一种多用途智能型电动执行机构的制作方法

本发明涉及一种多用途智能型电动执行机构。

背景技术：

智能型多回转电动执行机构和角行程电动执行机构，由于输出轴运动方式不同，因此应用的范围有很大的不同。多回转型主要用来控制闸阀，角行程主要用来控制球阀和蝶阀。在产品的结构上多回转型是基本型，角行程是在多回转基本型上，通过连接不同类型的减速装置构成的，因此，二者在使用过程中不能互换。

技术实现要素：

针对以上存在的多回转和角行程电动执行机构在结构上不同，在使用上不能互换的问题，本发明提供了一种多用途智能型电动执行机构，具体方案如下：

一种多用途智能型电动执行机构，包括：

微处理器控制模块，根据给定的控制命令生成相应控制信号；

svpwm发生器，根据控制信号发出pwm信号；

功率igbt，根据pwm信号把输入电压逆变为三相交流永磁同步伺服电机(pmsm)的工作电压；

三相交流永磁同步伺服电机(pmsm)，为电动执行机构提供动力。

优选的，还包括电源处理模块，将工频交流电整流、滤波为直流电压，作为所述功率igbt的输入电压。

优选的，还包括光电隔离模块，电连接于所述svpwm发生器与所述功率igbt之间以提高电绝缘能力和抗干扰能力。

优选的，还包括光电编码器，以检测所述三相交流永磁同步伺服电机(pmsm)转子的转速，并以脉冲信号形式反馈至所述微处理器控制模块。

优选的，还包括位置检测模块，以检测电动执行机构输出轴的位置，并以脉冲信号形式反馈至所述微处理器控制模块。

优选的，还包括电压检测模块，以检测所述功率igbt的输入电压。

优选的，还包括电流检测模块，以检测电动执行机构的工作电流。

本发明的优点如下：1)在不增加产品硬件成本的前提下，扩展了产品的应用范围。2)减少了生产厂和用户的备件库存，节约了生产成本和使用成本。3)提高了产品的技术性能和品质。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例模块图；

图2为本发明实施例数字信号处理器电路原理图；

图3为本发明实施例svpwm发生器电路原理图；

图4为本发明实施例光电隔离模块电路原理图；

图5为本发明实施例功率igbt电路原理图；

图6为本发明实施例电压检测模块电路原理图；

图7为本发明实施例电流检测模块电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种多用途智能型电动执行机构，包括：

微处理器控制模块，根据系统给定的控制命令生成相应控制信号，本实施例中采用图2所示的tms320f28335pgfa数字信号处理器(dsp)实现；

svpwm发生器，如图3所示，svpwm发生器采用74hct367芯片(u18)，根据控制信号发出六路pwm信号；

光电隔离模块，如图4所示，光电隔离模块(u12～u17芯片)采用pc457光电隔离器，其电连接于所述svpwm发生器与所述功率igbt之间以提高电绝缘能力和抗干扰能力；

功率igbt，如图5所示，功率igbt采用ic-module芯片，根据pwm信号把输入电压逆变为三相交流永磁同步伺服电机(pmsm)的工作电压；

三相交流永磁同步伺服电机(pmsm)，为电动执行机构提供动力。

还包括电源处理模块，将工频(50/60hz)交流电整流、滤波为直流电压，作为所述功率igbt的输入电压，以及所述微处理器控制模块的供电电压。

上述实施例方案中，使用三相交流永磁伺服电机作为电动执行机构的动力，在微处理器控制模块的控制下，通过控制功率igbt工作的频率，把工频交流电整流/滤波后的直流电压(ac→dc)，逆变成伺服电机的工作电压(dc→ac)。

其中电压变换过程为：输入的220v/ac，50hz的工频交流电通过电源处理模块中的整流桥堆变换成220×1.414＝311v/dc的脉动电压，桥堆整流后的脉动电压脉动大、电压平均值小，所以需要通过滤波电容，减小电压的脉动，增大电压的平均值。通过电容滤波后脉动的直流电压变成平滑的直流电压，然后此平滑的直流电压作为功率igbt的输入电压。

频率的变换过程为：微处理器控制模块控制svpwm(空间矢量脉冲宽度调制)发生器发出六路pwm信号(u、v、w三相电压每相需要两路控制信号)，此六路pwm信号通过光电耦合器进行光电隔离，然后输入到功率igbt作为控制信号，控制igbt的导通和关断时间，从而改变直流电压的幅值和u、v、w三相电压(正弦波电压)的频率。

调速过程为：在微处理器控制模块的控制下，功率igbt把311v/dc的直流电压逆变成幅值为145v的三相交流电u、v、w。伺服电机在u、v、w三相电源供电的情况下，微处理器控制模块的svpwm发生器通过发送不同频率的pwm信号来调节u、v、w三相电压的频率，从而控制电机转动的速度，达到把工频电压(50hz，220v/ac)逆变成所需要频率(小于400khz)的电压(145v/ac)。

由于使用三相交流永磁同步伺服电机(pmsm)并采用svpwm空间矢量脉冲宽度调制逆变技术，和高性能的功率元件绝缘栅双极型晶体管(igbt)组成的交流伺服控制系统，使得新型智能电动执行机构的多回转系列可以方便的转换成角行程系列。

作为上述实施例方案的改进，还包括增量式光电编码器，以检测所述三相交流永磁同步伺服电机转子的转速，并以脉冲信号形式反馈至所述微处理器控制模块。

作为上述实施例方案的改进，还包括位置检测模块，以检测电动执行机构输出轴的位置，并以脉冲信号形式反馈至所述微处理器控制模块。

作为上述实施例方案的改进，还包括电压检测模块，如图6所示，采用lm358集成运算放大器(u59a)，将直流母线的310v/dc电压通过电阻分压后由运算放大器放大后输入到dsp数字信号处理器进行采样，并在软件程序中实时计算这一电压值，以检测所述功率igbt的输入电压。

作为上述实施例方案的改进，还包括电流检测模块，如图7所示，采用两块amc1200芯片，电机运行过程中的电流通过电阻进行分压，此电压由隔离放大器amc1200进行隔离放大并输入到dsp数字信号处理器，由软件程序进行电机电流的计算，以检测电动执行机构的工作电流。

本发明实施例提供的多用途智能型电动执行机构采用三相交流永磁同步伺服电机(pmsm)作为电动执行机构的动力，替代传统电动执行机构所使用的鼠笼式交流异步电动机。交流永磁伺服电机在速度可调范围(1-3000rpm)具有恒力矩输出的特点。同时采用svpwm空间矢量脉冲宽度调制逆变技术，驱动功率元件绝缘栅双极型晶体管(igbt)的导通，以实现按照预先设定的速度控制三相交流永磁同步伺服电机(pmsm)的转动。即可根据多回转执行机构的工作减速比和输出轴额定转速，在输出力矩不变的前提下，将多回转执行机构输出轴转速范围(20-100rpm)转换成角行程执行机构的速度范围(0.5-1rpm),实现电动执行机构多回转型和角行程型的互换。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。