專利名稱：雙路數(shù)字比例閥放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種雙路數(shù)字比例閥放大器。
背景技術(shù)：
在エ業(yè)生產(chǎn)過程、工程機(jī)械、自動(dòng)化生產(chǎn)線中，或機(jī)器人、船舶、航空等エ業(yè)部門對(duì)液壓系統(tǒng)的要求越來越高，傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)在一些エ業(yè)領(lǐng)域中己難以滿足要求。而隨著電子元器件性能的大幅度提高，價(jià)格下降，使得電液比例技術(shù)發(fā)展迅速，因此，如何更好的將電子技木、現(xiàn)代控制策略有機(jī)的與比例技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，使電液比例技術(shù)在控制性能、エ業(yè)適應(yīng)性等方面進(jìn)ー步完善、提高，已成為國內(nèi)外推動(dòng)液壓技術(shù)發(fā)展的重要課題。目前，電液比例集成控制裝置已成為電液比例器件發(fā)展的ー種趨勢(shì)，由專用集成控制裝置及控制策略構(gòu)成的液壓集成模塊將進(jìn)ー步開拓電液比例器件的應(yīng)用范圍，比例放大器作為電液比例集成控制裝置的ー個(gè)重要組成元件，對(duì)于推動(dòng)電液比例集成控制裝置的技術(shù)進(jìn)步舉足輕重。 目前比例閥放大器均采用大量的模擬電路實(shí)現(xiàn)各種功能控制，由于放大器需要調(diào)整參數(shù)較多、調(diào)整過程也比較繁瑣，因此需要用到的模擬功能電路非常繁雜，控制精度不高，而成本卻非常高昂。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種控制精度高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙路數(shù)字比例閥放大器。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該雙路數(shù)字比例閥放大器，其特征在于包括輸入接ロ電路，用于將輸入的電流和/或電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為ARM主控制器適用的電壓信號(hào)，然后再送給ARM主控制器中的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；ARM主控制器，輸入接ロ電路的輸出端與ARM主控制器的輸入端相連，該ARM控制器包括斜坡發(fā)生器、階躍發(fā)生器、顫振信號(hào)、線性度控制器和PID控制器，參數(shù)輸入接ロ與上位機(jī)相連；第一功率放大驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與ARM主控制器的輸出端相連,輸出端與第一比例閥相連，用于控制比例閥的第一路電磁鐵；第二功率放大驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與ARM主控制器的輸出端相連，輸出端與第二比例閥相連，用于控制比例閥的第二路電磁鐵；電源電路，為ARM主控制器、輸入接ロ電路、第一功率放大驅(qū)動(dòng)電路和第二功率放大驅(qū)動(dòng)電路提供所需的穩(wěn)定電源；比例閥閥芯位移傳感器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量比例閥閥芯位移量；測(cè)量放大電路，輸入端與比例閥閥芯位移傳感器相連，輸出端與ARM主控制器相連。[0013]為滿足ARM主控制器中控制程序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的需要，本實(shí)用新型提供的雙路數(shù)字比例閥放大器還包括外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，外擴(kuò)的存儲(chǔ)器方便存儲(chǔ)比例放大器的各種參數(shù)，并且使比例放大器的運(yùn)行狀態(tài)在掉電后也能有效保存。為了與上位機(jī)進(jìn)行通信，本實(shí)用新型提供的雙路數(shù)字比例閥放大器還包括串ロ通信電路和USB通信電路和CAN總線接ロ電路，ARM主控制器采用的芯片可以通過RS232串ロ通信接ロ與上位機(jī)進(jìn)行通信，不僅可以將上位機(jī)界面設(shè)置的參數(shù)發(fā)送到ARM主控制芯片中，同時(shí)也能將當(dāng)前的電磁鐵運(yùn)行各參數(shù)顯示在上位機(jī)界面上，給工作人員了解比例閥運(yùn)行狀況、調(diào)試設(shè)備等帶來極大的方便，此外，USB通信模塊和CAN總線接ロ模塊，以方便將來放大器功能升級(jí)和聯(lián)機(jī)調(diào)試。較好的，所述輸入接ロ電路包括模擬量接ロ電路和數(shù)字量接ロ電路，模擬量接ロ電路可以接受4 20mA電流或者-10 +IOV電壓的模擬輸入。由于ARM控制器芯片自帶的A/D轉(zhuǎn)換器只能輸入較小電壓，因此需要把輸入4 20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為較小電壓信 號(hào)輸入，然后再送給ARM控芯片的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。同理，-10 +IOV電壓模擬量輸入也需要先轉(zhuǎn)換為較小電壓信號(hào)輸入，然后再送給ARM主控芯片的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)字量接ロ電路四路接ロー共對(duì)應(yīng)16種工作狀態(tài)，四路數(shù)字量輸入接ロ均采用+12V電壓輸入；當(dāng)其中任意一位接+12V電壓時(shí)，則該路被選通。選通路的設(shè)定值輸入信號(hào)由變阻器調(diào)節(jié)得到。