专利名称：移动管线泵机组用发动机的控制执行器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种“泵-泵”密闭输送方式的移动管线泵机组用发动机的控制执行器。
背景技术：
管线输油工况的调节是通过一种发动机控制执行器来实现的，即通过执行器改变发动机油门开度，使发动机转速发生变化，带动油泵转速变化，从而调节油泵进出口压力，最终使管线输油工况改变。
传统发动机控制执行器采用模拟电路技术与步进电机，而且电机与油门之间多采用刚性连接。存在的问题是模拟电路的比较精度和跟踪精度都比较低，且极易受温度变化的影响，使控制系统工作不稳定；步进电机力矩小，动态响应慢。电机的驱动，采用模拟的调压调速方式，在不同的速度下，电机的扭矩会发生变化，在低速时可能会发生阻转现象；电机与油门之间的刚性连接，使执行调节后逆向调节时，会出现调节间隙，跟随性差，调节非线性的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的移动管线泵机组用发动机的控制执行器，它由控制部分和执行机构组成；使用直流力矩电机，PWM脉宽调制，电机与泵机组发动机油门间采用柔性连接，可以解决传统发动机控制执行器调节非线性和跟随间隙难题，实现泵站就地机械手动操作、手动电调控制、微机自动控制无扰动切换和平滑过度。
本发明的技术方案如下本发明提供的移动管线泵机组用发动机的控制执行器，包括一执行机构100；所述执行机构100包括一带有手轮1的直流力矩电机2；一与直流力矩电机2的电机轴相连接的传动轴X上依次安装第一轴承5、蜗杆6和第二轴承8；一固定于涡轮轴上的与所述蜗杆6相啮合的涡轮7；一油门柔性拉筋装置31，包括固定安装在涡轮轴上的外边缘的带有凹槽的槽轮311，和其一端固定于槽轮311外边缘的凹槽内的盘绕放置的柔性拉筋312，所述柔性拉筋312的另一端连接于泵机组发动机的油门；涡轮轴另一端固定安装油门位置反馈器33，所述油门位置反馈器33包括一个DC/DC电源转换模块U2，通过与之相连的电容C13和C14进行滤波后，加至串连在一起的RV2和RV1上，在RV1上形成0-5V角电压；并同步输出泵机组发动机油门33位置对应的0-5V的直流电压。
本发明的移动管线泵机组用发动机的控制执行器，还可包括一控制部分200；所述控制部分200包括PIC系列单片机101；与所述PIC系列单片机101相连的A/D转换模块102；与所述PIC系列单片机101相连的PWM脉宽调制功率放大器103和自动/电动工作状态下的控制电机转动的控制装置104，所述控制装置104包括自动/电动状态开关、升速开关和降速开关，并分别加至PIC系列单片机101的RA2、RA0和RA1端口；所述A/D转换模块102将微机输出的0-5V模拟控制电压和执行机构油门位置反馈器33返馈回来的0-5V角电压在A/D转换模块102中转换成数字信号，再分时输送给PIC系列单片机101，PIC系列单片机101对该两个信号进行比较后，当模拟控制电压大于角电压时，从PIC系列单片机101的I/O口的RC7输出正转控制信号脉冲电压至与之相连的PWM脉宽调制功率功大器103的正转控制信号接收端；当模拟控制电压小于角电压时，从PIC系列单片机101的I/O口的RC6输出反转控制信号脉冲电压至与之相连的PWM脉宽调制功率功大器103的反转控制信号接收端；所述PWM脉宽调制功率功大器103的正转控制信号接收端接收的正转控制信号通过限流电阻R1使与之相连的光电隔离开关F1导通，F1导通后，经过电阻R2给驱动三极管BG1提供偏流，BG1导通后，经过电阻R3给另一个驱动三极管BG2提供偏流，驱动三极管BG2导通后，通过电阻R4为功放三极管BG5和BG4提供偏流，BG5和BG4导通，形成+24V→BG5c→BG5e→直流力矩电机2→BG4c→BG4e→-24V回路，直流力