基于ARM的电动执行器研究及寿命预测分析

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:abcttf2005
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近年来我国石油和天然气行业的需求量越来越大,油气管道建设实现了跨越式增长,管道运输已经成为我国石油和天然气运输的主要方式,其中的阀门更是被誉为管道运输中的“手足”。电动执行器是驱动和控制阀门的核心设备,在管道运输中起着举足轻重的作用。因此,作为交通运输工程里非常重要的一环管道运输,对于电动执行器的研究对我国管道运输业的发展有着非常重大的意义。本论文认真分析了国内外电动执行器的研究现状,使用无刷直流电机代替传统的交流电机,提出电动执行器中无刷直流电机速度调节和阀门位置独立控制的策略,结合STM32微处理器的控制技术和PWM调速技术,研制出集驱动模块、控制模块、液晶显示模块及机械执行机构于一体的具有柔性启停功能的电动执行器。电动执行器通常工作环境比较恶劣,后期故障维修困难,通过分析电动执行器系统的退化过程,结合电动执行器的工作状态以及影响其寿命的各个因素,对电动执行器建立寿命预测模型提前预估寿命确保维修进度,保障电动执行器安全稳定的运行。在电动执行器的设计上,硬件电路主要分为电源电路,以STM32微处理器为核心的控制电路,IR2136驱动电路,电流检测电路,电压检测电路,保护电路。STM32外围接口电路包括液晶显示电路和键盘电路。在硬件电路设计中,实现了电动执行器控制系统中无刷直流电机的柔性控制,根据电机转速和转动圈数检测计算得出阀门开度,在开度到达指定值时,提前降低电机转速直至停止时刚好达到指定位置,达到了防止因电机转动惯性而过停止对阀门产生冲击的目的。在寿命预测上,分析电动执行器的系统工作原理和各种故障原理同时参考历史特征数据确定影响系统寿命关键因素。研究电动执行器闭环控制系统的退化机理,确定其退化失效阈值,建立电动执行器退化模型,最终完成了基于粒子滤波算法的寿命预测仿真,证明了该预测模型的准确性。
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