工业生产过程自动调节系统一般由检测器、调节器、执行器和调节对象组成，其中执行器是不可或缺的重要组成部分。作为工业过程控制系统中的终端产品，它在自动控制系统中发挥着不可替代的作用。随着经济的快速发展和自动化程度的提高，执行器的应用范围越来越广泛，已从原石油、化工、冶金、电站等领域发展到食品、制药、能源、供水、环保等自动控制领域。国家对执行器的需求不仅巨大，而且品种、规格越来越高，对执行器性能、应用范围提出了更高的要求[1、2]，随着微电子技术、电力电子技术、微机控制技术、通信技术等现代科学的发展，国内外相关企业和研究机构长期跟进研究，逐步形成多功能、智能、远程控制、故障自诊断等技术。
我国执行器发展现状
自20世纪50年代末以来，中国模仿了前苏联和西德的气动调节阀。经过20世纪60年代中期的行业调整，中国逐渐形成了自己的气动调节阀系列产品；20世纪70年代初，它逐渐发展起来DDZ-II、DDZ-III电动执行器[3]；自20世纪80年代以来，随着电力电子技术的发展，没有触点DKJ型角行程和DKZ直行程电动执行机构进入市场，也是中国最早、唯一生产的电动执行机构[4]；20世纪90年代初，仪器仪表行业组织DDZ-S仪器与执行机构的联合开发初步实现了控制仪器和过程控制的数字技术。由于我国工业技术基础薄弱，水平相对较低，工业生产过程中自动化程度较低，对控制仪器的要求一般不高，客观上导致部分厂家不投资这个方向，加上国家建国后一段时间没有意识到发展执行机构的意义。由于这些原因，我国执行机构的发展速度远远落后于其他控制仪器。自改革开放以来，执行机构的发展速度加快了很多，但技术的进步是一个客观的过程，只有相关的技术都取得进步才能促使执行器更快的发展，近些年来一些厂家为了片面追求效益，只引进国外产品组装，相对的技术消化和技术人才的梯队培养没有跟上，致使国内的相关技术相比国外先进技术落后十几年的时间。
目前，中国有数十家执行器制造商，但在控制精度、智能水平和安全性能方面处于较低水平。其中，天津仪表7厂、上海仪表11厂、重庆四川仪表10厂、四厂、大连第三仪表厂、扬州电力修理厂、鞍山热工仪表厂等相对较大的厂家，其中天津仪表7厂、重庆四川仪表10厂是电动执行器的专业厂家，可提供多种规格的电动执行器，但与国外相比，品种规格相对单一，没有形成系列。此外，防爆、核产品和特殊环境产品基本上都需要从国外进口。
与普通电动执行器相比，具有变频功能的智能执行器与国外差距较大。在中国，重庆四川仪器十厂的技术代表了该行业的先进水平。工厂开发的具有变频控制技术的智能电动执行器可以实现双向扭矩、独立速度和广泛调整，特别是在S实现力平衡的动态定位技术可以显著提高交流电机的定位精度和响应速度。
2 国外执行器发展现状
与国内执行器行业技术落后相比，国外相关行业在数字化、智能化、网络化、机电一体化等方面处于领先水平。在应用领域的广度、技术储备的深度、产品的规格和型号等方面。
目前，德国是国外的智能变频执行器SIPOS、法国BERNARD、英国ROTORK、美国VALTEK型智能执行器生产厂商基本代表了该领域的世界先进水平。主要表现在以下几个特点[5，6]：
2.1 智能控制。
智能变频控制技术是智能电动执行器变频技术的核心。VALTEK公司的Starpac智能阀门电动装置能响应外部4~20mA然后由模拟信号RS-485通信口发来的数字信号按自身程序设定的参数进行PID控制[7]。
2.2 自我保护功能。
完善的自我诊断和自我保护功能可以减少技术人员的工作量，提高产品的使用寿命。SIPOS5FLASH以一系列智能执行器为例，将变频装置与控制器独特结合，在电机行程进入终端时可以采用相对较低的速度。这样，由于电机和齿轮的动能降低，冲击降低，避免了过扭矩和惯性对阀门的碰撞。
2.3 丰富的在线显示功能和通信功能。
几乎每个先进的智能产品都采用了LCD同时还添加了一些产品LED发光指示。通信功能可以方便操作人员和研发人员控制机器，如SIPOS5FLASH该系列可以方便地选择本地和远程操作RS232C设置和调试串口和现场总线。
2.4 智能自我诊断功能完善。
