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步进电机在智能阀门 执行器中的应用 王西鹏。申昕 (霍尼韦尔(天津)环境自控产品全球研发中心，天津300457) 计一种新型阀门智能控制的电动执行器。阐述该系统工作原理，介绍了步进电机速度和扭力控制。 【关键词】步进电机控制；智能电动执行器；速度和扭力控制 在智能楼宇的环境控制系统中如何提高能源的利 1．2输入控制信号和输出反馈信号 用率，提高工作和生活环境的舒适度，是环境控制领 输入位置信号控制阀门开启角度，在应用场合往 域的永恒话题。随着楼宇智能技术水平的发展，传统 往会根据实际需要将阀门开或关，或者开到一定程 的手动机械调节方式逐渐不能适应新的要求，实现环 度，甚至动态的以某种规律开关。接收统一的标准直 境控制系统的智能化控制，更加精细的调节阀门是必 不可少的。因此对于阀门开度控制的要求，不再是简 单的开关控制，而是连续的可调节控制，那么能够处 (Mcu)的A／D转换通道采集，运算处理后产生的控 理标准控制信号，同时反馈位置信息的智能可控的执 制信号驱动步进电机。· 行器是必不可少的。 输出反馈信号，输出统一的标准直流信号(如 1 系统工作原理和功能 该系统将步进电机与DSP控制应用于智能可调 压信号)，及时反馈位置信号给上级的控制器。 节阀门执行器，结合外围电路形成了对步进电机的 1．3步进电机控制电路 闭环有效控制。系统包括微控制单元(MCU)、步 由于电机选择了微型双极性步进电机，因此驱动 进电机驱动电路、输入位置控制信号、输出位置反 电路的设计也采用了双H桥型驱动电路。步进电动机 馈信号、电源管理等电路，如图1所示原理框图。 运行过程中，定子绕组所产生的磁场和转动的转子磁 钢产生的永磁磁场，在控制电路以及功率逻辑开关共 同构成的换向装置的作用下，在空间始终保持180的 电转角，从而产生最大转矩驱动电机运转。步进电机 控制系统是转速、电流闭环控制系统，其原理框图如 图1 智能阀门执行器控制系统框图 图2所示。微控制单元(MCU)捕获位置传感器上的 电压信号，通过A／D输入通道判断执行器转角位置， 1．1 单片机DSPIC33FJ32MC204 DSPIC33FJ32MC204是MICROCHIP公司设计开发路，驱动场效应晶体管(MOSFET)的导通与关断， 的高性能16位数字信号控制器。最高40MIPS的工作 FLASH 速度，具有32K ROM，2K的RAM。输出通 旋转；利用PWM波输出脉冲频率控制步进电机转速， 道，包含8通道16位PWM模式，通过内置的PWM 波可以很方便地对步进电机进行各种控制。输入通 道，包含12位A／D通道，方便处理各种模拟信号。 该芯片还具有功耗低、抗干扰能力强等特点。 图2步进电机控制框图 [收稿日期】2011—04—19 ·128- 通过PID算法产生相应的电流控制的目标值，微控制 可驱动电机旋转的交变电压的功率驱动装置，如图3。 单元(MCU)采集电机的相电流信号，与电流控制的 目标值比较，实现步进电机电流的闭环控制。 MOSFET组成。另外，在上桥臂增加了两个驱动三极 2全桥驱动电路 管，为了增加MOSFET的驱动能力。 全桥驱动电路是电机控制系统中将