通常情况下，电动执行器从调节器获取数字量或模拟量控制信号，将其转换为对应的直线位移或角位移输出，驱动阀门等执行相应的动作，终实现被调对象的自动控制。
电动执行器一般由控制系统、驱动电机、执行机构等组成，控制系统作为核心部分，其性能将直接决定阀门的位置控制精度。电动执行器控制系统多基于PLC或单片机搭建，控制效果比较理想，但是PLC在可扩展性、二次开发等方面存在短板且成本较高；单片机运算处理能力有限。DSP即数字信号处理器，兼顾数据处理和实时控制而且易于开发。以32位DSP芯片TMS320F2812为例，其针对电机控制和运动控制而设计。硬件配置上，TMS320F2812具有丰富的通用输入输出接口、16通道12位A/D转换器、两个事件管理器以及大容量的片上存储器，能够较好地满足电动执行器的控制需求；运算速度上，TMS320F2812可以达到150MIPS，可以实时地处理复杂控制算法，实现控制，电机的位置控制精度以及速度控制的动态特性；通信方面，TMS320F2812芯片支持多种通信机制，如UART串口通信、CAN总线通信、SPI总线通信等，能够很方便地实现人机交互界面的设计以及同其他系统之间的信息交互。总体来说，基于TMS320F2812的电动执行器控制系统不仅具有传统控制器的优势，而且具备很好的集成性、可扩展性、二次开发性，提高了控制系统的可靠性、处理速度以及通用性。
在现有研究的基础上，基于TMS320F2812设计一种电动执行器控制系统，在电路设计、软件设计、应用研究等方面展开论述。
1 电动执行器
电动执行器结构原理如图1所示，通过十字滑块联轴节，电机与滚珠丝杠实现连接；滚珠丝杠和滑移平台通过螺母连接。电机输出转矩以驱动滚珠丝扛转动，需要克服回转体阻尼力和转动惯量等的作用。编码器主要负责采集电机转角信号，以便于实现闭环控制，不过应根据实际应用需求和条件决定是否安装编码器或其他传感器，如霍尔传感器。滚珠丝杠可将电机输出的旋转运动转化为直线运动。滑移平台用于固定工作负载。通过电动执行器的结构原理图可知：电动执行器的运行情况取决于电机特性及其控制系统，在一定程度上电机可以看做电动执行器的核心部件。在电动执行器中普遍使用的电机主要有3种，即步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机等。其中步进电机电动执行器具有成本低廉、控制简单等特点，所以其应用广。图中J为电机转动惯量；B为黏滞阻尼系数；T为电机输出转矩；ω为电机转速；m为负载质量；F为外部干扰力；v为滑动平台x方向的运行速度，均为表征电动执行器特性的重要参数。
图1 电动执行器结构原理图
2 控制系统设计
电动执行器控制系统基于微控制器TMS320F2812设计，执行机构选用步进电机，控制系统结构如图2所示。由图2可知，电动执行器控制系统主要包括上位机、CAN通信模块、微控制器、步进电机驱动电路、参数检测等部分。通过现场控制面板或者上位机设定相关参数；参数经CAN总线传送至控制器TMS320F2812，通过运算得到步进电机控制量，进而实现其速度、旋转角度等控制；步进电机的旋转输出经滚珠丝杠进行运动形式转化以及减速处理后进行阀杆控制，进而实现阀门开口度的控制。另外，步进电机一端装有霍尔传感器，用于电机转速和位置控制；阀门处装有流量、压力等传感器，采集的流量、压力等信号经简单处理后传送至控制器TMS320F2812的A/D模块，与设定值比较，得到偏差数值，通过调整步进电机位置和速度阀门开口精度，终实现自动控制。
看看这种电动执行器控制系统设计与应用！
图2 控制系统结构简图
2.1 步进电机驱动电路
当前，实际中普遍使用的步进电机驱动器体积比较大、成本比较高。为减小控制系统体积，本文不采用成品步进电机驱动器而是设计了一种步进电动机驱动电路并将其与微控制器做在一起。
步进电机驱动电路包括环形分配器和功率驱动2部分。其中，环形分配器既可以用软件实现也可以用硬件实现。考虑到微控制器的工作负担，提高可靠性，环形分配器通过硬件方式来实现，即选用集成电路。本文所述控制系统选用步进电机控制芯片PMM8713PT进行环形分配器设计。该芯片控制功能比较丰富，可用于两相或四相步进电机控制。因为步进电机所需驱动电流相对较大，所以要在步进电动机和控制器之间添加功率放大电路。另外，考虑到步进电机的高电平、大功率对控制器的干扰，TMS320F2812的控制接口不能直接与步进电机相连，需要添加隔离电路。
步进电机驱动电路如图3所示。TMS320F2812与PMM8713PT的接口共有6个，分别是GPIOA0－Em，GPIOA1－Co，GPIOA2－Eb，GPIOA3－Ea，GPIOA4－U/D，GPIOA5－Ck；PMM8713PT的Cd，Cu接地；引脚Ck接收TMS320F2812发送的脉冲；R和c引脚通过上拉电阻接高电平。其中，引脚GPIOA0用于判断环形分配器是否正常通电；引脚GPIOA1用于判断环形分配器是否能够正常接收TMS320F2812发出的脉冲信号；引脚GPIOA2和GPIOA3用于确定步进电机通电模式，当GPIOA2和GPIOA3引脚均为高电平时，步进电机通电模式为双四相4拍；当GPIOA2和GPIOA3引脚均为低电平时，步进电机通电模式为四相8拍；当GPIOA3为低电平、GPIOA2为高电平时，步进电机通电模式为四相4拍。当引脚Ck脉冲处于下降沿、GPIOA4引脚为高电平时，步进电机正转；当引脚Ck脉冲处于下降沿、GPIOA4引脚为低电平时，步进电机反转。1、2、3、4的输出信号分别用于控制步进电机四相绕组，该信号经功率放大电路和光耦电路处理后用于控制电机绕组。图3中仅给出一相绕组的电路，其余3相绕组的驱动方式相同。