專利名稱：用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)物在回路仿真試驗(yàn)的電子合成電阻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)物在回路仿真試驗(yàn)中的電阻類傳感器的信號(hào)模擬，涉及使用運(yùn)算放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器或乘法器實(shí)現(xiàn)電阻值變化的高精度模擬，并能適應(yīng)控制器的不同類型的電阻信號(hào)調(diào)理電路接口，屬于控制系統(tǒng)仿真技術(shù)領(lǐng)域。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中一般會(huì)用到幾種電阻型傳感器，比如熱電阻溫度傳感器，橋臂電阻隨壓力大小而改變的壓力傳感器，電位計(jì)式位置傳感器等。在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)物在回路仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中，需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型的輸出動(dòng)態(tài)地模擬電阻類傳感器的信號(hào)變化，即需要?jiǎng)討B(tài)地模擬阻值的變化，用于構(gòu)成控制系統(tǒng)的閉環(huán)仿真回路，模擬電阻值跟蹤模型的實(shí)時(shí)性和精確性直接決定了仿真系統(tǒng)的有效性和置信度。
背景技術(shù)：
電阻類傳感器一般有熱電阻溫度傳感器、電位器式位移傳感器、電阻應(yīng)變式壓力傳感器等。模擬電阻阻值動(dòng)態(tài)變化通常采用如下幾種方法
Ca)使用繼電器或電子開(kāi)關(guān)在電阻箱中通過(guò)不同阻值的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)可變電阻；
(b)使用數(shù)字電位器切換半導(dǎo)體電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)可變電阻；
(c)使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電位器實(shí)現(xiàn)可變電阻；
(d)使用增益控制電路和運(yùn)算放大器組成單口網(wǎng)絡(luò)的電子合成電阻。在這些方法中，
方法(a)的精度取決于電阻箱中電阻的阻值和數(shù)量，不僅體積較大，分辨率也較差，而且繼電器觸點(diǎn)電阻也會(huì)影響電阻模擬精度；
方法(b)中由于串入了較大的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻且溫度穩(wěn)定性差，其精度得不到保證；方法(c)體積大，其精度取決于位置傳感器和電機(jī)的控制精度，在實(shí)現(xiàn)高精度的同時(shí)將會(huì)帶來(lái)高成本的問(wèn)題；
方法(d)采用電子合成的方法，通過(guò)對(duì)激勵(lì)電壓的增益控制，從而控制模擬電阻值的變t匕，但模擬精度不理想，且局限于控制器要采用恒壓激勵(lì)并且電阻負(fù)端與模擬器共地，模擬器的適配能力差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的是一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)物在回路仿真試驗(yàn)的電子合成電阻，其目的旨在解決發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)物在回路仿真試驗(yàn)中的電阻類傳感器的信號(hào)模擬問(wèn)題，涉及使用運(yùn)算放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器或乘法器實(shí)現(xiàn)電阻值變化的高精度模擬，并能適應(yīng)控制器的不同類型的電阻信號(hào)調(diào)理電路接口。本發(fā)明的技術(shù)解決方案用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)物在回路仿真試驗(yàn)的電子合成電阻，其結(jié)構(gòu)是控制器電路的正端電壓信號(hào)輸出端與緩沖器的信號(hào)輸入端和標(biāo)準(zhǔn)電阻相接，緩沖器的信號(hào)輸出端與放大器的信號(hào)輸入端相接，放大器的信號(hào)輸出端與增益控制電路的基準(zhǔn)電壓信號(hào)輸入端相接；增益控制電路的變比可控電壓信號(hào)輸出端與衰減器的信號(hào)輸入端相接；衰減器的信號(hào)輸出端與控制器的負(fù)端電壓信號(hào)輸入端相接。本發(fā)明的有益效果I)相對(duì)于現(xiàn)有的使用增益控制電路和運(yùn)算放大器組成單口網(wǎng)絡(luò)的電子合成電阻方法，本發(fā)明通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)電壓信號(hào)的放大，克服了增益控制電路因基準(zhǔn)電壓信號(hào)較小時(shí)其變比控制受噪聲影響嚴(yán)重的問(wèn)題，從而提高信噪比，保證增益控制電路工作在合理的范圍，從而有效提高電阻模擬精度；2)相對(duì)于現(xiàn)有的使用增益控制電路和運(yùn)算放大器組成單口網(wǎng)絡(luò)的電子合成電阻方法，本發(fā)明的電子合成電阻電路采用隔離電源供電，使電子合成電阻電路的地電位獨(dú)立于控制器電路參考地，從而使電子合成電阻電路不但適用于共地的恒壓激勵(lì)應(yīng)用電路，而且還適用于不共地的恒電流激勵(lì)或恒定壓差激勵(lì)的控制器電路，增強(qiáng)所述電子合成電阻的適配能力。


