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智能电液执行机构控制器的设计

作　者: 武翠
导　师: 李云红
学　校: 西安工程大学
专　业: 控制工程
关键词: 电液执行机构 ATmega16L控制器远程反馈串口通讯智能型
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
1 绪论  8-13
  1.1 引言  8-9
  1.2 国内外现状分析  9-10
  1.3 项目的立项依据、研究内容及其意义  10-12
    1.3.1 项目来源及其立项依据  10
    1.3.2 研究内容  10
    1.3.3 研究开发的意义和作用  10-11
    1.3.4 论文的主要工作  11-12
  1.4 本章小结  12-13
2 智能型电液执行机构应用分析  13-22
  2.1 智能型电液执行机构简介  13
  2.2 执行器的结构分析  13-17
    2.2.1 液压动力源介绍  15
    2.2.2 液压机构的位移传感器  15-16
    2.2.3 电动机电流检测装置  16
    2.2.4 主传动机构  16-17
  2.3 控制器结构分析  17-20
    2.3.1 ATmega16L 单片机简介  17-19
    2.3.2 人机对话（整定参数的调整）  19-20
    2.3.3 数字通讯接口  20
  2.4 控制器实现的功能  20-21
  2.5 本章小结  21-22
3 控制器硬件电路的设计  22-38
  3.1 ATmega16L 控制器及其最小系统电路设计  22-24
    3.1.1 供电设计  22-23
    3.1.2 时钟和复位电路设计  23-24
  3.2 阀门位置信号采集电路设计  24-26
    3.2.1 控制信号输入  24-25
    3.2.2 阀门位置信号反馈  25-26
  3.3 检测及信号调理电路  26-29
    3.3.1 电流检测模块设计  26-28
    3.3.2 电压检测模块设计  28
    3.3.3 转速检测调理电路设计  28-29
  3.4 电机过流检测及保护电路设计  29-30
  3.5 PWM 信号输出缓冲电路  30
  3.6 驱动电路设计  30-32
  3.7 RS-485 通讯电路设计  32-33
  3.8 人机界面设计  33-36
    3.8.1 按键用途及键盘接口电路设计  34
    3.8.2 状态指示灯及其电路设计  34-35
    3.8.3 液晶显示模块设计  35-36
  3.9 直流稳压电源的设计  36-37
  3.10 本章小结  37-38
4 控制系统软件设计  38-53
  4.1 软件设计概述  38-39
  4.2 数字 PID 控制算法设计  39-42
    4.2.1 位置式 PID 控制算法  40
    4.2.2 增量式 PID 控制算法  40-41
    4.2.3 PID 的参数设置  41-42
  4.3 主程序流程图设计与实现  42-48
    4.3.1 控制系统自检及其初始化  43
    4.3.2 数据采集及信号处理  43-44
    4.3.3 键盘操作的处理  44-45
    4.3.4 整定参数调整模块  45-48
  4.4 系统监控程序设计  48-52
  4.5 本章小结  52-53
5 智能控制器的调试  53-62
  5.1 智能控制器硬件调试  53-55
  5.2 智能控制器软件调试  55-57
  5.3 智能控制器整机调试  57-61
  5.4 本章小结  61-62
6 可靠性和抗干扰设计  62-67
  6.1 电磁干扰源的类型及其抑制方法  62-63
  6.2 电液执行机构控制器硬件抗干扰措施  63-64
    6.2.1 控制器电源电源电路的设计  63
    6.2.2 地线设计  63
    6.2.3 屏蔽技术  63-64
    6.2.4 控制器输入、输出隔离  64
    6.2.5 元器件的选择  64
    6.2.6 印刷电路板布线  64
  6.3 电液执行机构控制器软件抗干扰措施  64-66
    6.3.1 数字滤波  65
    6.3.2 程序运行失常状况及抑制措施  65-66
  6.4 本章小结  66-67
7 结论与展望  67-68
参考文献  68-72
攻读学位期间发表文章  72-74

智能电液执行机构控制器的设计

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