱繼電器：普通小容量交流電機(jī)，工作條件好，無(wú)頻繁啟動(dòng)等惡劣工作條件，因精度差，可靠性無(wú)法保證，不推薦。2、電子式：檢測(cè)三相電流值，通過(guò)電位器旋鈕或撥碼開(kāi)關(guān)操作設(shè)定電流值。保護(hù)功能包括過(guò)載、缺相、堵轉(zhuǎn)等故障保護(hù)。故障類型由指示燈顯示，運(yùn)行功率由數(shù)碼管顯示。3、智能型：檢測(cè)三相電流值，保護(hù)器采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能綜合保護(hù)，集保護(hù)、測(cè)量、通訊、顯示于一體。整定電流數(shù)字化設(shè)置，通過(guò)操作面板上的按鍵進(jìn)行操作。用戶可以根據(jù)自己

60、的實(shí)際使用要求和保護(hù)條件，在現(xiàn)場(chǎng)修改和設(shè)置各種參數(shù)。采用數(shù)碼管作為顯示窗口，或采用大屏幕液晶顯示器。支持多種通訊協(xié)議，如ModBUS、ProfiBUS等，價(jià)格相對(duì)較高，用在比較重要的場(chǎng)合。目前，高壓電機(jī)的保護(hù)是智能化的。4、熱保護(hù)型：熱敏元件嵌入電機(jī)中，根據(jù)電機(jī)溫度進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)效果好，但當(dāng)電機(jī)容量較大時(shí)，需要配合電流監(jiān)控型使用，避免電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)溫度急劇上升。溫度測(cè)量元件的滯后會(huì)導(dǎo)致電機(jī)繞組損壞。5、磁場(chǎng)溫度檢測(cè)型：磁場(chǎng)檢測(cè)線圈和溫度探頭嵌入電機(jī)中，根據(jù)電機(jī)部分旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化和溫度的變化進(jìn)行保護(hù)。主要功能包括過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、缺相、過(guò)熱保護(hù)和磨損監(jiān)測(cè)。保護(hù)功能完善，但缺點(diǎn)是需要在電機(jī)部分安裝磁場(chǎng)檢測(cè)線