專利名稱：開環數字比例閥放大器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種開環數字比例閥放大器。
背景技術：
在工業生產過程、工程機械、自動化生產線中，或機器人、船舶、航空等工業部門對液壓系統的要求越來越高，傳統的液壓系統在一些工業領域中已難以滿足要求。而隨著電子元器件性能大幅度提高，價格下降，使得電液比例技術發展迅速， 因此，如何更好的將電子技術、現代控制策略有機的與比例技術相結合，充分發揮各自的優點，使電液比例技術在控制性能、工業適應性等方面進一步完善、提高，已成為國內外推動液壓技術發展的重要課題。目前，電液比例集成控制裝置已成為電液比例器件發展的一種趨勢，由專用集成控制裝置及控制策略構成的液壓集成模塊將進一步開拓電液比例器件的應用范圍，比例放大器作為電液比例集成控制裝置的一個重要組成元件，對于推動電液比例集成控制裝置的技術進步舉足輕重。目前比例閥放大器均采用大量的模擬電路實現各種功能控制，由于放大器需要調整參數較多、調整過程也比較繁瑣，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。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種控制精度高、成本低、結構簡單的開環數字比例閥放大器。本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為該開環數字比例閥放大器，其特征在于包括輸入接口電路，用于將輸入的電流和/或電壓信號轉換為ARM主控制器適用的電壓信號，然后再送給ARM主控制器中的A/D轉換器進行模數轉換；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控制器包括斜坡發生器、階躍發生器、顫振信號、線性度控制器和PID控制器，參數輸入接口與上位機相連；第一功率放大驅動電路，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；第二功率放大驅動電路，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、輸入接口電路、第一功率放大驅動電路和第二功率放大驅動電路提供所需的穩定電源；第一電流測量反饋電路，用于測量比例閥第一路線圈的電流，輸入端與比例閥第一路線圈相連，輸出端與ARM主控制器相連；第二電流測量反饋電路，用于測量比例閥第二路線圈的電流，輸入端與比例閥第二路線圈相連，輸出端與ARM主控制器相連。為滿足ARM主控制器控制程序存儲數據的需要，本實用新型提供的開環數字比例閥放大器還包括外部存儲器擴展電路，外擴的存儲器方便存儲比例放大器的各種參數，并且使比例放大器的運行狀態在掉電后也能有效保存。為了與上位機進行通信，本實用新型提供的開環數字比例閥放大器還包括串口通信電路和USB通信電路和CAN總線接口電路，ARM主控制器采用的芯片可以通過RS232串口通信接口與上位機進行通信，不僅可以將上位機界面設置的參數發送到ARM主控制芯片中，同時也能將當前的電磁鐵運行各參數顯示在上位機界面上，給工作人員了解比例閥運行狀況、調試設備等帶來極大的方便，此外，USB通信模塊和CAN總線接口模塊，以方便將來放大器功能升級和聯機調試。較好的，所述輸入接口電路包括模擬量接口電路和數字量接口電路，模擬量接口電路可以接受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轉換器只能輸入較小電壓，因此需要把輸入4 20mA的電流信號轉換為較小電壓信 號輸入，然后再送給ARM控芯片的A/D轉換器進行模數轉換。同理，-10 +IOV電壓模擬量輸入也需要先轉換為較小電壓信號輸入，然后再送給ARM主控芯片的A/D轉換器進行模數轉換；數字量接口電路四路接口一共對應16種工作狀態，四路數字量輸入接口均采用+12V電壓輸入；當其中任意一位接+12V電壓時，則該路被選通。選通路的設定值輸入信號由變阻器調節得到。再改進，所述功率放大驅動電路采用反接卸荷式功率驅動電路，反接卸荷式功率驅動電路代替傳統的功率放大驅動電路，在未對供電電源、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態頻寬。與現有技術相比，本實用新型的優點在于采用ARM為主控制器，將斜坡、階躍、線性度、顫振信號等環節通過ARM控制器來實現，其參數可以通過上位機軟件來設定，同時部分參數也可以通過電位器來調節，不僅可以有效的解決上述傳統模擬式比例放大器的弊端，而且經濟性更高，可靠性更好，操作靈活簡單，使用維護簡捷方便，具有廣闊的應用前
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圖I為本實用新型實施例中開環數字比例閥放大器的結構框圖。圖2為本實用新型實施例中功率放大驅動電路的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。如圖I所示的開環數字比例閥放大器，其ARM為主要控制芯片，包括輸入接口電路、ARM主控制器、電源電路、外部存儲器擴展電路、第一功率放大驅動電路、第二功率放大驅動電路、通信電路、第一電流測量反饋電路和第二電流測量反饋電路，用以控制雙路電磁鐵比例閥。