【正文】 品壽命結束時，產品可分解和再生利用。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務，同時具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同的環(huán)境條件作出不同反應。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應能力(柔性)，又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。除此之外，其系統(tǒng)的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。今后的機電一體化裝置對信息的依靠性很大，并且往往在結構上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)(工作)時卻是穩(wěn)定的。仿生學探究領域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入探究?？磥?，機電一體化產品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一段漫長的道路要走。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。第2章 機電一體化中電動執(zhí)行機構的硬件設計及工作原理電動執(zhí)行機構控制系統(tǒng)原理框圖如圖21所示。 控制部分主要由單片機、PWM波發(fā)生器、IPM逆變器、A/D、D/A轉換模塊、整流模塊、輸入輸出通道、故障檢測和報警電路等組成。 系統(tǒng)工作原理 霍爾電流、電壓傳感器及位置傳感器檢測到的逆變模塊三相輸出電流、電壓及閥門的位置信號，經A/D轉換后送入單片機。逆變模塊工作時所需要的直流電壓信號由整流電路對380V電源進行全橋整流得到。模擬法電路復雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法是按照不同的數(shù)字模型用計算機算出各切換點，并存入內存，然后通過查表及必要的計算產生PWM波，這種方法占用的內存較大，不能保證系統(tǒng)的精度。SA8282是專用大規(guī)模集成電路，具有獨立的標準微處理器接口，芯片內部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。該執(zhí)行機構主要適用功率小于5．5kW的三相異步電機，其額定電壓為380V，功率因數(shù)為0．75。該功率模塊集功率開關和驅動電路、制動電路于一體，并內置過電流、短路、欠電壓和過熱保護以及報警輸出，是一種高性能的功率開關器件。關鍵問題是位置傳感器的選型。繞線電位器壽命短被淘汰。導電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點的，壽命也不可能很長，精度也不高。 5)電壓、電流及檢測　檢測電壓、電流主要是為了計算電機的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護和逆變模塊故障診斷。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸出的三相電流，對于IPM輸出電壓的檢測采用分壓電路。 6)通訊接口　為了實現(xiàn)計算機聯(lián)網和遠程控制，選用MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX232內部有兩個完全相同的電平轉換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉換為RS－232標準電平，把其它微機送來的RS－232標準電平轉換成TTL電平給8031，實現(xiàn)單片機與其它微機間的通訊。文中選用時鐘電路DS12887。 8)液晶顯示單元　為了實現(xiàn)人機對話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限位、電機、通訊和參數(shù)等信號進行設置或調試。 9)程序出格自恢復電路　為了保證在強干擾下程序出格時系統(tǒng)能夠自動地恢復正常，選用MAX705組成程序出格自恢復電路，監(jiān)視程序運行。 工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變?yōu)楦唠娖剑_2電平的這種變化使“與非”門輸出一個正脈沖，使單片機產生一次復位，復位結束后，又由程序通過P1．0口向MAX705的WDI引腳發(fā)正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程序出格自恢復電路繼續(xù)監(jiān)視程序運行。 采用雙環(huán)控制方案，其中內環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。速度調節(jié)器采用模糊神經網絡控制算法(具體內容另文敘述)。由于大流量閥執(zhí)行機構在運行過程中存在加速、勻速、減速等階段。速度給定發(fā)生器的工作原理為：通過比較實際閥位與給定閥位，當二者不相等時，以恒定加速度加速，減速點根據(jù)當前速度、閥位值、閥位給定值的大小計算得來。將曲線上速率開始發(fā)生改變的那一點稱為起始段點，相應的時間稱為段起始時間，如圖32中的t(i)(i＝0，1，2，……)，相應的速度稱為段起始速度，如圖32所示vi)(i＝0，1，2，…)。 顯然，當ki＝0時為恒速段，ki＞0時為升速段，ki＜0時為減速段。 變化速率ki的取值由給定位置、當前位置以及運行速度的大小確定。用戶可根據(jù)需要設定力矩特性，根據(jù)控制的閥設定速度，速度分多轉式、直行程、角行程3種方式。 該執(zhí)行機構解決的關鍵性技術問題主要有： 1)閥門柔性開關　柔性開關主要是為了當閥關閉或全開時，保證閥門不卡死與損傷。一旦輸出力矩達到或大于設定的力矩，自動降低速度，以避免閥門內部過度的撞擊，從而達到最優(yōu)關閉，實現(xiàn)過力矩保護。在傳統(tǒng)執(zhí)行機構中，該位置的檢測是通過機械式限位開關獲得的。在文中，電動執(zhí)行機構極限位置通過檢測位置信號的增量獲得。省去了機械式限位開關，無需在調試時對其進行復雜的調整。溫度傳感器內置于電機內部。機電一體化的大流量電動執(zhí)行機構根據(jù)當前位置與給定位置的差值以及運行速度的大小超前確定減速點的位置及減速段變化速率ki，使閥門在較低的速度下實現(xiàn)精確的微調和定位，從而將超程降到最低。 對于變頻器的直流電壓以及輸出的三相電壓，它們之間的地址不一致，存在著較高的共模電壓，為了保證系統(tǒng)的安全性，必須將它們彼此相互隔離。如圖41所示，采用177。12V兩組獨立的正負電源。若A的反相端電位負向偏離虛地，也可以重回到正常狀態(tài)。 第5章 機電一體化中繼電器保護的現(xiàn)狀與發(fā)展 繼電保護發(fā)展現(xiàn)狀　　電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發(fā)展又為繼電保護技術的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護技術得天獨厚，在40余年的時間里完成了發(fā)展的4個歷史階段。50年代，我國工程技術人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術［1］，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經驗的繼電保護技術隊伍，對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了指導作用。因而在60年代中我國已建成了繼電保護研究、設計、制造、運行和教學的完整體系?！　∽?0年代末，晶體管繼電保護已在開始研究。其中天津大學與南京電力自動化設備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護，運行于葛洲壩500 kV線路上［2］，結束了500kV線路保護完全依靠從國外進口的時代。到8