直流電機(jī)位置伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)
隨著我國能源緊缺問題的日益嚴(yán)峻，在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷提高能源利用率是大勢所趨。然而我國西部的大部分油田仍然存在伴生天然氣大量放空的現(xiàn)象。為此可以將伴生天然氣經(jīng)簡單分離處理后直接驅(qū)動(dòng)大功率天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作，使其帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電并送入電網(wǎng)，從而提高能源的綜合利用率。因此這種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)組將具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
1 系統(tǒng)控制方案
天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)組電子調(diào)速系統(tǒng)的控制原理如圖1所示。
上位機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)通過接收操作人員的指令，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號進(jìn)行轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。上位機(jī)的輸出信號為有限轉(zhuǎn)角直流伺服電機(jī)的目標(biāo)位置信號。
圖1中，虛線框內(nèi)部分即為直流電機(jī)位置伺服系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)器和執(zhí)行器兩部分。執(zhí)行器即直流伺服電機(jī)，該伺服電機(jī)同天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的蝶型進(jìn)氣閥門相連接（二者完全同步），隨著電機(jī)位置的變化，閥門開度改變，天然氣進(jìn)氣量發(fā)生變化，從而達(dá)到調(diào)速的目的。本設(shè)計(jì)所選用電機(jī)的主要參數(shù)為：輸出轉(zhuǎn)角0°～75°，最大輸出轉(zhuǎn)矩13.6Nm，最大電流20A。
伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器的功能是正確接收處理電機(jī)目標(biāo)位置信號，并根據(jù)電機(jī)的反饋信號驅(qū)動(dòng)電機(jī)精確跟蹤目標(biāo)位置。上下位機(jī)之間通過4mA～20mA電流環(huán)傳遞目標(biāo)位置，具有低阻抗傳輸線對電氣噪聲不敏感的特點(diǎn)。
2 硬件設(shè)計(jì)
硬件系統(tǒng)框圖如圖2所示。驅(qū)動(dòng)器數(shù)字核心采用Freescale公司的MC9S12DG128型單片機(jī)，單片機(jī)需處理5個(gè)模擬量輸入和2個(gè)數(shù)字量輸出。按照模塊化的思想[1]可以將硬件結(jié)構(gòu)劃分為：電源模塊、數(shù)字核心模塊、通訊接口模塊、信號處理模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等。
2.1 信號處理模塊
(1)電機(jī)位置信號和速度信號處理
電機(jī)通過其內(nèi)置的磁敏轉(zhuǎn)角傳感器反饋位置信號。位置反饋信號是實(shí)現(xiàn)電機(jī)伺服控制的基礎(chǔ)，該信號A/D轉(zhuǎn)換精度越高，轉(zhuǎn)換結(jié)果擾動(dòng)越小，對電機(jī)的精確控制越有利。因此專門為電機(jī)位置傳感器設(shè)計(jì)了精密5V電源，在使用單片機(jī)10bit A/D轉(zhuǎn)換器的情況下取得了良好的效果。將位置信號通過微分電路處理后即得到電機(jī)速度信號。
(2)電機(jī)電流信號處理
電路的核心是高壓線性電流傳感器IR2175，如圖3(a)。它可直接將電流采樣
