一種超磁致伸縮電液伺服閥驅動機構控制系統的制作方法

本發明涉及一種超磁致伸縮電液伺服閥驅動機構控制系統，適用于機械領域。

背景技術：

電液伺服系統具有單位功率質量小、力一質量比大、工作頻帶寬、魯棒性好和抗過載能力強等優良特性，在現代航空工業、汽車工業等領域得到了廣泛地應用。電液伺服閥(Electro Hydraulic Servo Valve ,EHSV)是電液伺服系統最重要的部件，它是溝通電子器件和液壓器件的橋梁，對整個系統的動態性能起著決定性的作用。

超磁致伸縮材料(Giant Magnetostrictive Material,CMM)是一種能夠在外磁場作用下發生較大變形的新型磁功能材料，具有響應速度快、能量密度大、居里溫度高等一系列優良特性，將CMM運用于EHSV驅動機構之中所設計而成的超磁致伸縮電液伺服閥，具有結構緊湊、精度高、響應速度快的特點，其最大輸出流量達2 L/min，帶寬可達650Hz (-3dB)。

技術實現要素：

本發明提出了一種超磁致伸縮電液伺服閥驅動機構控制系統，該控制系統基PicoScope2203數字示波器和STC89C51單片機，通過上位機發出指令，既能實現高頻下任意波形的開環控制，又能夠實現占空比可調的閉環PWM控制。此外，該控制系統的集成度很高.操作也比較便捷。

本發明所采用的技術方案是。

所述控制系統硬件部分分為控制、驅動和采集三大部分。

所述控制部分的作用是根據上位機的指令產生相應的控制信號，處理鍵盤響應，接收采集部分采集到的電信號，主要由PC機、PicoScope2203數字示波器、STC89C51單片機組成。PicoScope2203數字示波器由英國Pico Technology公司生產，集成了信號發生器、A/D , D/A轉換器、示波器的功能。無需單獨供電，通過計算機數字量控制，可以實現士2V以內任意波形輸出和雙通道士 20 V以內電壓信號的采集。在控制系統中，Picoscope2203被用于產生周期性激勵信號，并接收傳感器采集到的位移、力反饋信號;STC89C51單片機是一種低功耗，高性能的8位單片機。片內帶有4K字節的閃速可編程及可擦寫儲存器(EPROM)，可以在線對存儲器進行重新編程。在控制系統中用于實現伺服閥的PWM控制。

所述驅動部分由CF800功率放大器和CMM驅動機構組成，用于將控制信號進行放大，并驅動CMM機構產生位移，進而帶動閥芯運動。

所述采集部分由HN808電渦流傳感器及其前置器、YDL-1X石英晶體壓電力傳感器、電荷放大器組成，用于采集閥J-.產生的動態位移和力信號，并轉化成電信號，反饋給控制部分。

所述PicoScope2203數字示波器中對于驅動信號波形的選擇有兩種方式，一種選擇固定波形：儀器內置波形包括方波、正弦、鋸齒波信號;另一種是通過任意波形產生模塊(Arbitrary Waveform Generator, AWC)，首先生成一組描述所需波形的序列，其元素為0~255之間的整數(即每個元素均為BYTE型變量)，然后設置信號的頻率和幅值等參數以及讀取波形序列的長度。儀器會根據上述參數和序列描述的波形，周期性的產生所需要的激勵信號。

所述控制系統的采集部分綜合利用3種采樣模式，可以拓寬控制系統的使用范圍。Block模式用于測量系統的瞬態響應；Streaming模式用于測量系統的穩態響應。并且，裝載了各種傳感器的靈敏度后，可以直接得到各待測量的變化曲線；ETS模式主要用于觸發器的設置。

所述PWM控制采用STC89C51單片機來實現，該型號的單片機沒有專用的PWM硬件資源，所以采用定時器方式，在P2.1端口產生，其頻率和占空比通過串日通信的方式由上位機指定。

本發明的有益效果是：該控制系統基PicoScope2203數字示波器和STC89C51單片機，通過上位機發出指令，既能實現高頻下任意波形的開環控制，又能夠實現占空比可調的閉環PWM控制。此外，該控制系統的集成度很高.操作也比較便捷。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的控制系統結構圖。

圖2是本發明的信號驅動部分程序流程圖。

圖3是本發明的數據采集部分程序流程圖。

圖4是本發明的PWM控制部分程序流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1，控制系統硬件部分分為控制、驅動和采集三大部分。

控制部分的作用是根據上位機的指令產生相應的控制信號，處理鍵盤響應，接收采集部分采集到的電信號，主要由PC機、PicoScope2203數字示波器、STC89C51單片機組成。PicoScope2203數字示波器由英國Pico Technology公司生產，集成了信號發生器、A/D , D/A轉換器、示波器的功能。無需單獨供電，通過計算機數字量控制，可以實現士2V以內任意波形輸出和雙通道士 20 V以內電壓信號的采集。在控制系統中，Picoscope2203被用于產生周期性激勵信號，并接收傳感器采集到的位移、力反饋信號;STC89C51單片機是一種低功耗，高性能的8位單片機。片內帶有4K字節的閃速可編程及可擦寫儲存器(EPROM)，可以在線對存儲器進行重新編程。在控制系統中用于實現伺服閥的PWM控制。

驅動部分由CF800功率放大器和CMM驅動機構組成，用于將控制信號進行放大，并驅動CMM機構產生位移，進而帶動閥芯運動。

采集部分由HN808電渦流傳感器及其前置器、YDL-1X石英晶體壓電力傳感器、電荷放大器組成，用于采集閥J-.產生的動態位移和力信號，并轉化成電信號，反饋給控制部分。

如圖2，PicoScope2203數字示波器中對于驅動信號波形的選擇有兩種方式，一種選擇固定波形：儀器內置波形包括方波、正弦、鋸齒波信號;另一種是通過任意波形產生模塊(Arbitrary Waveform Generator, AWC)，首先生成一組描述所需波形的序列，其元素為0~255之間的整數(即每個元素均為BYTE型變量)，然后設置信號的頻率和幅值等參數以及讀取波形序列的長度。儀器會根據上述參數和序列描述的波形，周期性的產生所需要的激勵信號。

如圖3，PicoScope2203數字示波器的采樣方式主要有3種：Block模式，Streaming模式和ETS ( Equivalent Time Sampling)模式。Block模式下的采樣頻率非常高(<μs )，超過了計算機的讀取速度。儀器會將采集到的數據首先存入自帶的存儲器之中，然后以數據塊(Block )的方式向計算機傳輸，這種方式可以很迅速地捕捉到系統輸出信號的變化，但由于儀器存儲單元有限，無法進行長時間的數據采集；Streaming模式下采樣頻率相對較低，儀器會將采集到的數據直接存入計算機內存之中，記錄數據的長度由計算機內存來決定，且不存在延遲，適合于采樣頻率要求不高的長時間采樣；ETS模式適用于長時間采集周期信號的情況，通過若干個周期的采集，儀器將得到的重復性信號進行合成處理，使得其等效采樣頻率高于單個周期的采樣頻率。

在控制系統中，綜合利用上述3種采樣模式，可以拓寬控制系統的使用范圍。Block模式用于測量系統的瞬態響應;Streaming模式用于測量系統的穩態響應。并且，裝載了各種傳感器的靈敏度后，可以直接得到各待測量的變化曲線；ETS模式主要用于觸發器的設置。

如圖4，PWM控制采用STC89C51單片機來實現，該型號的單片機沒有專用的PWM硬件資源，所以采用定時器方式，在P2.1端口產生，其頻率和占空比通過串日通信的方式由上位機指定。