基于现场总线CAN的高精度数字化电动执行器的研究

论文摘要

电动执行器是过程控制系统中必不可少的组成部分,广泛用于电力、冶金、石油、化工等工业部门的自动控制领域。直到九十年代,国内在智能化执行器方面的研究还处于空白状态,尤其是符合现场总线协议的高精度的智能执行器,因此,基于现场总线的高精度智能电动执行器的研究与设计就具有重要的意义。本文充分利用现代微计算机技术和现场总线通讯技术,研究设计一种新型的、实用的、数字化的高精度电动执行器,并在执行器的调速和CAN总线通讯方面做了一定的研究。单片机PIC18F458为系统控制和进行CAN总线通信的核心,系统功能包括CAN总线通信、阀门控制、实时显示阀位、阀门状态监测、故障诊断等多种功能。本文首先介绍了国内外的研制及发展现状、发展趋势,现场总线CAN及电动执行器的控制原理,指出电动执行器正朝着小型化、一体化、数字化、智能化、总线化和网络化方向快速发展。然后给出了该电动执行器的硬件设计及软件设计程序流程图和部分程序代码,包括电动执行器的系统组成、元件的选取、CAN通讯接口硬件部分、系统软件的设计方案、A/D转换子程序、控制算法子程序,CAN通讯程序等。最后,利用仿真器进行了调试和试验,重点是CAN总线通信的试验和PWM脉冲控制速度的试验,仿真结果表明,系统整体设计合理、性能可靠,实现了预期的设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的意义
• 1.2 电动执行器的研制及应用
• 1.2.1 国内现状
• 1.2.2 国际状况
• 1.3 电动执行器的发展趋势
• 1.3.1 总线化、网络化
• 1.3.2 数字化、智能化
• 1.3.3 小型化、机电一体化
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 现场总线CAN
• 2.1 几种现场总线简介
• 2.1.1 基于现场总线的自动化监控及信息集成系统的主要优点
• 2.1.2 几种现场总线的比较
• 2.2 CAN 总线主要特点
• 2.3 CAN 技术规范的介绍
• 2.3.1 CAN 的一些基本概念
• 2.3.2 CAN 节点的分层结构
• 2.3.3 CAN 报文传送及其帧结构
• 2.3.4 CAN 总线非破坏性仲裁机制
• 2.4 CAN 相关器件
• 第3章 电动执行器的控制原理
• 3.1 执行机构用电机
• 3.1.1 电机的工作原理
• 3.1.2 控制方式
• 3.2 电动执行器的工作原理
• 第4章 电动执行器的硬件设计
• 4.1 电动执行器的系统组成
• 4.2 元件的选取
• 4.2.1 微处理器
• 4.2.2 液晶显示器接口电路
• 4.2.3 电机驱动电路
• 4.2.4 位置检测电路
• 4.3 CAN 通讯接口硬件部分
• 4.3.1 PIC18F458 的CAN 模块简介
• 4.3.2 CAN 控制寄存器
• 4.3.3 工作方式
• 4.3.4 波特率设定
• 4.3.5 CAN 中断
• 4.3.6 CAN 总线驱动器82C250
• 第5章 电动执行器的软件设计
• 5.1 系统软件的设计方案
• 5.2 CAN 通讯
• 5.3 控制算法子程序
• 5.4 A/D 子程序
• 第6章 电动执行器的试验及调试
• 6.1 MPIAB ICD2 仿真器
• 6.2 CAN 总线试验
• 6.3 PWM 脉冲控制速度的试验
• 第7章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文