矩电机2正转，通过槽轮311外边缘的凹槽内的盘绕放置的柔性拉筋312，所述柔性拉筋312的另一端连接于泵机组发动机的油门加大，泵机组发动机升速；所述PWM脉宽调制功率功大器103的反转控制信号接收端接收的反转控制信号通过限流电阻电阻R5使与之相连的光电隔离开关F2导通，光电隔离开关F2导通后，经过电阻R6给驱动三极管BG8提供偏流，BG8导通后，经过电阻R7给另一个驱动三极管BG7提供偏流，驱动三极管BG7导通后，通过电阻R8为功放三极管BG6和BG3提供偏流，BG6和BG3导通，形成+24V→BG6c→BG6e→直流力矩电机2→BG3c→BG3e→-24V回路，直流力矩电机2反转，槽轮311外边缘的凹槽内的盘绕放置的柔性拉筋312，所述柔性拉筋312的另一端连接于泵机组发动机的油门减小，泵机组发动机降速。
所述直流力矩电机2为70LYX05型直流力矩电机。所述的PWM脉宽调制功率功大器103为采用光电隔离式BTL开关型功率功大器。所述PIC系列单片机101和A/D转换模块102的电源由一外接24V电源经滤波后，通过VICORDC/DC模块T1稳压后，输出15V电压；一路提供给稳压模块U1，经稳压模块U1稳压后加至A/D转换模块102的27脚和PIC系列单片机101的2脚，分别为A/D转换模块102和PIC系列单片机101提供电源。
所使用的电机为70LYX05型直流力矩电机；执行机构的动力输出采用槽轮拉筋式结构，即设计了柔性连接件以取代电机与油门之间的刚性连接，执行机构的转角与油门的开度为对应的线性关系；执行机构的各运动部位均加注温度-60℃-120℃的7007号航空润滑脂。
所述的执行机构可为手动执行器，执行机构的涡轮与涡轮轴、涡轮轴与输出轮之间均采用方键定位配合；电机与涡杆之间采用对轮连接，电机与涡杆之间有一定的不同心度；电机与对轮采用紧配合加方键定位；涡杆与对轮的连接采用紧配合加方键定位。
所述PIC系列单片机101的8脚低电平为电动；高电平为自动；6脚低电平为手动正转，7脚位低电平手动反转；MAXIM197的2 3 4 5脚为MAXIM197(A/D转换模块102)的串行控制线；PIC系列单片机、A/D转换模器和PWM脉宽调制功率放大器的控制部分将整个控制过程数字量化，以达到精确稳定的目的。取样电路采用A/D转换的方式，将微机输出的0-5V的控制电压和执行机构返馈回来的0-5V的角电压在A/D转换模块中转换成数字信号。然后将两个数字信号分时的输送给单片机，在单片机中对两个信号进行比较。最后从单片机的I/O口输出PWM控制信号去控制PWM脉宽调制功率放大器。
本发明的优点和积极效果如下采用A/D转换的方式可以随意控制比较精度。为起控前和起控后提供两种精度成为可能；A/D转换模块的工作温度为-40C-+85C，外围元件少，没有温度敏感元件。所以在较宽的温度范围内，有比较高的转换精度和稳定性。
采用单片机可以很方便的控制A/D转换的精度，以及其他控制，如PWM控制、键盘响应、插入抗干扰程序等等。
功放电路采用BTL电路，优点是采用单电源供电，这样可以简化电路、降低成本、性能可靠。因为电路工作在开关状态，功耗低、效率高、发热少、环境温度变化对其工作状态影响极小。
执行器采用PWM电压驱动后，可以任意调节电机的转速，以适应不同的任务。而且在不同的转速下具有比较均衡的扭矩。
执行器采用蜗轮蜗杆传动方式，在转速不变的情况下，BTL电路不加电，延长了电路的可靠性。
图1为本发明的结构框图；图2-4为执行机构的结构示意图；图5为PIC系列单片机101和A/D转换模块102的工作原理图；图6为PWM脉宽调制功率放大器103的工作原理图。
具体实施例方式
