高開關頻率的數(shù)字化比例閥控制器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種高開關頻率的數(shù)字化比例閥控制器，屬于比例閥技術領域。
【背景技術】
[0002] 電液比例閥控制技術廣泛應用于機械加工、工程機械、冶金等行業(yè)，比例閥控制的 基本原理是利用電磁鐵行程力的大小與流過它的電流大小成正比，通過控制流過比例閥電 磁鐵電流的大小，實現(xiàn)對液壓壓力、流量等控制。
[0003] 比例閥控制技術目前主要存在兩種控制方式、即模擬電路的控制和數(shù)字化控制方 式。
[0004]目前比例閥控制器的主要發(fā)展趨勢是采用脈寬調(diào)制技術控制比例閥的電磁線圈 電流，模擬電路控制方式由于其調(diào)試過程復雜，成本較高等因素而逐漸被數(shù)字化控制方式 所取代。利用脈寬調(diào)制的方法自然產(chǎn)生克服比例閥的滯環(huán)效應的振顫電流，這種方法難以 實現(xiàn)振顫電流的振顫頻率和幅值的分別調(diào)整，適應性較差，在工程實踐中難以達到較高的 控制精度。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種高開關頻率的數(shù)字化比 例閥控制器，解決現(xiàn)有技術中比例閥控制精度不高的技術問題。
[0006] 為解決上述問題，本實用新型所采用的技術方案是：一種高開關頻率的數(shù)字化比 例閥控制器，包括微處理器、通訊端口、驅(qū)動電路、功率放大電路、用于檢測比例閥位置信息 的位置檢測電路和用于檢測通過比例閥電磁線圈L1電流的電流檢測電路，通訊端口與微 處理器雙向通訊連接，位置檢測電路和電流檢測電路分別與微處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口的輸 入端連接；微處理器通過驅(qū)動電路連接功率放大電路，功率放大電路的輸出端與比例閥電 磁線圈電連接；微處理器通過通訊端口接收位置給定信號和電流給定信號；驅(qū)動電路接收 微處理器輸出的脈寬調(diào)制信號，控制功率放大電路，實現(xiàn)比例閥的位置控制或者比例閥電 磁線圈L1的電流控制。
[0007] 所述微處理器包括：
[0008] 位置控制器：用于實現(xiàn)比例閥位置控制，與位置檢測電路形成比例閥位置控制閉 環(huán)控制系統(tǒng)；
[0009] 選擇開關：輸入端分別連接位置控制器的輸出端和通訊端口的電流給定信號輸出 端，用于設定比例閥控制器采用位置閉環(huán)及電流閉環(huán)控制或僅采用電流閉環(huán)控制；
[0010] 數(shù)字振蕩器：與選擇開關的輸出端通過加法器連接，用于產(chǎn)生頻率和幅值可調(diào)的 振顫電流；
[0011] 電流限制環(huán)節(jié)：輸入端與加法器的輸出端連接，輸出端通過減法器與電流檢測電 路的輸出端連接，用于限制比例閥控制器輸出的最大電流；
[0012] 電流控制器：輸入端與減法器的輸出端連接，用于控制通過比例閥電磁線圈L1的 電流，與電流檢測電路形成比例閥電流控制閉環(huán)控制系統(tǒng)；
[0013] 脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)：與電流控制器的輸出端連接，用于產(chǎn)生控制脈沖信號；
[0014] 參數(shù)配置模塊；輸入端與通訊端口連接，輸出端分別與位置控制器、選擇開關、數(shù) 字振蕩器、電流限制環(huán)節(jié)和電流控制器連接，用于參數(shù)配置。
[0015] 所述功率放大電路包括MOS管Q1和三極管Q2，所述驅(qū)動電路包括用于驅(qū)動MOS管 Q1的驅(qū)動電阻R1、驅(qū)動電阻R2和用于驅(qū)動三極管Q2的驅(qū)動電阻R3、驅(qū)動電阻R4 ;微處理 器的脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)輸出端串聯(lián)驅(qū)動電阻R3后與三極管Q2的基極連接，串聯(lián)驅(qū)動電阻R4后 與三極管Q2的射極連接，三極管Q2的射極還通過導線接地，三極管Q2的源極串聯(lián)驅(qū)動電 阻R2后與MOS管Q1的柵極連接；MOS管Q1的柵極與源極之間串聯(lián)有驅(qū)動電阻Rl，MOS管 Q1的漏極串聯(lián)比例閥電磁線圈L1后與電流檢測電路連接。
[0016] 所述比例閥電磁線圈L1的兩端還并聯(lián)有續(xù)流二極管VI。
[0017] 所述電流檢測電路包括運算放大器Y1B、采樣電阻R7、電阻R5、電阻R6和電阻R8; 電阻R5與電阻R6通過電節(jié)點A電連接，采樣電阻R7與電阻R5通過電節(jié)點B電連接，電阻 R8與采樣電阻R7通過電節(jié)點C電連接，電節(jié)點A與運算放大器Y1B的同相輸入端電連接， 電節(jié)點B與比例閥電磁線圈L1電連接，電節(jié)點C接地，同時電節(jié)點C通過電阻R8與運算放 大器Y1B的反相輸入端電連接；運算放大器Y1B的反相輸入端與輸出端之間還連接有濾波 電路，所述濾波電路由并聯(lián)連接的濾波電容C1和濾波電阻R9組成；采樣電阻R7為電流采 樣電阻，阻值取〇? 05D〈R7〈0. 5D，R5、R6、R7、R8、R9的阻值選取滿足式（1):
[0018]
[0019] 即當比例閥電磁線圈L1中電流i=比例閥控制器最大電流Imax時，feedi= 3. 3V。
