技术领域
[0001] 本
发明涉及
伺服电机技术领域，具体为一种
固体燃料发动机用伺服电机。
背景技术
[0002] 在固体燃料传输过程中，经常需要对固体燃料的排放速度进行控制，而现有的
阀体大多为
电磁阀或者手控阀，采用电磁阀进行控制，容易出现内部的触电进而导致对固体燃料升温的安全问题，威胁度较高，而采用纯手控
控制阀，相邻控制阀之间距离较远，人工控制的劳动强度高，反应速度慢，出现
泄漏状况时不易及时控制截流，所以需要一种可对
阀体进行控制的伺服电机，从而可以通过机械的方式对阀体进行远程控制。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种固体燃料发动机用伺服电机，以解决上述背景技术中提出的如何实现通过伺服电机完成对阀体的精准控制的问题。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种固体燃料发动机用伺服电机，包括舱段
外壳，所述舱段外壳的内腔右侧通过
螺栓连接有固定座，所述固定座的左侧通过螺栓连接有伺服电机，所述舱段外壳的内腔左侧安装有固定
支撑板，所述伺服电机的输出端内腔中连接有中心管，所述中心管的内腔中安装有
轴承座，所述舱段外壳的外壁左右两侧均安装有连接
法兰盘，所述舱段外壳通过连接法兰盘连接有连接管，所述舱段外壳的右侧安装有
控制器，所述控制器电性输入连接有上位机，所述控制器电性输出连接有微型
编码器，所述微型编码器位于固定支撑板上，所述中心管的内腔中插接有阀体。
[0005] 优选的，所述固定支撑板的内腔中安装有支撑轴承，所述中心管插接在支撑轴承的
内圈中。
[0006] 优选的，所述固定支撑板上均匀安装有密封
块，所述微型编码器卡接在密封块的内腔中，所述密封块和固定支撑板的连接处开设有排线通孔。
[0007] 优选的，所述上位机和控制器之间通过
电缆连接，所述电缆的长度不低于50米。
[0008] 优选的，所述中心管的内腔中开设有
键槽，所述中心管通过键槽与阀体连接。
[0009] 优选的，所述伺服电机上开设有密封空腔，所述密封空腔中安装有内置编码器。
[0010] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0011] 1)本发明通过采用伺服电机内圈驱动，从而带动阀体进行转动，并且在传动中间设有可绝缘防电的中心管，从而完成传动的同时，提高整体的安保效果，避免对固体燃料造成导电引发火灾等严重的安全隐患；
[0012] 2)本发明通过内圈转动带动阀体调节，可对阀体的转动
角度进行精准控制，从而完成对固体燃料的流速控制，提高对出料速度和出料量的管控，便于使用。
附图说明
[0013] 图1为本发明结构示意图；
[0014] 图2为本发明舱段外壳结构示意图；
[0015] 图3为本发明控制器结构示意图；
[0017] 图5为本发明闭环状态下流程图。
[0018] 图中：1舱段外壳、2固定座、3伺服电机、4固定支撑板、5中心管、6轴承座、7连接法兰盘、8连接管、9控制器、10上位机、11微型编码器。
具体实施方式
[0019] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0021] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0022] 请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种固体燃料发动机用伺服电机，包括舱段外壳1，所述舱段外壳1的内腔右侧通过螺栓连接有固定座2，所述固定座2的左侧通过螺栓连接有伺服电机3，通过
外圈不动，内圈转动，带动中心管5的转动，并且带动插接在中心管5中的阀体进行角度变化。
[0023] 所述舱段外壳1的内腔左侧安装有固定支撑板4，所述伺服电机3的输出端内腔中连接有中心管5，所述中心管5的内腔中安装有轴承座6，对阀体进行固定，从而可以出现手动调节阀体转动的效果。