图1为本发明的结构框图；图2-4为执行机构的结构示意图；图5为PIC系列单片机101和A/D转换模块102的工作原理图；图6为PWM脉宽调制功率放大器103的工作原理图。由图可知，本发明提供的移动管线泵机组用发动机的控制执行器，包括一执行机构100；所述执行机构100包括一带有手轮1的直流力矩电机2；一与直流力矩电机2的电机轴相连接的传动轴X上依次安装第一轴承5、蜗杆6和第二轴承8；一固定于涡轮轴上的与所述蜗杆6相啮合的涡轮7；一油门柔性拉筋装置31，包括固定安装在涡轮轴上的外边缘的带有凹槽的槽轮311，和其一端固定于槽轮311外边缘的凹槽内的盘绕放置的柔性拉筋312，所述柔性拉筋312的另一端连接于泵机组发动机的油门；涡轮轴另一端固定安装油门位置反馈器33，所述油门位置反馈器33包括一个DC/DC电源转换模块U2，通过与之相连的电容C13和C14进行滤波后，加至串连在一起的RV2和RV1上，在RV1上形成0-5V角电压；并同步输出泵机组发动机油门33位置对应的0-5V的直流电压。
本发明的移动管线泵机组用发动机的控制执行器，还可包括一控制部分200；所述控制部分200包括PIC系列单片机101；与所述PIC系列单片机101相连的A/D转换模块102；与所述PIC系列单片机101相连的PWM脉宽调制功率放大器103和自动/电动工作状态下的控制电机转动的控制装置104，所述控制装置104包括自动/电动状态开关、升速开关和降速开关，并分别加至PIC系列单片机101的RA2、RA0和RA1端口；所述A/D转换模块102将微机输出的0-5V模拟控制电压和执行机构油门位置反馈器33返馈回来的0-5V角电压在A/D转换模块102中转换成数字信号，再分时输送给PIC系列单片机101，PIC系列单片机101对该两个信号进行比较后，当模拟控制电压大于角电压时，从PIC系列单片机101的I/O口的RC7输出正转控制信号脉冲电压至与之相连的PWM脉宽调制功率功大器103的正转控制信号接收端；当模拟控制电压小于角电压时，从PIC系列单片机101的I/O口的RC6输出反转控制信号脉冲电压至与之相连的PWM脉宽调制功率功大器103的反转控制信号接收端；所述PWM脉宽调制功率功大器103的正转控制信号接收端接收的正转控制信号通过限流电阻R1使与之相连的光电隔离开关F1导通，F1导通后，经过电阻R2给驱动三极管BG1提供偏流，BG1导通后，经过电阻R3给另一个驱动三极管BG2提供偏流，驱动三极管BG2导通后，通过电阻R4为功放三极管BG5和BG4提供偏流，BG5和BG4导通，形成+24V→BG5c→BG5e→直流力矩电机2→BG4c→BG4e→-24V回路，直流力矩电机2正转，通过槽轮311外边缘的凹槽内的盘绕放置的柔性拉筋312，所述柔性拉筋312的另一端连接于泵机组发动机的油门加大，泵机组发动机升速；所述PWM脉宽调制功率功大器103的反转控制信号接收端接收的反转控制信号通过限流电阻电阻R5使与之相连的光电隔离开关F2导通，光电隔离开关F2导通后，经过电阻R6给驱动三极管BG8提供偏流，BG8导通后，经过电阻R7给另一个驱动三极管BG7提供偏流，驱动三极管BG7导通后，通过电阻R8为功放三极管BG6和BG3提供偏流，BG6和BG3导通，形成+24V→BG6c→BG6e→直流力矩电机2→BG3c→BG3e→-24V回路，直流力矩电机2反转，槽轮311外边缘的凹槽内的盘绕放置的柔性拉筋312，所述柔性拉筋312的另一端连接于泵机组发动机的油门减小，泵机组发动机降速。
所述直流力矩电机2为70LYX05型直流力矩电机。所述的PWM脉宽调制功率功大器103为采用光电隔离式BTL开关型功率功大器。所述PIC系列单片机101和A/D转换模块102的电源由一外接24V电源经滤波后，通过VICORDC/DC模块T1稳压后，输出15V电压；一路提供给稳压模块U1，经稳压模块U1稳压后加至A/D转换模块102的27脚和PIC系列单片机101的2脚，分别为A/D转换模块102和PIC系列单片机101提供电源。
