智能电液执行机构控制器的设计

论文摘要

随着液压传动及其控制技术的发展，电液执行机构广泛应用于石油、化工、电力、冶金等现代工业控制系统中，电液执行机构以有压液体作为动力源，通过对阀门开度大小的调节，进而调节系统的压力、温度、流量等参数。基于微处理器技术的迅猛发展和自动化仪表技术的崛起，为了适应高质量、高速度的工业控制需求，开发研制新型智能电液执行机构成为广大科技工作者的追求目标。文章首先对电液执行机构整机构成、特点及性能指标等作了分析，执行机构整体由控制器和执行器两部分组成，其中执行机构控制器是实现智能化电液执行机构的核心技术。文章针对于执行机构控制单元进行开发设计。采用ATmega16L单片机作为核心控制器，智能控制器根据工业现场实际要求，通过对阀门开度控制信号和位置反馈信号进行采集、转换、计算和比较，发出控制信号决定并执行换向阀的换向、交流伺服电动机的起停运转，推动液压缸推杆的伸缩，进而对阀门转角大小、开度百分比进行精确定位。阀门位置反馈信号的检测采用直线位移传感器，电机电流、电压信号检测装置采用霍尔型电流互感器，采用闭环控制方式，并增设液晶显示、RS-485串行口数字通讯模块，实现了远程或本地人机对话，同时采取多种断信号保护和抗干扰措施，使整个系统具有良好的功能扩展性和稳定性，较一般的执行机构而言，更符合智能化、数字化、人工化的标准。为了验证理论设计的合理性，进行了大量实验室调试和工业现场调试，实验结果表明，本智能电液执行机构控制器符合工业现场要求、控制精度达到预期目标，最终将新型电液执行机构投入工业生产，理论应用于工程实践。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外现状分析
• 1.3 项目的立项依据、研究内容及其意义
• 1.3.1 项目来源及其立项依据
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究开发的意义和作用
• 1.3.4 论文的主要工作
• 1.4 本章小结
• 2 智能型电液执行机构应用分析
• 2.1 智能型电液执行机构简介
• 2.2 执行器的结构分析
• 2.2.1 液压动力源介绍
• 2.2.2 液压机构的位移传感器
• 2.2.3 电动机电流检测装置
• 2.2.4 主传动机构
• 2.3 控制器结构分析
• 2.3.1 ATmega16L 单片机简介
• 2.3.2 人机对话（整定参数的调整）
• 2.3.3 数字通讯接口
• 2.4 控制器实现的功能
• 2.5 本章小结
• 3 控制器硬件电路的设计
• 3.1 ATmega16L 控制器及其最小系统电路设计
• 3.1.1 供电设计
• 3.1.2 时钟和复位电路设计
• 3.2 阀门位置信号采集电路设计
• 3.2.1 控制信号输入
• 3.2.2 阀门位置信号反馈
• 3.3 检测及信号调理电路
• 3.3.1 电流检测模块设计
• 3.3.2 电压检测模块设计
• 3.3.3 转速检测调理电路设计
• 3.4 电机过流检测及保护电路设计
• 3.5 PWM 信号输出缓冲电路
• 3.6 驱动电路设计
• 3.7 RS-485 通讯电路设计
• 3.8 人机界面设计
• 3.8.1 按键用途及键盘接口电路设计
• 3.8.2 状态指示灯及其电路设计
• 3.8.3 液晶显示模块设计
• 3.9 直流稳压电源的设计
• 3.10 本章小结
• 4 控制系统软件设计
• 4.1 软件设计概述
• 4.2 数字 PID 控制算法设计
• 4.2.1 位置式 PID 控制算法
• 4.2.2 增量式 PID 控制算法
• 4.2.3 PID 的参数设置
• 4.3 主程序流程图设计与实现
• 4.3.1 控制系统自检及其初始化
• 4.3.2 数据采集及信号处理
• 4.3.3 键盘操作的处理
• 4.3.4 整定参数调整模块
• 4.4 系统监控程序设计
• 4.5 本章小结
• 5 智能控制器的调试
• 5.1 智能控制器硬件调试
• 5.2 智能控制器软件调试
• 5.3 智能控制器整机调试
• 5.4 本章小结
• 6 可靠性和抗干扰设计
• 6.1 电磁干扰源的类型及其抑制方法
• 6.2 电液执行机构控制器硬件抗干扰措施
• 6.2.1 控制器电源电源电路的设计
• 6.2.2 地线设计
• 6.2.3 屏蔽技术
• 6.2.4 控制器输入、输出隔离
• 6.2.5 元器件的选择
• 6.2.6 印刷电路板布线
• 6.3 电液执行机构控制器软件抗干扰措施
• 6.3.1 数字滤波
• 6.3.2 程序运行失常状况及抑制措施
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表文章