附圖I是本發(fā)明的原理框圖。附圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施電路原理圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)照?qǐng)D1，用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)物在回路仿真試驗(yàn)的電子合成電阻的結(jié)構(gòu)是控制器的正端電壓信號(hào)輸出端與緩沖器的信號(hào)輸入端相接，緩沖器的信號(hào)輸出端與運(yùn)算放大器的信號(hào)輸入端相接，運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端與電子合成電阻電路的信號(hào)輸入端相接；電子合成電阻電路的變比可控電壓信號(hào)輸出端與衰減器的信號(hào)輸入端相接；衰減器的信號(hào)輸出端與控制器的負(fù)端電壓信號(hào)輸入端相接。構(gòu)造方法，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻(RO)將控制器電路的激勵(lì)電流轉(zhuǎn)換成電子合成電阻正端電壓信號(hào)VR+ ;對(duì)正端電壓信號(hào)VR+放大-A倍得到增益控制電路的基準(zhǔn)電壓信號(hào)；通過(guò)帶外部參考的DA電路或一個(gè)乘法器構(gòu)成增益控制電路實(shí)現(xiàn)變比(K)的控制；將增益控制電路產(chǎn)生的變比受控的電壓信號(hào)衰減1/A倍，得到電子合成電阻的負(fù)端電壓信號(hào)VR-=K*VR+ ；電子合成電阻電路的地電位相對(duì)于控制器電路的參考地浮動(dòng)；所述的電子合成電阻正端和負(fù)端電位差與流過(guò)所述標(biāo)準(zhǔn)電阻的激勵(lì)電流之比值即為電子合成電阻(R)的阻值，即電阻(R) =(1+K)R0，通過(guò)控制增益控制電路的變比K控制合成電阻的阻值。將合成電阻正端電壓信號(hào)放大-A倍得到增益控制電路的基準(zhǔn)電壓信號(hào)，將增益控制電路產(chǎn)生的變比受控的電壓信號(hào)衰減1/A倍以完全抵消對(duì)基準(zhǔn)電壓信號(hào)的放大作用，得到電子合成電阻的負(fù)端電壓信號(hào)，克服增益控制電路因基準(zhǔn)電壓信號(hào)較小時(shí)其變比控制受噪聲影響嚴(yán)重的問(wèn)題，從而提高信噪比，保證增益控制電路工作在合理的范圍，從而有效提聞電阻1旲擬精度。電子合成電阻電路供電，使用隔離電源供給，使電子合成電阻電路的地電位獨(dú)立于控制器電路參考地，使電子合成電阻電路不但適用于共地的恒壓激勵(lì)應(yīng)用電路，而且還適用于不共地的恒電流激勵(lì)或恒定壓差激勵(lì)的控制器電路，增強(qiáng)所述電子合成電阻的適配能力。
實(shí)施例如圖2所示，右側(cè)方框表示控制器，其參考地位AGND，左側(cè)為電子合成電阻電路原理圖。電子合成電路采用+/-15V電源供電，參考地電位為BGND，AGND和BGND允許處于不同電位上，或者說(shuō)電子合成電路的參考地允許相對(duì)于控制器浮動(dòng)。電子合成電路中，UU U2、U4為精密運(yùn)算放大器0P77，分別用作為緩沖器、放大器和衰減器;U3為乘法器AD633，用作增益控制電路。分別用作為緩沖器、放大器和衰減器；C1、C2、C3、C4、C6、C7、C9、C10為O. IuF的電容，作為相應(yīng)芯片的電源去耦電容，以減少電源
噪聲的影響。電子合成電路有3個(gè)外部信號(hào)端口，其中VR+和VR-為控制器的電阻接口，其電位對(duì)應(yīng)合成電阻的正端電位和負(fù)端電位；vc為電子合成電路的控制端口，其電壓的高低對(duì)應(yīng)了增益控制電路的變比，VC=-IO IOV時(shí)對(duì)應(yīng)變比K=-I I。控制器的激勵(lì)電流流過(guò)RO產(chǎn)生相對(duì)于電子合成電路的電位VR+，在電阻RO上并聯(lián)一個(gè)電容CO是為了吸收激勵(lì)電流中的噪聲干擾。VR+經(jīng)緩沖電路Ul后進(jìn)入放大器U2，U2構(gòu)成一個(gè)反相放大器，增益為-R2/R1=_50，因此增益控制電路的參考電壓為-50*VR+。電阻·R2上并聯(lián)的電容C5是為了濾除信號(hào)中的高頻噪聲。增益控制電路是通過(guò)乘法器U3 (AD633)實(shí)現(xiàn)的。乘法器U3 (AD633)的輸出端W是乘法器U3 (AD633)的Xl端的基準(zhǔn)電壓_50*VR+與控制端Yl端的控制電壓VC決定的變比K的乘積，于是乘法器U3 (AD633)的輸出端W端的電壓為-50*K*VR+。電阻R3、電阻R4構(gòu)成50:1的分壓器，與緩沖器U4配合構(gòu)成衰減比為1/50的衰減器，與電陰R4并聯(lián)的電容是為了濾除信號(hào)中的高頻噪聲，于是得到合成電阻負(fù)端電位VR-=-K*VR+。根據(jù)歐姆定律，合成電阻R= (VR+-VR-) / (VR+/R0) = (1+K) RO 取RO=IOO歐姆，于是有
