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智能型电动执行器的设计【DSP】

作者:唐陶时间:2016-04-08【返回上页】

        基于DSP微控制器和局域网控制器技术,提出了CAN总线智能电动执行器的设计。利用微型消息总线(MMB)技术,采用系统组态的方法,用SVM-DTC控制算法实现了执行器电机的变频调速控制,实现了智能电动执行机构的基本功能。其中带CAN总线接口的DSP微控制器的选用,使得智能执行器可以通过CAN总线保持实时通信,提高了执行器的智能化水平。

系统的硬件环境

        随着电子电路以及大规模集成电路的开发与应用,各种高性能的电子器件和微处理器为智能电动执行机构开发研究奠定了基础。本文执行器的控制器由TI公司生产的TMS320F2812及其外围电路组成,以微型消息总线(MMB)为软件的嵌入式系统。控制器的基本功能是:实现现场数据的实时采集,采集阀门的状态信息、电压电流、电机温度、输出力矩等,并加以分析、判断,控制电机正常准确运行;可以实现智能校准;只要在阀门的实际的全开和全关位置各按一次键即可;液晶实时显示电动阀门的开度及系统的工作状况和故障;通过CAN总线保持与控制中心的通信或者现场仪表之间的通信。

执行器的系统结构

        系统设计的电动执行器由驱动控制器、三相异步电机和机械传动执行机构三部分组成。其中驱动控制器以TMS320F2812DSP控制芯片为微控制器;电机采用三相异步电动机,采用SVM-DTC(空间矢量调制技术-直接转矩控制)控制算法的交流变频器,控制电机的精确运行,输出适当的转矩控制执行器的动作。图1为电动执行器的系统结构。
        电源逆变电路采用智能功率模块(IPM)。IPM不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起,而且还内置有过电压、欠电压、过电流、过热等故障监测电路,并可将监测信号送往DSP进行处理,是一种高性能的功率开关器件。

控制器的设计

        本文选用TI公司的带有CAN总线接口的32位嵌入式DSP控制芯片TMS320F2812作为控制器核心,内部软件包括实时嵌入式多任务操作系统、构件库、以及以构件装配序列形式存在的应用软件。TMS320F2812是一款高性能、低功耗的32位定点数字DSP芯片,它具有精简指令集计算(RISC)功能、微控制器结构、固件、工具装置及高度的运行速度和广泛的适用性,从而可以实现现场数据的采集、分析计算和控制显示功能。并且,采用了由实时多任务操作系统、实时监控软件、任务级组态软件、实时数据库等构成的现场智能测控仪表软件集成技术,支持在线组态,很适合用于工业现场控制和总线系统。

CAN通信

        本系统采用TMS320F2812DSP信号处理器做为现场智能单元的微处理器,并利用了其中eCAN模块作为CAN控制器,eCAN模块是TI公司新一代产品DSP芯片TM320F28x的32位高级CAN控制器,是基于TI公司TMS470系列微控制器使用的高端CAN控制器(HECC,High-end CAN Controller)发展而来的。它完全兼容CAN2.0B协议,能在有干扰的环境里使用上述协议,能与其他控制器串行通信,是一种具有通用性和鲁棒性的串行通信接口,因此可以实现电动执行器与上位机或者现场其他设备的实时通信,增加了现场设备的实时性和可靠性。

保护功能

        在执行器运行的过程中,DSP芯片连续监视电动机的电流电压,并根据所测的电压电流值计算执行机构的力矩,当出现过电压、过电流及过力矩的时候,DSP控制器就会发出控制信号,切断电动机电源同时发出报警信号。电动机绕组中的温度传感器连续检测电动机的实际温度,可实现温度报警和过热保护。在阀门卡住的情况下保护功能还可以避免电动机被烧坏,倘若发现一定时间内不动作,控制器便会切断电源并报警。此外,当发生控制信号断路等紧急情况时,执行机构便会以预先设定的紧急速度运行到紧急状态位置,紧急状态位置用户可以根据具体情况选择,如全开、全关及保位等选项。