[發明專利]一種可實現誤差補償控制的電動閥門及其工作方法

有效

• 申請號: 201910976333.0
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110792834B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 湯偉;張越;耿逸飛;王博;高涵
• 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;H02P6/06;H02P6/17
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 劉華

一種具有誤差補償控制功能的電動閥門，用于流程工業中流體的流量調節過程。本發明由直流無刷電機、控制器、電機驅動器、圓柱齒輪減速器、蝸輪蝸桿機構、閥桿、閥芯、閥體、限位開關、光電編碼器等組成。直流無刷電機安裝于電機槽，輸出軸固定連接圓柱齒輪減速器，減速器末端與蝸輪蝸桿機構相連，渦輪與閥桿固接，閥桿一端帶動閥芯轉動，另一端加裝光電編碼器，用于定位誤差的標定。當電動閥門處于工作狀態時，控制器循環判斷并輸出誤差補償控制信號，有效避免回程誤差對定位過程的干擾。本發明的優點在于，能夠對回程誤差進行提前標定，使電動閥門具有自抑制誤差的功能，有效提高了電動閥門的定位精度。

技術領域

本發明屬于具有誤差補償控制功能的電動閥門，特別涉及一種在國產普通ZJKV型電動閥門的基礎上改進的新型電動閥門。

背景技術

國產普通電動閥門廣泛應用于流程工業中的流量調節過程，其定位精度對維持流體流量準確起到了決定性的作用。普通電動閥門本體屬于開環控制，由三相異步電機驅動，閥芯的轉角由通電時間決定，該類電動閥門僅有1/100的定位精度，能夠滿足單回路控制的流量調節需求。但是，對于兩種或兩種以上物料的流量配比過程，比如飲料制備、紙漿配制等等，實踐證明往往需要1/500的精度才能夠滿足生產要求，故ZJKV型電動閥門難以勝任。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。目前，市場上尚無技術和經濟指標都合適的中間產品，不能夠較好地滿足流程工業中流量調節的需求。因此，提升國產普通ZJKV型電動閥門的精度水平具有重要的意義。

因為主動齒輪和從動齒輪之間肯定存在一定的間隙，所以在正轉后變換成反轉的時候，在一定的角度內，盡管主動齒輪轉動，但是從動齒輪還要等間隙消除以后才能帶動閥桿運動。在高精度閥門控制中，反向間隙是閥門控制過程中不可避免的誤差因素。因此，如何消除或補償反向間隙是閥門高精度控制必須克服的技術問題。

發明內容

本發明在國產ZJKV電動閥門的硬件基礎上，將異步電機更換為直流無刷電機，配置直流無刷電機驅動控制電路，包含梯形定位曲線，在閥桿處加裝光電編碼器，用于實驗室標定電動閥門的傳動系統機械間隙，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。

一種具有誤差補償控制功能的電動閥門，包括直流無刷電機，其輸出軸通過減速器連接閥芯。轉子轉角檢測裝置安裝在直流無刷電機上，當直流無刷電機工作時檢測轉子的角位移或轉速。閥芯轉角檢測裝置安裝在閥桿上，當直流無刷電機工作時檢測閥桿的角位移或轉速，由于閥芯與閥桿相連接，閥桿的角位移或轉速即為閥芯的角位移或轉速。控制器，其輸入端分別連接轉子轉角檢測裝置、閥芯轉角檢測裝置，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轉角檢測裝置及閥芯轉角檢測裝置輸出信號計算反向間隙。

所述反向間隙既是轉子與閥芯的角位移的差值。

本發明提供的直流無刷電機可按如下方式進行工作：執行閥芯轉動動作前，控制器首先判斷目標角位移與上一次角位移方向是否相同。若相同，則判定不存在反向間隙，直接執行閥芯轉動。若不同，則補償反向間隙并執行閥芯轉動。

補償反向間隙時，延長直流無刷電機通電時間，令閥芯的在延長時段內應當產生的角位移恰等于反向間隙，此時可認為轉子的反向旋轉恰好消除了反向間隙。

進一步地，轉子轉角檢測裝置、閥芯轉角檢測裝置為霍爾元件或旋轉編碼器。實施例中采用霍爾元件檢測轉子角位移(或轉速)，采用旋轉編碼器檢測閥芯角位移(或轉速)。