图5为PIC系列单片机101和A/D转换模块102的工作原理图；所使用的元器件如下电容C1＝100P，C2＝47P，C3＝47P，C4＝104P，C5＝0.047μF，C6＝0.047μF，C7＝104P，C8＝10μF，C9＝10μF，C10＝10μF，C11＝10μF，C12＝2200μF，C13＝2200μF，C14＝470μF；电源模块U1＝7805；U2＝CD/CD电源模块12V滑线电阻RV1＝560Ω；滑线电阻RV2＝1K；电阻R11＝10K，R22＝33Ω，R33＝10K，R44＝10K；PIC系列单片机101为PIC16C57/JW(28)；A/D转换模块102为MAXIM197；图6为PWM脉宽调制功率放大器103的工作原理图；所使用的元器件如下限流电阻R1＝1K，R5＝1K；
F1和F2分别为光电隔离开关；电阻R2＝1K，R6＝1K；R3＝5.6K，R7＝5.6K；R4＝150，R8＝150；BG1和BG8为驱动三极管；BG2和BG7为驱动三极管；BG5和BG4为功放三极管；BG6和BG3为功放三极管；D11、D22、D33和D44分别为二极管，其作用是释放电机2产生的反向自感电势使之钳位在24V，保护BG3、BG4、BG5、BG6不被击穿。
电阻R3、R7的作用是在无控制信号时保证BG7、BG2可靠的截止。
下面结合实施例进一步描述本发明实施例1管线泵机组的发动机，启动运行时，一般可以利用机械手动来操作，机械手动操作主要原因是，因为机械手动比较原始，更重要的是绝对牢固，故障率低，比电路系统更为可靠，从心理上讲，和系统设计要求上来说，一般都留有机械手动操作部分，操作时，手轮顺时针转动时，发动机为转速升速，逆时针为降速。
一般来说，当泵进口压力比较高时，手轮顺时针转动，蜗轮蜗杆带动柔性拉筋，拉紧发动机油门，发动机升速，泵也升速，泵进口压力降到合适压力时，停止机械手动操作，泵机组的转速维持在此速度上。
真正意义是，在电动和自动系统操作不灵活时，才用机械手动来操作泵机组。
实施例2单片机101的8脚为自动/电动状态开关输入端，低电平为电动，高电平为自动。6脚低电平为电动正转发动机升速，7脚位低电平电动反转发动机降速。
管线泵机组的发动机，启动运行时，首先将自动/电动状态开关搬到电动位置，利用电动手动来操作，它灵活，操作简单，稳定可靠，当管线系统运行时，泵进口压力比较高时，按动发动机升速按钮，当单片机101的6脚低电平时，从从PIC系列单片机101的I/O口的RC7输出正转控制信号电压至与之相连的PWM脉宽调制功率功大器103的正转控制信号接收端；脉宽调制功率功大器103的正转控制信号接收端接收的正转控制信号通过限流电阻R1使与之相连的光电隔离开关F1导通，光电隔离开关F1导通后，经过电阻R2给驱动三极管BG1提供偏流，BG1导通后，经过电阻R3给另一个驱动三极管BG2提供偏流，驱动三极管BG2导通后，通过电阻R4为功放三极管BG5，BG4提供偏流，BG5，BG4导通，形成+24V→BG5c→BG5e→直流力矩电机2→BG4c→BG4e→-24V回路，直流力矩电机2正转，发动机升速，泵也升速，泵进口压力降到合适压力时，停止电动操作，泵机组的转速维持在此速度上。此时发动机油门位置反馈器记住油门位置电压。
如果发现泵进口压力较低时，按动降速按钮，当单片机101的6脚低电平时，从PIC系列单片机101的I/O口的RC6输出反转控制信号电压至与之相连的PWM脉宽调制功率功大器103的反转控制信号接收端；PWM脉宽调制功率功大器103的反转控制信号接收端接收的反转控制信号通过限流电阻电阻R5使与之相连的光电隔离开关F2导通，光电隔离开关F2导通后，经过电阻R6给驱动三极管BG8提供偏流，BG8导通后，经过电阻R7给另一个驱动三极管BG7提供偏流，驱动三极管BG7导通后，通过电阻R8为功放三极管BG6，BG3提供偏流，BG6，BG3导通，形成+24V→BG6c→BG6e→直流力矩电机2→BG3c→BG3e→-24V回路，直流力矩电机2反转，发动机降速，泵也降速，泵进口压力降到合适压力时，停止操作，泵机组的转速维持在此泵进口压力的速度上。此时发动机油门位置反馈器记住油门位置电压。