智能执行器通过智能判断产品故障LCD现实或通过LED发光报警，维修人员非常方便，减轻了工作量。
2.5 变频调速技术。
采用变频调速技术，在定位精度和稳定性、柔性调节控制、宽范围调节、输出扭矩和速度、减少备件类型和数量等方面表现出优异的性能。
2.6 模块化设计和综合结构设计。
采用综合结构设计，大大简化了整个系统的设计、安装、操作和维护。模块化设计可以更方便设备的调试和拆卸，为用户提供最大的便利，节省更换所有设备的额外成本。
3 智能电动执行器的组成及基本工作原理
传统电动执行器功能相对简单，伺服放大器和执行器可以完成基本功能设计，但智能电动执行器完成人机交互、智能控制、通信等相对复杂的功能，需要在传统电动执行器的基础上添加一些新模块来支持这些功能。智能电动执行器的结构图如图1所示。
图1
从图1可以看出，智能执行器的基本功能模块主要由主控制单元、接口模块、电源模块、功率驱动模块、伺服驱动控制模块和检测反馈模块组成。智能电动执行器的主控制单元接受CAN总线传输的上位机命令，结合检测传感器反馈的信号，主控CPU计算所需的速度控制信号，然后将信号传输到伺服驱动控制模块，功率驱动模块驱动电机旋转，使控制对象（阀门）的开度在理想时间内达到合理位置。智能电动执行器利用现场总线通信技术将伺服放大器与功率驱动模块紧密连接，实现双向通信、在线校准、自诊断、保护等功能，大大提高了控制精度和设备运行安全[8、9]。
4 智能执行器的变频控制策略
交流电机变频调速是在现代微电子技术的基础上发展起来的一种新技术。其调速性能优于传统直流电机，具有调速平稳、调速范围宽、效率高、结构简单、运行安全可靠等优点。变频技术在智能执行器中的应用进一步提高了执行器的性能和适用性[10，11]，包括定位精度和稳定性、灵活调节控制、宽范围调节、输出扭矩和速度，减少了备件的类型和数量。
由于PWM该技术可以抑制谐波，同时实现变频变压，广泛应用于交流传动领域。基于交流电机的智能电动执行器执行机构PWM控制技术在电机变频调速中的优异性能，因此采用了PWM变频控制技术已成为智能执行器的核心。
基于相电压控制SPWM法律应用广泛，技术成熟PWM控制技术。该控制技术要求电路结构简单，成本低，能满足一般传动的平稳调速要求。但在低频阶段，动态扭矩能力和静态调速性能差，系统性能低，稳定性差。
电压空间矢量（SVPWM）控制模式是一次生成三相调制波形，通过切割多边形接近圆来控制。在以后的实际使用过程中，引入了频率补偿技术，可以减弱速度控制的误差。然而，该控制模式有许多控制电路链接，并且没有引入扭矩调整，因此该控制模式的系统并没有从根本上改进[12]。
针对上述控制方法的性能不足，提出了矢量控制变频调速方法。该控制方法的主要思想是通过测量和控制异步电机的定子电流矢量，根据磁场定向原理分别控制励磁电流和扭矩电流，同时控制两个重量之间的振幅值和相位，即控制定子电流矢量，从而达到控制扭矩的目的。但在实际应用过程中，由于转子磁链不易准确观察，电机参数对系统特性影响较大，直流电机后矢量旋转变化复杂，难以达到理论分析的理想结果[13]。
1985年，德国鲁尔大学DePenbrock教授提出了直接扭矩控制变频技术。该方法的基本思想是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，控制电机的磁链和扭矩，消除了交流电机在矢量变频控制技术模式下作为直流电机种类的复杂矢量旋转转换计算，不需要简化交流电机模型，在很大程度上解决了矢量变频控制的不足[14]。
5 发展趋势
任何技术的进步都与其他相关技术的进步密切相关，执行机构的发展也与微电子技术、电力电子技术、自动控制技术、网络技术、机电一体化技术的进步密切相关。随着这些相关技术的发展，智能执行机构的发展趋势是：智能变频技术、模块化设计技术、高效变频电机和传动技术、S9工作系统、动力平衡定位技术、故障诊断与保护技术、现场总线技术、抗电磁干扰技术、机电一体化结构、数字控制技术等[15、16]。
参考文献
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