智能電動(dòng)執(zhí)行器力矩保護(hù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　無刷直流電動(dòng)機(jī)以其優(yōu)異的調(diào)速性能及力矩和制動(dòng)的可控性，在電動(dòng)執(zhí)行器中得到了廣泛的應(yīng)用。為了防止工程應(yīng)用中執(zhí)行器常因電機(jī)堵轉(zhuǎn)而損壞控制器和電機(jī)，與普通執(zhí)行器只能在硬件上被動(dòng)檢測力矩是否超限不同，文章采用霍爾電流傳感器實(shí)時(shí)檢測相電流，經(jīng)電流滯環(huán)控制，主動(dòng)限制輸出力矩大小，實(shí)現(xiàn)在不同負(fù)載下的力矩保護(hù)。建立了無刷直流電動(dòng)機(jī)控制模型，仿真驗(yàn)證了方案的可行性，同時(shí)基于STM32設(shè)計(jì)了無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力矩保護(hù)控制性能。

　　引言

　　在工業(yè)閥門驅(qū)動(dòng)控制中，傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行器采用交流電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，調(diào)速性能較差。隨著現(xiàn)代電子控制技術(shù)和電機(jī)控制理論的發(fā)展，無刷直流電動(dòng)機(jī)(以下簡稱BLDCM)以其體積小、重量輕、效率高和控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，在執(zhí)行器控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。電動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)用領(lǐng)域的環(huán)境往往比較惡劣，很容易產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)，由于電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流很大，長時(shí)間的堵轉(zhuǎn)則會(huì)燒壞執(zhí)行器的控制器和電機(jī)，因此如何防止堵轉(zhuǎn)是智能電動(dòng)執(zhí)行器控制的關(guān)鍵問題。

　　部分執(zhí)行器通過電流硬件保護(hù)電路檢測電機(jī)堵轉(zhuǎn)來保護(hù)控制器和電機(jī)，雖然能在一定程度上解決堵轉(zhuǎn)問題，但卻不能適應(yīng)不同的負(fù)載環(huán)境。為了解決這一問題，本文實(shí)際制作了采用霍爾電流傳感器實(shí)時(shí)檢測相電流的BLDCM驅(qū)動(dòng)控制板，設(shè)計(jì)了電流滯環(huán)控制算法精確控制電流。BLDCM的相電流和輸出力矩成線性關(guān)系，設(shè)定電流限幅值即可設(shè)定輸出力矩幅值，從而實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的力矩保護(hù)功能。

　　針對不同的應(yīng)用環(huán)境，安裝時(shí)只需通過智能電動(dòng)執(zhí)行器配套的手操器設(shè)定好力矩門限值。執(zhí)行器在運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)檢測相電流，一旦超限則自動(dòng)限制輸出力矩，若長時(shí)間超過用戶預(yù)設(shè)定門限值，控制器直接停止BLDCM，以保護(hù)閥門和執(zhí)行器的安全。

　　本文針對智能電動(dòng)執(zhí)行器工程應(yīng)用中遇到閥門堵轉(zhuǎn)問題，采用雙閉環(huán)控制策略，通過Simulink仿真驗(yàn)證了方案的可行性。提出了完整的硬件設(shè)計(jì)方案，并編程實(shí)現(xiàn)了BLDCM的電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)雙環(huán)控制策略，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的轉(zhuǎn)速和電流控制的優(yōu)良特性，主動(dòng)限制輸出力矩大小，成功解決了堵轉(zhuǎn)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)控制器和電機(jī)損壞問題。