实施例3单片机101的8脚为自动/电动状态开关输入端，低电平为电动，高电平为自动。
在整个管线系统运行稳定后，将泵进口压力的数值设定为给定值，自动/电动状态开关搬到自动位置，整个自动控制系统进入自动状态。
A/D转换模块102将微机输出的0-5V模拟控制电压和执行机构油门位置反馈器33返馈回来的0-5V角电压在A/D转换模块102中转换成数字信号，再分时输送给PIC系列单片机101，PIC系列单片机101对该两个信号进行比较后，当模拟控制电压大于角电压时，从PIC系列单片机101的I/O口的RC7输出正转控制信号电压至与之相连的PWM脉宽调制功率功大器103的正转控制信号接收端；当模拟控制电压小于角电压时，从PIC系列单片机101的I/O口的RC6输出反转控制信号电压至与之相连的PWM脉宽调制功率功大器103的反转控制信号接收端；所述PWM脉宽调制功率功大器103的正转控制信号接收端接收的正转控制信号通过限流电阻R1使与之相连的光电隔离开关F1导通，光电隔离开关F1导通后，经过电阻R2给驱动三极管BG1提供偏流，BG1导通后，经过电阻R3给另一个驱动三极管BG2提供偏流，驱动三极管BG2导通后，通过电阻R4为功放三极管BG5，BG4提供偏流，BG5，BG4导通，形成+24V→BG5c→BG5e→直流力矩电机2→BG4c→BG4e→-24V回路，直流力矩电机2正转；所述PWM脉宽调制功率功大器103的反转控制信号接收端接收的反转控制信号通过限流电阻电阻R5使与之相连的光电隔离开关F2导通，光电隔离开关F2导通后，经过电阻R6给驱动三极管BG8提供偏流，BG8导通后，经过电阻R7给另一个驱动三极管BG7提供偏流，驱动三极管BG7导通后，通过电阻R8为功放三极管BG6，BG3提供偏流，BG6，BG3导通，形成+24V→BG6c→BG6e→直流力矩电机2→BG3c→BG3e→-24V回路，直流力矩电机2反转。
权利要求
1.一种移动管线泵机组用发动机的控制执行器，其特征在于，包括一执行机构(100)；所述执行机构(100)包括一带有手轮(1)的直流力矩电机(2)；一与直流力矩电机(2)的电机轴相连接的传动轴(X)上依次安装第一轴承(5)、蜗杆(6)和第二轴承(8)；一固定于涡轮轴上的与所述蜗杆(6)相啮合的涡轮(7)；一油门柔性拉筋装置(31)，包括固定安装在涡轮轴上的外边缘的带有凹槽的槽轮(311)，和其一端固定于槽轮(311)外边缘的凹槽内的盘绕放置的柔性拉筋(312)，所述柔性拉筋(312)的另一端连接于泵机组发动机的油门；涡轮轴另一端固定安装油门位置反馈器(33)，所述油门位置反馈器(33)包括一个DC/DC电源转换模块(U2)，通过与之相连的电容(C13，C14)进行滤波后，加至串连在一起的RV2和RV1上，在RV1上形成0-5V角电压；并同步输出泵机组发动机油门(33)位置对应的0-5V的直流电压。
2.按权权利要求1的移动管线泵机组用发动机的控制执行器，其特征在于，还包括一控制部分(200)；所述控制部分(200)包括PIC系列单片机(101)；与所述PIC系列单片机(101)相连的A/D转换模块(102)；与所述PIC系列单片机(101)相连的PWM脉宽调制功率放大器(103)和自动/电动工作状态下的控制电机转动的控制装置(104)，所述控制装置(104)包括自动/电动状态开关、升速开关和降速开关，并分别加至PIC系列单片机(101)的RA2、RA0和PA1端口；所述A/D转换模块(102)将微机输出的0-5V模拟控制电压和执行机构油门位置反馈器(33)返馈回来的0-5V角电压在A/D转换模块(102)中转换