微型直流无刷电机直接驱动单级电液伺服阀的特性研究

控制阀　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　AUTOMATION

石　油　化　工　自　动　化,2005,6∶97

INPETRO2CHEMICALINDUSTRY

微型直流无刷电机直接驱动单级

电液伺服阀的特性研究

刘向明,吴盛林,姜继海

(哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨　150001)

　　摘要:介绍了一种由微型直流无刷电机直接驱动的单级电液伺服阀及其结构特点、工作原理与控制方式,分析研究了该阀的主要工作特性并简要介绍了应用情况。研究实验表明,这种新型电液伺服阀为现代仿真转台和伺服系统提供了一种性能优良的电液控制元件。

　　关键词:直流无刷电动机;电液伺服阀;控制特性

　　中图分类号:TP64;TP214　　　文献标识码:B2(　　杂,而单级电液伺服阀虽结构简单,价格低,但对负载动态的变化灵敏,阀的稳定性极大地依赖系统负载的动态特性。为此,在进行电液控制系统的应用与实验研究中,结合微特电机与控制技术的发展,采用合理的机/电耦合方式,构造一种新型的电液伺服阀及其运动控制装置是非常必要的。这种新型伺服阀必须在保持原伺服阀各项优点的基础上,改进其固有的缺陷(抗油污染能力差、制造复杂、可靠性不高、应用领域不宽)。采用直流无刷控制电机作为滑阀阀芯的直接驱动元件,单级结构。因此,阀的制造装配工艺和结构简单,其动态特性和控制精度优于传统的电液伺服阀。

1　阀的组成与工作原理

图2　伺服阀工作原理框图

　　DSP控制器是用来控制电机定子上各相绕组通电的顺序和时间,由传感器位置信号处理单元(内置于DSP系统中)和功率逻辑开关单元组成,它是控制部分的核心。其功能是将电源功率以指令逻辑关系输入给电机定子上的各项绕组,使电机产生连续的转矩,而各项绕组导通的时序主要由位置传感器的信号确定。位置传感器所产生的信号通过DSP进行逻辑处理后送去控制开关电路。直流无刷电机内设的位置传感器起着测定转子位置(兼有电机主轴角位移)的作用,为逻辑开关电路提供正确的换相信息,即将转子磁极的位置信号转换为相应的电信号,从而控制定子绕组换相。转子磁钢位置的变化亦即电机主轴输出的角位移变化。工作时,当给DSP一控制指令后,经控制器和功率逻辑开关单元,将此指令逻辑关系分配给电机定子上相应的绕组,电机产生扭矩驱动偏心机构转过一定的角度θ;由于与电机同轴的偏心机构顶端球头置于阀芯中位球凹槽,形成球铰连接;当θ很小时(θ≤),球头偏转的弧长L=rθ(r为偏心距,一5°

般为2～3mm),则阀芯的位移xv≈L。当电机锁定在θ位置后,阀芯亦停留在与指令相应的位移

　　收稿日期:2005206231;修改稿收到日期:2005208210

作者简介:刘向明(1953-),男,湖北宜昌人,副教授、从事液

图1为直流无刷电机直接驱动的单级电液伺

服阀系统结构原理图[1]。控制器采用DSP系统,阀芯部分采用直流无刷电机直接驱动,它由DSP控制器与功率放大电路控制,滑阀阀芯的轴向位移

xv通过与电机同轴的偏心机构,球铰耦合实现电/

机转换,即将电机的转角θ转换为xv,该阀的实质上是对无刷直流电机系统的控制,工作原理如图2

。

图1　

伺服阀系统结构原理图

压伺服系统与控制技术研究。