[0024] 所述舱段外壳1的外壁左右两侧均安装有连接法兰盘7，所述舱段外壳1通过连接法兰盘7连接有连接管8，所述舱段外壳1的右侧安装有控制器9，实现对伺服电机转动角度的控制，实现精准
定位，从而完成对燃料速度的控制。
[0025] 所述控制器9电性输入连接有上位机10，所述控制器9电性输出连接有微型编码器11，所述微型编码器11位于固定支撑板4上，所述中心管5的内腔中插接有阀体，实现对阀体的转动角度的控制。
[0026] 其中，所述固定支撑板4的内腔中安装有支撑轴承，所述中心管5插接在支撑轴承的内圈中，提高对中心管8的保护效果。
[0027] 所述固定支撑板4上均匀安装有密封块，所述微型编码器11卡接在密封块的内腔中，所述密封块和固定支撑板4的连接处开设有排线通孔，完成对
驱动电机的控制，提高角度控制效果。
[0028] 所述上位机10和控制器9之间通过电缆连接，所述电缆的长度不低于50米，避免出现漏电问题导致燃料发生引燃问题。
[0029] 所述中心管5的内腔中开设有键槽，所述中心管5通过键槽与阀体连接，完成与阀体之间的连接固定，实现对阀体的转动调节。
[0030] 所述伺服电机3上开设有密封空腔，所述密封空腔中安装有内置编码器，实现对伺服电机3的控制。
[0031] 实施例
[0032] 本发明用途：
[0033] 该伺服电机3用于控制阀体的开度，阀体及管道从电机中心穿过，电机为环形结构，外环为
定子，内环为
转子。
[0034] 该驱动控制单元主要由伺服电机3(以下称电机)、内置编码器、控制器9、上位机10组成，可实现如下功能:
[0035] 1)上位机10给控制器9输入一个角度
信号，电机能够驱动阀体并快速、稳定、准确地达到该角度。如图4所示。
[0036] 2)将该单元形成一个闭环控制系统后，控制器9可以连续接受某微型编码器11发送的
角位移信号，控制器9由该角位移信号计算出
角速度信号以及被控对象的速度，并和目标速度(由上位机10给定)进行比较，按照一定的控
制模型形成电机角度命令，从而使电机位于新的角度，实现对控制对象的闭环控制。如图5所示
[0037] 3)控制单元工作过程中的数据进行保存，便于后续分析。
[0038] 相关符号的含义：
[0039] 1)θM：电机角度增量，范围0°-1800°；
[0040] 2)θMobj：电机的目标角度增量，范围0°-1800°；
[0041] 3)θE：微型编码器角度增量，范围-10×360°-+106×360°；(轴径按3mm计算)[0042] 4)ωE：微型编码器的角速度，范围-4×360°/s-+4×360°/s；
[0043] 5)Vt：被控对象的速度，Vt＝C·ωE，C为常数，相对于半径；V的范围-50mm/s-+50mm/s；
[0044] 6)Up：压强
传感器的
输出电压，范围-0.3V-+5.7V；
[0045] 7)P：压强，单位MPa，p＝f(Up)，f为二次或者三次多项式，根据压强传感器的标定来获得，范围0.1MPa-3MPa；
[0046] 8)Vobj：被控对象的目标速度，预设值，范围0mm/s-+50mm/s；
[0047] 9)Vth:被控对象的理论速度，即由控制模型计算得到的被控对象速度值，其中Vth＝f(θM，P)，单位m/s
[0048] 在开环控制模式下，由上位机10给控制单元输入电机目标角度θMobj，要求电机能够按照该角度驱动阀体，由上位机10或者控制器9采集θM、θE、Up，并存储。
[0049] 在控制器9或上位机10内存储Vobj-时间数据。接到同步启动信号后，按照如下过程对被控对象进行速度控制：
[0050] 1)读取θE，计算ωE，Vt；
[0051] 2)读取Up，计算P
[0052] 3)根据Vobj-Vt的差值决定电机的转向，Vobj-Vt＞0，需要增大转角，反之要减小转角。控制模型中可以给出Vtb＝f(θM，P)的关系式，表明了一定压强P下，Vth随的变化趋势，但由于它是理论值(近似值)，一般不能使得Vobj-Vt＝0，因此需要采用一定的控制策略获得更加准确的θM值，达到Vobj-Vt＝0的控制目标。