成数字信号，再分时输送给PIC系列单片机(101)，PIC系列单片机(101)对该两个信号进行比较后，当模拟控制电压大于角电压时，从PIC系列单片机(101)I/O口的RC7输出正转控制信号脉冲电压至与之相连的PWM脉宽调制功率功大器(103)的正转控制信号接收端；当模拟控制电压小于角电压时，从PIC系列单片机(101)的I/O口的RC6输出反转控制信号脉冲电压至与之相连的PWM脉宽调制功率功大器(103)的反转控制信号接收端；所述PWM脉宽调制功率功大器(103)的正转控制信号接收端接收的正转控制信号通过限流电阻(R1)使与之相连的光电隔离开关(F1)导通，(F1)导通后，经过电阻(R2)给驱动三极管(BG1)提供偏流，(BG1)导通后，经过电阻(R3)给另一个驱动三极管(BG2)提供偏流，驱动三极管(BG2)导通后，通过电阻(R4)为功放三极管(BG5，BG4)提供偏流，(BG5，BG4)导通，形成+24V→BG5c→BG5e→直流力矩电机(2)→BG4c→BG4e→-24V回路，直流力矩电机(2)正转，通过槽轮(311)外边缘的凹槽内的盘绕放置的柔性拉筋(312)，所述柔性拉筋(312)的另一端连接于泵机组发动机的油门加大，泵机组发动机升速；所述PWM脉宽调制功率功大器(103)的反转控制信号接收端接收的反转控制信号通过限流电阻电阻(R5)使与之相连的光电隔离开关(F2)导通，(F2)导通后，经过电阻(R6)给驱动三极管(BG8)提供偏流，(BG8)导通后，经过电阻(R7)给另一个驱动三极管(BG7)提供偏流，驱动三极管(BG7)导通后，通过电阻(R8)为功放三极管(BG6，BG3)提供偏流，(BG6，BG3)导通，形成+24V→BG6c→BG6e→直流力矩电机(2)→BG3c→BG3e→-24V回路，直流力矩电机(2)反转，槽轮(311)外边缘的凹槽内的盘绕放置的柔性拉筋(312)，所述柔性拉筋(312)的另一端连接于泵机组发动机的油门减小，泵机组发动机降速。
3.按权权利要求1的移动管线泵机组用发动机的控制执行器，其特征在于，所述直流力矩电机(2)为70LYX05型直流力矩电机。
4.按权权利要求1的移动管线泵机组用发动机的控制执行器，其特征在于，所述的PWM脉宽调制功率功大器(103)为采用光电隔离式BTL开关型功率功大器。
5.按权权利要求1的移动管线泵机组用发动机的控制执行器，其特征在于，所述PIC系列单片机(101)和A/D转换模块(102)的电源由一外接24V电源经滤波后，通过VICORDC/DC模块(T1)稳压后，输出15V电压；一路提供给稳压模块(U1)，经稳压模块(U1)稳压后加至A/D转换模块(102)的27脚和PIC系列单片机(101)的2脚，分别为A/D转换模块(102)和PIC系列单片机(101)提供电源。
全文摘要
一种移动管线泵机组用发动机的控制执行器，其执行机构包括与发动机油门柔性连接的直流力矩电机，与柔性连接机构相连的油门位置反馈器同步输出发动机油门位置的0－5V直流电压；控制部分的A/D转换模块将微机的0－5V模拟控制电压和反馈器的0－5V角电压转成数字信号，输给单片机进行比较，模拟电压大于角电压时，单片机RC7端输出正转信号电压至功放器的正转信号接收端；模拟电压小于角电压时，单片机RC6端输出反转信号电压至功放器的反转信号接收端，达到控制的目的。其单片机可方便控制A/D转换精度，功放器的BTL电路可单电源供电，简化电路、降低成本、且性能可靠；PWM电压驱动可任意调节电机转速，扭矩均衡。
文档编号F02D11/10GK1776208SQ20051009363
公开日2006年5月24日 申请日期2005年8月31日 优先权日2004年9月13日
发明者李维生, 宋音, 徐世生, 戴健, 筵丽萍, 王兆理, 彭向军, 孙菲, 艾书佩, 吕九枝 申请人:中国人民解放军总后勤部油料研究所