步进驱动方式在电动执行器控制中的应用

　　1　电动执行器的位置控制原理

　　电动执行器的原理如图1所示。

　　控制器接收来自上位控制计算机的位置(如转角)控制设定信号和减速器输出机构的位置反馈信号,经比较后,输出电机正、反转控制信号,实现输出机构位置的闭环调节。若记控制设定信号为Set,位置反馈信号为Feedback,并假设正转使位置反馈信号增大,则可以表示为Set>Feedback时,正转;Set

　　由于反馈信号中不可避免地混有噪声信号,所以为了避免频繁的正反转控制切换,延长控制继电器和电机的使用寿命,必须在比较控制的基础上加入不灵敏区(即死区)。若记Deadband为不灵敏区宽度,则

　　Feedback

　　Feedback>Set+Deadband/2时,反转;

　　其它情况时,停转。

　　由于运动机构必然具有惯性,因此当电机正反转控制信号断开后,执行器输出机构还会继续运动,反馈信号也会随之继续变化,如图2所示。当惯性所引起的变化不至于使反馈信号超出死区范围时,这是比较理想的控制情况,如图2a所示;但如果这种变化使反馈信号超出了死区范围,则会使控制系统接通电机反转控制继电器,以使反馈信号减小。这时根据系统惯性大小和阻尼不同,可能会出现不同的情况:一种是经过一次调节后反馈信号停在不敏区内,如图2b所示,这种情况一般是允许的;另一种情况是需要经过数次调节电机才能停下来,如图2c所示,这种情况一般是不希望的,有时也是不允许的;最坏的情况就是反复调节永无休止,形成等幅甚至发散振荡,这是绝对不允许的。

　　引起振荡的原因一般有以下几种:

　　①不灵敏区范围过窄(灵敏度过高);

　　②系统惯性大;

　　③当执行器传动机构有较大回程间隙时,会加剧振荡现象。

　　2　采用步进驱动方式消除振荡现象

　　要想消除振荡现象,不能只靠降低灵敏度,因为现场对灵敏度有一定要求,通常也不能改变传动机构或降低电机转速。但是,可以采用步进驱动的方式解决这一问题。

　　步进驱动方式的工作原理是在电机运转过程中插入暂停阶段,使系统调节速度降低,从而降低系统惯性,步进方式调节过程如图3所示。

　　图3中,toff的选择应使步进停阶段电机转速有明显下降,ton的选择应使步进开阶段电机转速达不到正常转速,现场可用试验方式确定,选择使系统不发生振荡的时间常数最大值即可。

　　如果全程采用步进方式进行调节,虽然系统惯性可以有所降低,动态性能有所改善,但是调节时间也将大大加长,这在某些情况下是不希望出现的,甚至是不允许的。