輸入接口電路，用于將輸入的電流和/或電壓信號轉換為ARM主控制器適用的電壓信號，然后再送給ARM主控制器中的A/D轉換器進行模數轉換；輸入接口電路包括模擬量接口電路I和數字量接口電路2，模擬量接口電路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轉換器只能輸入較小電壓，因此需要把輸入4 20mA的電流信號轉換為較小電壓信號輸入，然后再送給ARM主控芯片的A/D轉換器進行模數轉換；同理,-10 +IOV電壓模擬量輸入也需要先轉換為較小電壓信號輸A，然后再送給ARM主控芯片的A/D轉換器進行模數轉換；數字量接口電路四路接口一共對應16種工作狀態，四路數字量輸入接口均采用+12V電壓輸入；當其中任意一位接+12V電壓時，則該路被選通；選通路的設定值輸入信號由變阻器調節得到。ARM主控制器3由ARM控制器及相應的外圍電路組成，主要用于對信號進行處理，并輸出信號給第一功率放大驅動電路和第二功率放大驅動電路；模擬量接口電路I和數字量接口電路2的輸出端與ARM主控制器23的輸入端相連；其包括斜坡發生器、階躍發生器、顫振信號、線性度控制器；與傳統模擬式比例閥放大器不同，信號處理電路均由ARM控制器內部處理，省去了大量的模擬電路；電流控制器亦由ARM控制器實現，其輸入為ARM主控制器和電流反饋信號的差值，內部為PI控制器以實現電流閉環控制，ARM控制器的參數輸入 接口與上位機相連；其參數可以通過上位機人機界面軟件來設定，同時部分參數也可以通過電位器來調節，不僅可以有效的解決上述傳統模擬式比例放大器的弊端，而且經濟性更高，可靠性更好，操作靈活簡單，使用維護簡捷方便，具有廣闊的應用前景。第一功率放大驅動電路4和第二功率放大驅動電路5采用反接卸荷式功率驅動電路，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；功率放大驅動電路的輸入信號PWM由ARM控制器產生，控制信號通過光耦進行放大控制MOS管,反相器、光稱和MOS管構成卸荷回路,參見圖2所示；反接卸荷式功率放大級電路以代替傳統的功率放大驅動電路，在未對供電電源、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態頻寬。電源電路6，為ARM主控制器電路、輸入接口電路和功率放大驅動電路提供所需的穩定電源；電源電路模塊的輸入是24V直流電源，根據需要，輸出電壓可以提供主控芯片、運算放大器等器件正常工作所需的各種穩定電源，包括±12V、5V、3. 3V、2. 5V。為滿足ARM控制程序存儲數據的需要，外擴了外部存儲器擴展電路7，存儲器方便存儲比例放大器的各種參數，并且使比例放大器的運行狀態在掉電后也能有效保存。為了與上位機進行通信，本實施例設計了串口通信電路8，ARM主控制器芯片可以通過RS232串口通信接口與上位機進行通信，不僅可以將上位機界面設置的參數發送到ARM主控制芯片中，同時也能將當前的電磁鐵運行各參數顯示在上位機界面上，給工作人員了解比例閥運行狀況、調試設備等帶來極大的方便。此外，本實施例還設計了 USB通信電路9和CAN總線接口電路10，以方便將來放大器功能升級和聯機調試。第一電流測量反饋電路11，用于測量比例閥第一路線圈的電流，輸入端與比例閥第一路線圈相連，輸出端與ARM主控制器相連；第二電流測量反饋電路12，用于測量比例閥第二路線圈的電流，輸入端與比例閥第二路線圈相連，輸出端與ARM主控制器相連。
權利要求1.一種開環數字比例閥放大器，其特征在于包括 輸入接口電路，用于將輸入的電流和/或電壓信號轉換為ARM主控制器適用的電壓信號，然后再送給ARM主控制器中的A/D轉換器進行模數轉換； 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控制器包括斜坡發生器、階躍發生器、顫振信號、線性度控制器和PID控制器，參數輸入接口與上位機相連； 第一功率放大驅動電路，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； 第二功率放大驅動電路，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、輸入接口電路、第一功率放大驅動電路和第二功率放大驅動電路提供所需的穩定電源； 第一電流測量反饋電路，用于測量比例閥第一路線圈的電流，輸入端與比例閥第一路線圈相連，輸出端與ARM主控制器相連； 第二電流測量反饋電路，用于測量比例閥第二路線圈的電流，輸入端與比例閥第二路線圈相連，輸出端與ARM主控制器相連。
2.根據權利要求I所述的開環數字比例閥放大器，其特征在于還包括外部存儲器擴展電路。
3.根據權利要求I所述的開環數字比例閥放大器，其特征在于還包括串口通信電路和/或USB通信電路和/或CAN總線接口電路。
4.根據權利要求I所述的開環數字比例閥放大器，其特征在于所述輸入接口電路包括模擬量接口電路和數字量接口電路。
5.根據權利要求I所述的開環數字比例閥放大器，其特征在于所述第一、第二功率放大驅動電路均采用反接卸荷式功率驅動電路。
專利摘要本實用新型涉及一種開環數字比例閥放大器，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控制器包括斜坡發生器、階躍發生器、顫振信號、線性度控制器和PID控制器，參數輸入接口與上位機相連；第一功率放大驅動電路，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；第二功率放大驅動電路，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。與現有技術相比，本實用新型的優點在于經濟性高，可靠性好，操作靈活簡單，維護方便。
文檔編號H03F3/20GK202550968SQ20122012614
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者崔劍, 張策, 陳飛飛 申請人:寧波華液機器制造有限公司