电容式电动角行程执行机构位置发送器设计

论文摘要

电动执行器是工业过程控制系统中非常重要的现场驱动装置，在冶金、电力、石油、化工等行业应用广泛。电动执行器包括电动执行机构和调节阀两部分，执行机构将控制器的控制信号转换成输出轴的角位移或直线位移，控制调节阀等截流件的位置，使被控介质按系统要求的状态变化。执行器的控制精度主要决定于执行机构的控制性能，而位置发送器又是执行机构内部的关键部件，由此可见，对位置发送器进行研究与改进具有重要的现实意义。论文从实际工程应用出发，在查阅大量文献资料的基础上，针对电动执行机构的现状与发展趋势，分析了目前常用的两种电动角行程执行机构位置发送器（差动变压器式和电位器式）的优缺点，采用分瓣式角位移传感器，以MSP430F149单片机为核心设计了一种电动角行程执行机构位置发送器。论文以相关文献的研究成果为基础，结合电动角行程执行机构的内部结构和工程应用，利用ANSYS软件对分瓣三层平行板电容角位移传感器进行了有限元分析和仿真研究，确定了传感器的结构及几何尺寸。根据已确定的几何尺寸，设计制作了分瓣式电容角位移传感器，以此为基础，设计了位置发送器的硬件电路和软件系统，硬件电路主要由激励电路、电容检测电路、放大电路、滤波电路、单片机控制电路、角度显示电路和模拟信号输出电路等组成，软件系统包括主程序模块、定时器模块和A/D采样模块等。论文完成了硬件系统的设计制作，编制了相关的软件，并对样机进行了调试，达到了预期目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 研究目的及意义
• 1.2 电动角行程执行机构结构及原理
• 1.2.1 伺服放大器
• 1.2.2 执行机构
• 1.3 电动角行程执行机构现状与发展趋势
• 1.3.1 电动执行机构的研制及应用现状
• 1.3.2 电动执行机构的发展趋势
• 1.4 电动角行程执行机构位置发送器功能、种类及技术指标
• 1.4.1 电动角行程执行机构位置发送器功能和结构
• 1.4.2 位置发送器种类
• 1.4.3 位置发送器的主要技术指标
• 1.5 论文主要工作及内容安排
• 2 电容式角位移传感器设计
• 2.1 比例测量原理
• 2.2 分瓣式电容角位移传感器结构及原理
• 2.2.1 传感器结构
• 2.2.2 传感器的工作原理
• 2.3 分瓣式电容角位移传感器仿真研究
• 2.3.1 ANSYS 软件概述
• 2.3.2 有限元分析基本步骤
• 2.3.3 传感器的仿真研究
• 2.4 传感器几何尺寸的确定
• 2.4.1 改变三极板间距 s，其余参数保持不变
• 2.4.2 改变转动极板厚度 d，其余参数保持不变
• 2.5 分析及结果
• 2.6 本章小结
• 3 电容式电动角行程执行机构位置发送器硬件系统设计
• 3.1 总体方案设计
• 3.2 电容检测电路设计
• 3.2.1 方波激励
• 3.2.2 检测电路
• 3.2.3 检测电路中的元件选型
• 3.3 单片机电路设计
• 3.3.1 MSP430 单片机简介
• 3.3.2 MSP430F149 单片机模块
• 3.3.3 单片机控制电路
• 3.4 输出与显示电路设计
• 3.4.1 模拟信号输出
• 3.4.2 数字信号显示
• 3.5 本章小结
• 4 软件设计
• 4.1 MSP430 开发环境
• 4.2 JTAG 仿真器
• 4.3 主程序模块
• A 模块'>4.4 定时器 TIMERA 模块
• 4.5 A/D 采样模块
• 4.6 本章小结
• 5.系统实现与实验研究
• 5.1 PCB 电路板制作
• 5.2 系统实物
• 5.3 系统调试结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 角位移传感器程序
• 在学研究成果
• 致谢