[0020] 所述通訊端口為CAN總線或異步串口。
[0021] 所述微處理器、通訊端口、驅(qū)動電路、功率放大電路、位置檢測電路和電流檢測電 路設置于同一印刷電路板上，并通過所述印刷電路板連接。設于同一印刷電路板上，增加系 統(tǒng)集成度、減小體積。
[0022] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型所產(chǎn)生的有益效果是：設置了位置檢測電路，形成比 例閥的位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，同時設置了電流檢測電路，形成比例閥電磁線圈的閉環(huán)控制系 統(tǒng)，能夠顯著提高比例閥的控制精度；參數(shù)可以根據(jù)需要隨意調(diào)整，重復精度高，減少了外 圍器件，節(jié)約設計成本；設置了電流限制環(huán)節(jié)，可以通過設置不同的最大電流用來適應不同 的比例閥，使比例閥控制器的適應范圍廣，通用性好；設置了數(shù)字振蕩器，用于產(chǎn)生消除比 例閥滯環(huán)效應的振顫電流，與電流給定信號進行疊加，可分別調(diào)整振顫幅值和振顫頻率，提 高比例控制精度及靈敏性。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本實用新型的電路原理框圖。
[0024] 圖2是本實用新型的控制方法的原理框圖。
[0025] 圖3是驅(qū)動電路、功率放大電路和電流檢測電流的電路圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本 實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
[0027] 如圖1所示，一種高開關頻率的數(shù)字化比例閥控制器，包括微處理器、通訊端口、 驅(qū)動電路、功率放大電路、用于檢測比例閥位置信息的位置檢測電路和用于檢測通過比例 閥電磁線圈L1電流的電流檢測電路，通訊端口與微處理器雙向通訊連接，位置檢測電路和 電流檢測電路分別與微處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口的輸入端連接；微處理器通過驅(qū)動電路連接 功率放大電路，功率放大電路的輸出端與比例閥電磁線圈電連接；微處理器通過通訊端口 接收位置給定信號和電流給定信號；驅(qū)動電路接收微處理器輸出的脈寬調(diào)制信號，控制功 率放大電路，實現(xiàn)比例閥的位置控制或者比例閥電磁線圈L1的電流控制。通訊端口可以為 CAN總線或異步串口。
[0028] 微處理器可選擇德州儀器公司的TMS320F28035型微處理器，如圖2所示，微處理 器包括：
[0029] 位置控制器：用于實現(xiàn)比例閥位置控制，與位置檢測電路形成比例閥位置控制閉 環(huán)控制系統(tǒng)。
[0030] 選擇開關：輸入端分別連接位置控制器的輸出端和通訊端口的電流給定信號輸出 端，用于設定比例閥控制器采用位置閉環(huán)及電流閉環(huán)控制或僅采用電流閉環(huán)控制。
[0031] 數(shù)字振蕩器：與選擇開關的輸出端通過加法器連接，用于產(chǎn)生頻率和幅值可調(diào)的 振顫電流。
[0032] 電流限制環(huán)節(jié)：輸入端與加法器的輸出端連接，輸出端通過減法器與電流檢測電 路的輸出端連接，用于限制比例閥控制器輸出的最大電流。
[0033] 電流控制器：輸入端與減法器的輸出端連接，用于控制通過比例閥電磁線圈L1的 電流，與電流檢測電路形成比例閥電流控制閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0034] 脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)：與電流控制器的輸出端連接，用于產(chǎn)生控制脈沖信號。
[0035] 參數(shù)配置模塊；輸入端與通訊端口連接，輸出端分別與位置控制器、選擇開關、數(shù) 字振蕩器、電流限制環(huán)節(jié)和電流控制器連接，參數(shù)配置模塊的數(shù)據(jù)來自通訊端口，并存儲在 微處理器中，用于參數(shù)配置。
[0036] 如圖3所示，功率放大電路包括MOS管Q1和三極管Q2，驅(qū)動電路包括用于驅(qū)動MOS 管Q1的驅(qū)動電阻R1、驅(qū)動電阻R2和用于驅(qū)動三極管Q2的驅(qū)動電阻R3、驅(qū)動電阻R4。
[0037] 微處理器的脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)輸出端串聯(lián)驅(qū)動電阻R3后與三極管Q2的基極連接，串 聯(lián)驅(qū)動電阻R4后與三極管Q2的射極連接，三極管Q2的射極還通過導線接地，三極管Q2的 源極串聯(lián)驅(qū)動電阻R2后與MOS管Q1的柵極連接；MOS管Q1的柵極與源極之間串聯(lián)有驅(qū)動 電阻Rl，MOS管Q1的漏極串聯(lián)比例閥電磁線圈L1后與電流檢測電路連接。
[0038] 比例閥電磁線圈L1的兩端還并聯(lián)有續(xù)流二極管VI。
[0039] 電流檢測電路包括運算放大器Y1B、采樣電阻R7、電阻R5、電阻R6和電阻R8。
[0040] 電阻R5與電阻R6通過電節(jié)點A電連接，采樣電阻R7與電阻R5通過電節(jié)點B電 連接，電阻R8與采樣電阻R7通過電節(jié)點C電連