目前大量使用的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其傳動(dòng)部分往往采用傳統(tǒng)的多級(jí)減速傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)性差、傳動(dòng)精度和效率低；其控制多為通過(guò)對(duì)模擬量的運(yùn)放、比較等處理來(lái)達(dá)到控制的目的，缺點(diǎn)是：響應(yīng)速度慢、控制精度低，尤其是對(duì)外界環(huán)境敏感，穩(wěn)定性和可靠性差。針對(duì)這一狀況，研制了采用數(shù)字控制的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其具有如下特點(diǎn)：

    ① 突破傳統(tǒng)傳動(dòng)方式，采用復(fù)式諧波傳動(dòng)^[1]，不僅使其結(jié)構(gòu)更緊湊，而且運(yùn)動(dòng)精度高；
    ② 采用集成度較高的單片機(jī)（80C552）^[2]為CPU，在提高系統(tǒng)控制精度、擴(kuò)大系統(tǒng)靈活性的基礎(chǔ)上，使系統(tǒng)高度集成；
    ③ 增設(shè)了各種在線(xiàn)調(diào)整功能與安全保護(hù)措施，使用更方便可靠。

    1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)由三部分組成：動(dòng)力及傳動(dòng)部分、反饋裝置、控制器部分。組成框圖如圖1所示。

    控制器接收上位機(jī)輸入的設(shè)定信號(hào)和反饋裝置的位置反饋信號(hào)，組成閉環(huán)系統(tǒng)去控制阻尼電機(jī)，由電機(jī)經(jīng)復(fù)式諧波傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，*終帶動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定在所需位置。上位機(jī)將通過(guò)控制器獲得輸出軸的位置信號(hào)。

    2 動(dòng)力及傳動(dòng)部分

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力由阻尼電機(jī)提供，并經(jīng)減速機(jī)構(gòu)增力減速后由輸出軸驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作，為使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)更緊湊并提高傳動(dòng)精度，開(kāi)發(fā)研制了專(zhuān)用的復(fù)式諧波傳動(dòng)裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。電機(jī)運(yùn)動(dòng)由波發(fā)生器輸入，經(jīng)復(fù)式諧波一級(jí)減速即可達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速，使整體結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。手動(dòng)運(yùn)動(dòng)經(jīng)蝸桿副由固定剛輪處輸入。利用蝸桿副的自鎖性，電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，該剛輪固定不動(dòng)，而當(dāng)蝸桿手動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)生器、柔輪、剛輪一起運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)快速驅(qū)動(dòng)。

    為使執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時(shí)更安全可靠，除電控系統(tǒng)采取措施外，亦設(shè)置了機(jī)械極限位置鎖定、力矩限制等裝置，以提高工作的可靠性。

    3 控制器

    3.1 硬件的設(shè)計(jì)

    控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。其主要由兩路模擬量輸入模塊和其他一些輔助模塊組成，主要功能介紹如下：

    單片機(jī)（80C552）通過(guò)其內(nèi)置的8路10位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器采集遠(yuǎn)程設(shè)定信號(hào)和位置反饋信號(hào)，并數(shù)字化后比較處理，從而克服了電子式控制器噪聲大、溫度影響大等缺點(diǎn)。遠(yuǎn)程設(shè)定信號(hào)通過(guò)狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)，可以選擇電壓或電流輸入，位置反饋信號(hào)由精密導(dǎo)電塑料電位器提供。通過(guò)比較遠(yuǎn)程設(shè)定信號(hào)和位置反饋信號(hào)的差值來(lái)決定電機(jī)狀態(tài)，靈敏度可根據(jù)不同要求在線(xiàn)數(shù)字設(shè)定。

    系統(tǒng)擴(kuò)展了可擦寫(xiě)E²PROM和RS-485接口，E²PROM接口用來(lái)保護(hù)實(shí)時(shí)斷點(diǎn)參數(shù)和重要數(shù)據(jù)；RS-485可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)（中心控制室）的總線(xiàn)式數(shù)字通信。

    人機(jī)接口（鍵盤(pán)、指示燈）模塊提供參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)指示及故障報(bào)警功能。在確定電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作環(huán)境后，通過(guò)鍵盤(pán)可以在線(xiàn)進(jìn)行靈敏度、零點(diǎn)、行程的設(shè)定和調(diào)整，并由指示燈實(shí)時(shí)反映正在設(shè)定的參數(shù)；狀態(tài)指示及故障報(bào)警實(shí)時(shí)的提供系統(tǒng)工作情況。人機(jī)接口拋棄了電子式電位器調(diào)整方式，提供了可視的、方便靈活的數(shù)字式調(diào)整方式。

    在硬件上，設(shè)計(jì)了電壓、電流、邏輯保護(hù)等功能^[3]，并通過(guò)限位開(kāi)關(guān)設(shè)置了極限位置保護(hù)功能�？垢蓴_方面，采用了濾波、去偶、屏蔽、隔離等技術(shù)以適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用。

    3.2 軟件設(shè)計(jì)

    控制器的軟件設(shè)計(jì)是非常重要的，它關(guān)系到控制系統(tǒng)是否能正常、可靠地工作�？刂破鞯能浖捎肅51語(yǔ)言^[4]編寫(xiě)，由保護(hù)模塊、自檢及初始化模塊、鍵盤(pán)操作處理模塊、參數(shù)調(diào)整模塊、E²PROM數(shù)據(jù)保護(hù)模塊、系統(tǒng)過(guò)程監(jiān)控模塊等構(gòu)成。其工作流程如圖4所示，主要功能如下：

    ① 軟件保護(hù)采用數(shù)字濾波、軟件陷阱、監(jiān)視定時(shí)器（看門(mén)狗）相結(jié)合的方式，以提高系統(tǒng)的可靠性。
    ② 自檢及初始化：系統(tǒng)采用上電自檢和過(guò)程自檢相結(jié)合的方式；初始化包括對(duì)定時(shí)器、串行口、A/D、I/O、中斷等CPU內(nèi)部資源和系統(tǒng)狀態(tài)的初始化。
    ③ 鍵盤(pán)操作處理，本系統(tǒng)采用獨(dú)立式鍵盤(pán)，用查詢(xún)方法對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行檢測(cè)，該程序主要包括鍵盤(pán)查詢(xún)和鍵功能轉(zhuǎn)移程序兩部分；在硬件和軟件上都采用了鍵盤(pán)去抖處理，以提高鍵盤(pán)訪(fǎng)問(wèn)的準(zhǔn)確性。
    ④ E²PROM主要用于重要數(shù)據(jù)和斷點(diǎn)的保護(hù)，考慮到數(shù)據(jù)的重要性和數(shù)據(jù)不多，采取同一數(shù)據(jù)多處保存和比較判斷修正的方法以確保數(shù)據(jù)的可靠性。
    ⑤ 參數(shù)處理模塊，參數(shù)的調(diào)整采用按鍵點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)方式，即每按一次按鍵參數(shù)增加或減少一定增量。調(diào)整后的參數(shù)寫(xiě)入E²PROM，下次上電后直接讀取，無(wú)需每次重新設(shè)置。

    4 結(jié)論

    智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為：基本誤差為±0.5%，回差為1%，死區(qū)0.5%~1%可調(diào)。這表明該執(zhí)行機(jī)構(gòu)在提高控制精度的前提下，結(jié)構(gòu)更緊湊、使用方便靈活。更重要的是，只要改變軟件設(shè)計(jì)，既可調(diào)節(jié)流量與信號(hào)的關(guān)系，可以做到一種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可得到不同的流量特性，適應(yīng)性更廣

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動(dòng)化儀表有限公司