再改進(jìn)，所述功率放大驅(qū)動(dòng)電路采用反接卸荷式功率驅(qū)動(dòng)電路，反接卸荷式功率驅(qū)動(dòng)電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的功率放大驅(qū)動(dòng)電路，在未對(duì)供電電源、大功率整流元件及大功率功放管提出特殊要求的前提下，能顯著提高了比例電磁鐵線圈電流的衰減速度，從而提高了比例電磁鐵的動(dòng)態(tài)頻寬。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在干采用ARM為主控制器，將斜坡、階躍、線性度、顫振信號(hào)等環(huán)節(jié)通過ARM控制器來實(shí)現(xiàn)，其參數(shù)可以通過上位機(jī)軟件來設(shè)定，同時(shí)部分參數(shù)也可以通過電位器來調(diào)節(jié)，不僅可以有效的解決上述傳統(tǒng)模擬式比例放大器的弊端，而且經(jīng)濟(jì)性更高，可靠性更好，操作靈活簡(jiǎn)單，使用維護(hù)簡(jiǎn)捷方便，具有廣闊的應(yīng)用前
旦
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圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例中雙路數(shù)字比例閥放大器的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中功率放大驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中測(cè)量放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。如圖I所示的雙路數(shù)字比例閥放大器，其ARM為主要控制芯片，包括輸入接ロ電路、ARM主控制器、電源電路、外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、第一功率放大驅(qū)動(dòng)電路、第二功率放大驅(qū)動(dòng)電路、通信電路和用于實(shí)時(shí)測(cè)量比例閥閥芯位移量的比例閥閥芯位移傳感器以及測(cè)量放大電路，用以控制雙路電磁鐵比例閥。輸入接ロ電路，用于將輸入的電流和/或電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為ARM主控制器適用的電壓信號(hào)，然后再送給ARM主控制器中的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；輸入接ロ電路包括模擬量接ロ電路I和數(shù)字量接ロ電路2，模擬量接ロ電路I可以接受4 20mA電流或者-10 +IOV電壓的模擬輸入；由于ARM主控制器芯片自帶的A/D轉(zhuǎn)換器只能輸入較小電壓，因此需要把輸入4 20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為較小電壓信號(hào)輸入，然后再送給ARM主控芯片的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；同理，-10 +IOV電壓模擬量輸入也需要先轉(zhuǎn)換為較小電壓信號(hào)輸入，然后再送給ARM主控芯片的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)字量接ロ電路2的四路接ロ一共對(duì)應(yīng)16種工作狀態(tài)，四路數(shù)字量輸入接ロ均采用+12V電壓輸入；當(dāng)其中任意一位接+12V電壓時(shí)，則該路被選通；選通路的設(shè)定值輸入信號(hào)由變阻器調(diào)節(jié)得到。ARM主控制器3由ARM控制器及相應(yīng)的外圍電路組成，主要用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并輸出信號(hào)給第一功率放大驅(qū)動(dòng)電路和第二功率放大驅(qū)動(dòng)電路；模擬量輸入接ロ電路I和數(shù)字量接ロ電路2的輸出端與ARM主控制器23的輸入端相連；其包括斜坡發(fā)生器、階躍發(fā)生器、顫振信號(hào)、線性度控制器；與傳統(tǒng)模擬式比例閥放大器不同，信號(hào)處理電路均由ARM控制器內(nèi)部處理，省去了大量的模擬電路；電流控制器亦由ARM控制器實(shí)現(xiàn)，其輸入為ARM主控制器和電流反饋信號(hào)的差值，內(nèi)部為PI控制器以實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)控制，ARM控制器的參數(shù)輸入接ロ與上位機(jī)相連；其參數(shù)可以通過上位機(jī)人機(jī)界面軟件來設(shè)定，同時(shí)部分參數(shù)也 濟(jì)性更高，可靠性更好，操作靈活簡(jiǎn)單，使用維護(hù)簡(jiǎn)捷方便，具有廣闊的應(yīng)用前景。第一功率放大驅(qū)動(dòng)電路4和第二功率放大驅(qū)動(dòng)電路5采用反接卸荷式功率驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與ARM主控制器的輸出端相連，輸出端分別與比例閥相連，用于控制比例閥的兩路電磁鐵；功率放大驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)PWM由ARM控制器產(chǎn)生，控制信號(hào)通過光耦進(jìn)行放大控制MOS管,反相器、光稱和MOS管構(gòu)成卸荷回路,參見圖2所示；反接卸荷式功率放大級(jí)電路以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的功率放大驅(qū)動(dòng)電路，在未對(duì)供電電源、大功率整流元件及大功率功放管提出特殊要求的前提下，顯著提高了比例電磁鐵線圈電流的衰減速度，從而提高了比例電磁鐵的動(dòng)態(tài)頻寬。電源電路6，為ARM主控制器、輸入接ロ電路和功率放大驅(qū)動(dòng)電路提供所需的穩(wěn)定電源；電源電路模塊的輸入是24V直流電源，根據(jù)需要，輸出電壓可以提供主控芯片、運(yùn)算放大器等器件正常工作所需的各種穩(wěn)定電源，包括±12V、5V、3. 3V、2. 