全数字电动机执行器的开发与应用

    关键词：电动执行器 单片机 CAN总线

引言

本文所设计的全数字电动执行器，是在湘仪电子电器设备厂的9治理发愣功R系列的全电子式电动执行器的电机驱动电路基础上所做出的进一步的改进。(凹丫丫范文网fanwen.oyaya.net收集整理)我们将控制部分用基于80C196单片机的数字控制代替原有的模拟控制，以提高具控制的精度与运行的可靠性。同时，为方便调试，增加了红外遥控的功能和基于CAN总线的通信功能，以适应现代工业控制的需要。

1 原全电子式电动执行器的特点

原9治理发愣功R系列的全电子式电动执行器是以220V交流单向电源作为驱动电源，驱动电机采用单向交流电机，位置反馈采用高性能导电塑料电位器。

伺服放大器的原理如图1所示。

①当UY=0时，

K_=Uo/Ux=-[(R4+R5)/R5]×(R6/R1)

②当Ux=0时，

K+=Uo/UY=[R3/(R2+R3)]×[(R4+R5)/R5]×(1+R6/R1)

根据线性叠加原理，Uo=K+UY+K_UX。

由上可知，由于电阻很难做到完全匹配，所以原9治理发愣功R电动执行器存在着电机正反转不对称的问题。电机驱动电路如图2所示。

    图2中，Uo为从伺服放大器来的电压信号，当Uo>0.7V时，电机正转；当Uo<-0.7V时，电机反转。C1为控制电机制动的电容。

重新设计的全数字电动执行器对电机的驱动电路进行了改进，用±12V的开关量信号的时间长短来控制电机的正反转，并实现了电动执行器的制功与反向截止功能。新的电机驱动电路如图3所示。

图3中，Ukp和Ukn分别为80C196的两个高速输出引脚，T2-1/T2-2、T3-1/T3-2、T4-1/T4-2、T5-1/T5-2、T6-1/T6-2、T7-1/T7-2分别为6个光电隔离器。当Uk为+5V高电平时，T2-1/T2-2导通，从而T*-1/T6-2导通使电机正转；当Uk由高电平到低电平的瞬间，T4-1/T4-2瞬间导通，使得T7-1/T7-2瞬间导通，电机瞬间反转，电容放电结束后电机停止；同理，当Uk为0V低电平时，电机反转。这样便实现了电机正反向控制。

图3 新设计的电机驱动电路

    系统输出与驱动电路之间完全实现了光电隔离，这样可提高系统的抗干扰能力和可靠性。

2 控制系统结构

以80C196KC单片机为核心的全数字电动执行器的控制系统结构如图4所示。图4中，除80C196KC单片机外，还选用了X25043实现掉电保护功能，以MAX7219驱动LED数码管显示阀位的给定值与反馈值以及阀位的状态与控制方式；同时，以改进的4～20mA恒流电路直接将阈位反馈信号转换成4～20mA的信号送至室内模拟二次表显示，以保证其模拟与数字控制的兼容性。利用80C196KC内部的A/D转换口，将阀位反馈与阀位模拟给定信号转换成10位的数字信号，用软件判断阀位故障（堵转，超限），进行故障处理（报警或停机），在控制输出端与故障处理端用MOC3061光电隔离将单片机系统与电机驱动电路隔离开来，达到抗干扰的