專利名稱：?jiǎn)温窋?shù)字比例閥放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種單路數(shù)字比例閥放大器。
背景技術(shù)：
電液比例控制技術(shù)是在以開環(huán)傳動(dòng)為主要特征的傳統(tǒng)液壓傳動(dòng)技術(shù)和以閉環(huán)控制為特征的電液伺服控制技術(shù)基礎(chǔ)上，為適應(yīng)一般工程系統(tǒng)對(duì)傳動(dòng)與控制特性提出的更高的要求，從上個(gè)世紀(jì)六七十年代開始逐步發(fā)展起來的流體傳動(dòng)與控制領(lǐng)域中ー個(gè)具有旺盛生命力的新分支?，F(xiàn)今，電液比例技術(shù)已經(jīng)成為了エ業(yè)機(jī)械、工程建設(shè)機(jī)械及國(guó)防尖端產(chǎn)品不可或缺的重要手段，得到了相關(guān)エ業(yè)界、技術(shù)界的格外重視。電液比例閥(簡(jiǎn)稱比例閥)，是電液比例控制技術(shù)的核心和主要功率放大元件。比例閥一般以比例電磁鐵作為驅(qū)動(dòng)裝置的電-液信號(hào)轉(zhuǎn)換元件，根據(jù)輸入的電壓信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥ロ尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出的元件。閥芯位移也可以以機(jī)械、液壓或電的形式進(jìn)行反饋。比例閥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)單的單路數(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)方案為該單路數(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)換為適用于信號(hào)處理電路所需的電壓信號(hào)，然后再送給信號(hào)處理電路中的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；信號(hào)處理電路，輸入接ロ電路的輸出端與信號(hào)處理電路的輸入端相連，該信號(hào)處理電路由ARM控制器實(shí)現(xiàn)，其包括斜坡發(fā)生器、階躍發(fā)生器、顫振信號(hào)和線性度控制器，參數(shù)輸入接ロ與上位機(jī)相連；功率放大驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與信號(hào)處理電路的輸出端相連，輸出端與比例閥相連，用于控制比例閥的電磁鐵；電源電路，為信號(hào)處理電路、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；電流測(cè)量反饋電路，用于測(cè)量比例閥線圈電路，輸入端與比例閥線圈相連，輸出端與信號(hào)處理電路相連。為滿足信號(hào)處理電路中ARM控制器控制程序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的需要，本實(shí)用新型提供的單路數(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)用新型提供的單路數(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，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)単，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)施例中單路數(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。
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所示的單路數(shù)字比例閥放大器，其以ARM為主要控制芯片，包括輸入接ロ電路、信號(hào)處理電路、電源電路、外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、功率放大驅(qū)動(dòng)電路、通信電路和用于測(cè)量比例閥線圈電路的電流測(cè)量反饋電路。輸入接ロ電路，用于將輸入的電流和/或電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為適用于信號(hào)處理電路所需的電壓信號(hào)，然后再送給信號(hào)處理電路中的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。信號(hào)處理電路3，模擬量接ロ電路I和數(shù)字量接ロ電路2的輸出端與信號(hào)處理電路3的輸入端相連，該信號(hào)處理電路由ARM控制器實(shí)現(xiàn)，其包括斜坡發(fā)生器、階躍發(fā)生器、顫振信號(hào)和線性度控制器；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)，其輸入為信號(hào)處理模塊和電流反饋信號(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)用前景。功率放大驅(qū)動(dòng)電路4采用反接卸荷式功率驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與信號(hào)處理電路的輸出端相連，輸出端與比例閥相連，用于控制比例閥的電磁鐵；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、光耦和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5，為信號(hào)處理電路、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6，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7，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8和CAN總線接ロ電路9，以方便將來放大器功能升級(jí)和聯(lián)機(jī)調(diào)試。電流測(cè)量反饋電路10用于測(cè)量比例閥線圈電路反饋給ARM主控制器芯片，輸入端與比例閥線圈相連，輸出端與信號(hào)處理電路相連。
權(quán)利要求1.一種單路數(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)換為適用于信號(hào)處理電路所需的電壓信號(hào)，然后再送給信號(hào)處理電路中的A/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 信號(hào)處理電路，輸入接ロ電路的輸出端與信號(hào)處理電路的輸入端相連，該信號(hào)處理電路由ARM控制器實(shí)現(xiàn)，其包括斜坡發(fā)生器、階躍發(fā)生器、顫振信號(hào)和線性度控制器，參數(shù)輸入接ロ與上位機(jī)相連； 功率放大驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與信號(hào)處理電路的輸出端相連，輸出端與比例閥相連，用于控制比例閥的電磁鐵； 電源電路，為信號(hào)處理電路、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； 電流測(cè)量反饋電路，用于測(cè)量比例閥線圈電路，輸入端與比例閥線圈相連，輸出端與信號(hào)處理電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單路數(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所述的單路數(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所述的單路數(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所述的單路數(shù)字比例閥放大器，其特征在于所述功率放大驅(qū)動(dòng)電路采用反接卸荷式功率驅(qū)動(dòng)電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種單路數(shù)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(hào)轉(zhuǎn)換為適用于信號(hào)處理電路適用的電壓信號(hào)，然后再送給信號(hào)處理電路中的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；信號(hào)處理電路，輸入接口電路的輸出端與信號(hào)處理電路的輸入端相連，該信號(hào)處理電路由ARM控制器實(shí)現(xiàn)；功率放大驅(qū)動(dòng)電路，輸入端與信號(hào)處理電路的輸出端相連，輸出端與比例閥相連，用于控制比例閥的電磁鐵；電源電路源；電流測(cè)量反饋電路，用于測(cè)量比例閥線圈電路，輸入端與比例閥線圈相連，輸出端與信號(hào)處理電路相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)性高，可靠性好，操作靈活簡(jiǎn)單，使用維護(hù)簡(jiǎn)捷方便。
文檔編號(hào)F16K31/06GK202521031SQ20122012614
公開日2012年11月7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