[發明專利]一種具有轉速閉環控制的電動閥門及控制方法

在審

• 申請號: 201910976324.1
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110778767A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 湯偉;張越;耿逸飛;王博;王權
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: F16K31/04
• 分類號: F16K31/04;F16K31/53;F16K37/00;H02K7/116;H02P6/08
• 代理公司: 61202 西安西達專利代理有限責任公司
• 代理人: 鄭安迪

一種可實現轉速閉環控制的電動閥門，用于流程工業的流量調節回路。本發明的電動閥門本體由直流無刷電機、圓柱齒輪減速器、蝸輪蝸桿機構、閥桿、閥芯、閥體和限位開關構成，外圍控制電路由單片機開發板、直流無刷電機驅動器、光電隔離轉換器及連接導線組成。直流無刷電機的輸出軸與減速箱首端固接，減速箱尾端與蝸桿固接，蝸桿與蝸輪嚙合，蝸輪與閥桿剛性連接，閥桿與閥芯亦為剛性固接。本發明可實現轉速閉環控制，閥芯嚴格按照五段S形定位曲線工作，定位精度得到有效提高。

技術領域

本發明屬于可實現轉速閉環控制的電動閥門，特別涉及一種在國產普通ZJKV型電動閥門的硬件單元基礎上進行改進的新型電動調節閥門。

背景技術

國產普通ZJKV型電動閥門是流程工業中負責流量調節的重要執行器，其定位精度對維持流體流量準確起到了決定性的作用。國產電動閥門由三相異步電機驅動，僅有80～100步的定位精度，對于0～90°的角行程閥門，100步就意味著每一個操作步長使閥芯轉動0.9°，并且閥芯轉動的角度完全由通電時間決定，無驅動轉矩控制，執行器本體是一個開環控制系統，不能適應于兩種物料的流量精確配比場合，將難以滿足流程工業未來發展對流量控制的中高精度需求。與之相比，國外Metro、BTG公司生產的電動閥門具有15000～20000步的精度，僅應用于高精度需求的專用場合，其價格昂貴不適合普及應用，如DN125的高精度閥門單臺售價在18～20萬元之間，令國內諸多企業望而卻步。因此，提升國產普通電動閥門的精度水平具有重要意義。

發明內容

本發明在國產普通ZJKV型電動閥門的硬件單元基礎上，將異步電機更換為直流無刷電機，配置直流無刷電機的驅動控制電路，設計五段S形加減速定位曲線，實現電動閥門的轉速閉環控制，并且能夠將控制單元嵌入電動閥門的機罩內，在外觀上實現機電控制一體化。

本發明的技術方案是：

一種具有轉速閉環控制的電動閥門，包括直流無刷電機，直流無刷電機的輸出軸通過減速器連接閥芯。轉速檢測裝置安裝于直流無刷電機上，當直流無刷電機工作時檢測轉子的轉速。控制器，其輸入端連接轉速檢測裝置，其輸出端連接直流無刷電機的輸入端。控制器根據其接收到的轉子的轉速對直流電機的輸入電流進行閉環控制。

當轉子啟動時，控制電流令轉子轉速經歷S₁：加速度由0按固定比例增加至a_m的加速運動，再經歷S₂：加速度由a_m按固定比例減小至0的加速運動，使轉子達到規定轉速V。當轉子轉速達到規定轉速V時，經歷S₃：維持t_ave時間的轉速為V的勻速運動。當轉子停止時，控制電流令轉子轉速經歷S₄：加速度由0按固定比例增加至-a_m的減速運動，再經歷S₅：加速度由-a_m按固定比例減小至0的減速運動，使轉子轉速為零。其中，S₁、S₂、S₄、S₅所經歷的時間相同，均為t_m。且S₁、S₂、S₄、S₅均是加速度-時間曲線為直線的變速運動。

所述轉速檢測裝置為霍爾元件或旋轉編碼器(軸角編碼檢測單元、光電編碼器)。

一般而言，具備閉環控制功能的電動閥門還包括PWM控制器、電流檢測裝置等；控制器、PWM控制器、電流檢測裝置相連接組成內環電流控制回路；控制器、直流無刷電機、轉速檢測裝置相連接組成外環轉速控制回路。

在機械結構上，直流無刷電機的輸出軸、圓柱齒輪減速箱、蝸桿蝸輪換向器、閥桿依次連接；閥芯安裝在閥桿上。