摘 要： 直流電機(jī)位置伺服系統(tǒng)是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)電子調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。本文利用Freescale公司的MC9S12型單片機(jī)，結(jié)合電機(jī)位置反饋和電樞電流檢測(cè)，研制出了數(shù)字式PWM型伺服驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器充分利用單片機(jī)的內(nèi)嵌資源，實(shí)現(xiàn)了位置、速度和電流三閉環(huán)控制策略。
    關(guān)鍵詞： 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)  直流電機(jī)  位置伺服系統(tǒng)  三閉環(huán)控制

     隨著我國(guó)能源緊缺問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷提高能源利用率是大勢(shì)所趨。然而我國(guó)西部的大部分油田仍然存在伴生天然氣大量放空的現(xiàn)象。為此可以將伴生天然氣經(jīng)簡(jiǎn)單分離處理后直接驅(qū)動(dòng)大功率天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作，使其帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電并送入電網(wǎng)，從而提高能源的綜合利用率。因此這種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)組將具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
1 系統(tǒng)控制方案
    天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)組電子調(diào)速系統(tǒng)的控制原理如圖1所示。

     上位機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)通過(guò)接收操作人員的指令，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。上位機(jī)的輸出信號(hào)為有限轉(zhuǎn)角直流伺服電機(jī)的目標(biāo)位置信號(hào)。
    圖1中，虛線框內(nèi)部分即為直流電機(jī)位置伺服系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)器和執(zhí)行器兩部分。執(zhí)行器即直流伺服電機(jī)，該伺服電機(jī)同天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的蝶型進(jìn)氣閥門相連接（二者完全同步），隨著電機(jī)位置的變化，閥門開(kāi)度改變，天然氣進(jìn)氣量發(fā)生變化，從而達(dá)到調(diào)速的目的。本設(shè)計(jì)所選用電機(jī)的主要參數(shù)為：輸出轉(zhuǎn)角0°～75°，最大輸出轉(zhuǎn)矩13.6Nm，最大電流20A。
    伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器的功能是正確接收處理電機(jī)目標(biāo)位置信號(hào)，并根據(jù)電機(jī)的反饋信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)精確跟蹤目標(biāo)位置。上下位機(jī)之間通過(guò)4mA～20mA電流環(huán)傳遞目標(biāo)位置，具有低阻抗傳輸線對(duì)電氣噪聲不敏感的特點(diǎn)。

2 硬件設(shè)計(jì)
    硬件系統(tǒng)框圖如圖2所示。驅(qū)動(dòng)器數(shù)字核心采用Freescale公司的MC9S12DG128型單片機(jī)，單片機(jī)需處理5個(gè)模擬量輸入和2個(gè)數(shù)字量輸出。按照模塊化的思想[1]可以將硬件結(jié)構(gòu)劃分為：電源模塊、數(shù)字核心模塊、通訊接口模塊、信號(hào)處理模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等。