机电一体化毕业论.doc

学校代码：学 号： 西南科技学院毕业论文 机电一体化中的电机控制与保护 系 别： 机电系 专 业： 机电一体化 学生姓名： 罗 志 明 指导老师： 刘 亚 军 论文完成日期：2011年5月7日 内 容 摘 要 依据机电一体化技术的发展前景，提出一种新型电动执行机构的设计方案，详细介绍了该执行机构各功能元件的选型与设计、阀位及速度控制原理以及各种关键问题的解决方法。该执行机构将阀门、伺服电机、控制器合为一体，采用8031单片机、变频技术实现了阀门的动作速度和位置控制，解决了阀门的精确定位、阀门柔性开关、极限位置判断、电机保护及模拟信号隔离等技术问题。现场运行情况表明，该电动执行机构具有动作快、保护完善以及便于和计算机通讯等优点内 容 摘 要 2 插 图 索 引 4 引 言 5 第1章 机电一体化技术发展历程及其趋向 6 1．1 机电一体化技术发展历程 6 1．2 机电一体化发展趋向 6 第2章 机电一体化中电动执行机构的硬件设计及工作原理 9 2.1 系统工作原理 10 第3章 机电一体化中阀位及速度控制原理 12 第4章 关键技术问题的解决 14 第5章 机电一体化中继电器保护的现状与发展 15 5.1 继电保护发展现状 15 5.2　继电保护的未来发展 17 5.2.1　计算机化 17 5.2.2　网络化 18 5.2.3　保护、控制、测量、数据通信一体化 19 5.2.4　智能化 20 结束语 21 参考文献 21 插 图 索 引 图2-1 电动执行机构控制系统框图……………………………………9 图2-2 IPM输出电流、电压检测 ……………………………………11 图2-3 程序出格自恢复电路 ……………………………………12 图3-1 阀位及速度控制原理框图 ……………………………………12 图3-3 执行机构的典型运行速度图 …………………………………13 图4-1 线性隔离放大器 ………………………………………………15 引 言 在现代化生产过程控制中，执行机构起着十分重要的作用，它是自动控制系统中不可缺少的组成部分。现有的国产大流量电动执行机构存在着控制手段落后、机械传动机构多、结构复杂、定位精度低、可靠性差等问题。而且执行机构的全程运行速度取决于其电机的输出轴转速和其内部减速齿轮的减速比，一旦出厂，这一速度固定不可调整，其通用性较弱。整个机构缺乏完善的保护和故障诊断措施以及必要的通信手段，系统的安全性较差，不便与计算机联网。鉴于以上原因，采用传统的大流量电动执行机构的控制系统，可靠性和稳定性较差。随着计算机网络、现场总线等技术在工业过程中的应用，这种执行机构已远远不能满足工业生产的要求。笔者设计的大流量电动执行机构，采用机电一体化技术，将阀门、伺服电机、控制器合为一体，利用异步电动机直接驱动阀门的开与关。通过内置变频器，采用模糊神经网络，实现阀门的动作速度、精确定位、柔性开关以及电机转矩等控制。该电动执行机构省去了用于控制电机正、反转的接触器和可控硅换向开关模件、机械传动装置和复杂、昂贵的控制柜和配电柜，具有动作快、保护较完善、便于和计算机联网等优点。实际运行表明，该执行机构工作稳定，性能可靠 1．2 机电一体化发展趋向 1 数字化 　　微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 2智能化 　　即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 3 模块化 　　由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 4 网络化 　　由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电