VC=IOV 時(shí)，K=I，R=2*R0=200 歐姆；
VC=OV 時(shí)，K=O，R=RO=IOO 歐姆；
VC=-IOV 時(shí)，K=-I，R=O 歐姆。電子合成電路中的Pl和P2是調(diào)零電位器，以消除電子合成電路中零點(diǎn)偏置。調(diào)零方法是，在控制器激勵(lì)電流為O時(shí)，調(diào)節(jié)Pl使乘法器U3的Xl端電位為O ;在控制電壓VC為O時(shí)，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器P2時(shí)緩沖器U4的輸出端VR-為O。
權(quán)利要求
1.用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)物在回路仿真試驗(yàn)的電子合成電阻，其特征是控制器電路的正端電壓信號(hào)輸出端與緩沖器的信號(hào)輸入端相接，緩沖器的信號(hào)輸出端與放大器的信號(hào)輸入端相接，放大器的信號(hào)輸出端與增益控制電路的基準(zhǔn)電壓信號(hào)輸入端相接；增益控制電路的變比可控電壓信號(hào)輸出端與衰減器的信號(hào)輸入端相接；衰減器的信號(hào)輸出端與控制器的負(fù)端電壓信號(hào)輸入端相接。
2.如權(quán)利要求I的用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)物在回路仿真試驗(yàn)的電子合成電阻的構(gòu)造方法，其特征是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻(RO )將控制器電路的激勵(lì)電流轉(zhuǎn)換成電子合成電阻正端電壓信號(hào)VR+ ;對(duì)正端電壓信號(hào)VR+放大-A倍得到增益控制電路的基準(zhǔn)電壓信號(hào)_A*VR+ ;通過(guò)帶外部參考的DA電路或一個(gè)乘法器構(gòu)成增益控制電路實(shí)現(xiàn)變比(K)的控制；將增益控制電路產(chǎn)生的變比受控的電壓信號(hào)衰減1/A倍，得到電子合成電阻的負(fù)端電壓信號(hào)VR-=-K*VR+ ；電子合成電阻電路的地電位相對(duì)于控制器電路的參考地浮動(dòng)；所述的電子合成電阻正端和負(fù)端電位差與流過(guò)所述標(biāo)準(zhǔn)電阻的激勵(lì)電流之比值即為電子合成電阻(R)的阻值，即電阻(R) =(1+K)R0，通過(guò)控制增益控制電路的變比K控制合成電阻的阻值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)物在回路仿真試驗(yàn)的電子合成電阻的構(gòu)造方法，其特征是將合成電阻正端電壓信號(hào)放大-A倍得到增益控制電路的基準(zhǔn)電壓信號(hào)，將增益控制電路產(chǎn)生的變比受控的電壓信號(hào)衰減1/A倍以完全抵消對(duì)基準(zhǔn)電壓信號(hào)的放大作用，得到電子合成電阻的負(fù)端電壓信號(hào)，克服增益控制電路因基準(zhǔn)電壓信號(hào)較小時(shí)其變比控制受噪聲影響嚴(yán)重的問(wèn)題，從而提高信噪比，保證增益控制電路工作在合理的范圍，從而有效提聞電阻|旲擬精度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)物在回路仿真試驗(yàn)的電子合成電阻的構(gòu)造方法，其特征是電子合成電阻電路供電，使用隔離電源供給，使電子合成電阻電路的地電位獨(dú)立于控制器電路參考地，使電子合成電阻電路不但適用于共地的恒壓激勵(lì)應(yīng)用電路，而且還適用于不共地的恒電流激勵(lì)或恒定壓差激勵(lì)的控制器電路，增強(qiáng)所述電子合成電阻的適配能力。
全文摘要
本發(fā)明是用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)物在回路仿真試驗(yàn)的電子合成電阻，其控制器電路的正端電壓信號(hào)輸出端與緩沖器的信號(hào)輸入端及標(biāo)準(zhǔn)電阻相接；緩沖器的信號(hào)輸出端與放大器的信號(hào)輸入端相接；放大器的信號(hào)輸出端與增益控制電路的基準(zhǔn)電壓輸入端相接；增益控制電路的變比可控電壓信號(hào)輸出端與衰減器的信號(hào)輸入端相接；衰減器的信號(hào)輸出端與控制器的負(fù)端電壓信號(hào)輸入端相接。優(yōu)點(diǎn)1)提高了信噪比，保證增益控制電路工作在合理范圍，有效提高電阻模擬精度；2)采用隔離電源供電，使電子合成電阻電路的地電位獨(dú)立于控制器電路參考地，使電子合成電阻電路適用于共地的恒壓激勵(lì)應(yīng)用電路、不共地的恒電流激勵(lì)或恒定壓差激勵(lì)的控制器電路，增強(qiáng)了適配能力。
文檔編號(hào)G05B17/02GK102914973SQ201210402488
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者張?zhí)旌? 黃向華, 盛漢霖, 束家煜 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)