[0053] 4)存储θM、θE、Up、Vt、Vobj、Vth。
[0054] 按照上述过程，循环执行，周期定为10ms。
[0055] 为验证闭环控制的功能，需要对该控制单元进行必要的测试，为此提出如下测试要求。
[0056] 定压强下的θM-θE测试。
[0057] 1)给定P值，Vobj值:
[0058] 2)给控制器9输入微型编码器11
模拟信号θE，检测θM，分析电机响应的正确性；
[0059] 3)上述测试进行约6组数据，每次测试约10s。
[0060] 定ωE压强下的θE-P测试
[0061] 1)给定ωE，Vobj值；
[0062] 2)给控制器输入压强P的模拟信号，检测θM，分析电机响应的正确性；
[0063] 3)上述测试进行约6组数据，每次测试约10s。
[0064] 伺服电机工作性能要求。
[0065] 1)角度增量范围：0°～1800°；
[0066] 2)最大连续转矩：4N.m；
[0067] 3)峰值转矩：5N.m；
[0068] 4)额定转速：450转/分；
[0069] 5)超调量：≤3°；
[0070] 6)最大稳态误差：0.5°；
[0071] 7)建立时间：从一个输入角度发生阶跃变化的瞬间起，至输出变量偏离其最终稳态值与初始稳态值之差不超过±5％的瞬间止的持续时间间隔。待定。
[0072] 8)伺服电机通电寿命：≥200h，带载状态一次连续工作时间≥1000s；空载状态一次连续工作时间≥2000s，两次带电工作的时间间隔≥30min；
[0073] 9)电机在旋转过程中会受到
力矩
载荷的作用，当停止旋转时，理论上不受力矩作用；
[0074] 微型编码器11要求：要求直径小于15mm，长度小于30mm，角速度范围为-4×360°/s-+4×360°/s，在使用过程中，微型编码器11置于一密封容腔内部，并且采用密封
电连接器与控制器9连接，密封容腔的最大压强约5MPa，腔内电缆长度800mm，腔外电缆长度1500mm。密封电连接器能够装配于固定支撑板4上，用0形圈进行密封。由于微型编码器11在腔内是运动的，所以腔内电缆要具有柔性，便于随编码器运动。
[0075] 控制
软件在上位机10上运行，能够设置时序、目标速度，以及存储有关数据。上位机10主要性能为8G内存、固态
硬盘+1T机械硬盘。
[0076] 伺服电机3尺寸要求：电机外径165m，总厚度50m，内孔的最小直径30mm，控制器9须为圆环形结构，和伺服电机3作成一体式的结构，若编码器凸出该轮廓,需协调凸出位置及范围。
[0077] 电机外环为定子,在140圆周上均布6个通孔,用于固定电机。
[0078] 电机内孔(转子)30mm内加工键槽2个,用于驱动阀体。阀体除随着电机转动外,还在键槽内轴向滑动,要求键槽内表面的粗糙度优于电机外环粗糙度。
[0079] 在电机处于零位的前提下,键槽环向位置需与电机上其中一个7m通孔位置相对应,便于对电机进行轴向定位。
[0080] 电机转子自身具有轴承,除对调节阀施加转矩外,不产生额外的力的作用(如重力)。
[0081] 电机和固定座2装配后,整体和舱段外壳1进行连接,固定座2为平板结构,所有电缆从舱段侧面的窗口穿出,注意电缆及有关
接口的出线位置和方向。该系统的工作环境存在一定的粉尘和振动,环境
温度为-40℃～+85℃系统设计时需要给予考虑,并能够满足该环境条件。上位机10距离伺服控制单元50m以上。
[0082] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附
权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0083] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、
修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