5V。為滿足ARM控制程序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的需要，外擴(kuò)了外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路7，存儲(chǔ)器方便存儲(chǔ)比例放大器的各種參數(shù)，并且使比例放大器的運(yùn)行狀態(tài)在掉電后也能有效保存。為了與上位機(jī)進(jìn)行通信，本實(shí)施例設(shè)計(jì)了串ロ通信電路8，ARM主控制器芯片可以通過RS232串ロ通信接ロ與上位機(jī)進(jìn)行通信，不僅可以將上位機(jī)界面設(shè)置的參數(shù)發(fā)送到ARM主控制芯片中，同時(shí)也能將當(dāng)前的電磁鐵運(yùn)行各參數(shù)顯示在上位機(jī)界面上，給工作人員了解比例閥運(yùn)行狀況、調(diào)試設(shè)備等帶來極大的方便。此外，本實(shí)施例還設(shè)計(jì)了 USB通信電路9和CAN總線接ロ電路10，以方便將來放大器功能升級(jí)和聯(lián)機(jī)調(diào)試。比例閥閥芯位移傳感器11，用于實(shí)時(shí)測(cè)量比例閥閥芯的位移量；測(cè)量放大電路12的輸入端與比例閥閥芯位移傳感器11相連，輸出端與ARM主控制器3相連；在位移電反饋比例控制放大器中，通過裝在比例閥上的位移傳感器構(gòu)成電反饋閉環(huán)，測(cè)量放大電路總體結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示；正弦波振蕩器能產(chǎn)生頻率和幅值穩(wěn)定的高頻正弦波，其輸出分為兩路一路輸入到比例閥上自帶的位移傳感器中，經(jīng)傳感器后輸出與輸入正弦波同頻率的高頻載波被測(cè)信號(hào)；另一路作為參考信號(hào)，用來鑒別經(jīng)傳感器后的高頻載波信號(hào)的相位；由于參考與傳感器輸出的載波被測(cè)信號(hào)同頻但有一定的相位差，當(dāng)他們經(jīng)過相敏檢波電路后，根據(jù)相敏檢波電路的鑒相特性，輸出信號(hào)的大小與相位差有確定的函數(shù)關(guān)系，因而輸出 信號(hào)大小與閥芯位移也成一定的函數(shù)關(guān)系。
權(quán)利要求1.一種雙路數(shù)字比例閥放大器，其特征在干包括 輸入接ロ電路，用于將輸入的電流和/或電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為ARM主控制器適用的電壓信號(hào)，然后再送給ARM主控制器中的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； ARM主控制器，輸入接ロ電路的輸出端與ARM主控制器的輸入端相連，該ARM控制器包括斜坡發(fā)生器、階躍發(fā)生器、顫振信號(hào)、線性度控制器和PID控制器，參數(shù)輸入接ロ與上位機(jī)相連； 第一功率放大驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與ARM主控制器的輸出端相連，輸出端與比例閥相連，用于控制比例閥的第一路電磁鐵； 第二功率放大驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與ARM主控制器的輸出端相連，輸出端與比例閥相連，用于控制比例閥的第二路電磁鐵； 電源電路，為ARM主控制器、輸入接ロ電路、第一功率放大驅(qū)動(dòng)電路和第二功率放大驅(qū)動(dòng)電路提供所需的穩(wěn)定電源； 比例閥閥芯位移傳感器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量比例閥閥芯的位移量； 測(cè)量放大電路，輸入端與比例閥閥芯位移傳感器相連，輸出端與ARM主控制器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙路數(shù)字比例閥放大器，其特征在于還包括外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙路數(shù)字比例閥放大器，其特征在于還包括串ロ通信電路和/或USB通信電路和/或CAN總線接ロ電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙路數(shù)字比例閥放大器，其特征在于所述輸入接ロ電路包括模擬量接ロ電路和數(shù)字量接ロ電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙路數(shù)字比例閥放大器，其特征在于所述第一、第二功率放大驅(qū)動(dòng)電路均采用反接卸荷式功率驅(qū)動(dòng)電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種雙路數(shù)字比例閥放大器，其特征在于包括輸入接口電路；ARM主控制器，輸入接口電路的輸出端與ARM主控制器的輸入端相連，該ARM控制器包括斜坡發(fā)生器、階躍發(fā)生器、顫振信號(hào)、線性度控制器和PID控制器，參數(shù)輸入接口與上位機(jī)相連；第一功率放大驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與ARM主控制器的輸出端相連，輸出端與比例閥相連，用于控制比例閥的第一路電磁鐵；第二功率放大驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與ARM主控制器的輸出端相連，輸出端與比例閥相連，用于控制比例閥的第二路電磁鐵；電源電路；比例閥閥芯位移傳感器；測(cè)量放大電路，輸入端與比例閥閥芯位移傳感器相連，輸出端與ARM主控制器相連。本實(shí)用新型經(jīng)濟(jì)性高，可靠性好，操作靈活簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H03F3/20GK202550969SQ20122012732
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者崔劍, 張策, 陳飛飛 申請(qǐng)人:寧波華液機(jī)器制造有限公司