一種音圈電機驅(qū)動的先導(dǎo)式伺服閥控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及伺服閥控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種音圈電機驅(qū)動的先導(dǎo)式伺服閥控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]音圈驅(qū)動伺服閥的工作原理為通電線圈(導(dǎo)體)在磁場中會產(chǎn)生力，力的大小與施加在線圈上的電流成比例。其基本結(jié)構(gòu)是套在固定的永久磁鐵上的移動線圈，當信號電流輸入線圈，在電磁場效應(yīng)的作用下，線圈中產(chǎn)生與信號電流相對應(yīng)的軸向作用力，并驅(qū)動與線圈直接相連的閥芯運動，進而實現(xiàn)閥的開合。要實現(xiàn)音圈電機驅(qū)動的先導(dǎo)式伺服閥控制，最終體現(xiàn)為實現(xiàn)小電流的音圈電機控制，傳統(tǒng)的伺服閥線圈驅(qū)動電路為H橋驅(qū)動電路，組成的H橋電路中多為4個MOS管或4個三極管。
[0003]中國發(fā)明專利，公布號:CN 103233937 A，公布日:2013.08.07，公開了一種電液伺服閥數(shù)字控制器，屬于電液伺服閥控制技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明是為了解決現(xiàn)有伺服閥控制器由于采用模擬電路結(jié)構(gòu)，使得抗干擾能力差的問題。CAN總線接口電路的控制信號傳輸端連接微控制器的控制信號傳輸端，微控制器的控制信號輸出端連接DA轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸入端，DA轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸出端連接伺服閥驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸入端，伺服閥驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動信號作為電液伺服閥的伺服閥線圈驅(qū)動信號；伺服閥驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動信號連接過流保護電路的采集信號輸入端，過流保護電路的報警信號輸出端連接伺服閥驅(qū)動電路的報警信號輸入端；過流保護電路的報警控制信號輸出端連接微控制器的報警控制信號輸入端。此發(fā)明采用數(shù)字信號控制伺服閥，伺服閥驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用的開關(guān)管較多，能耗大，成本高。
[0004]中國發(fā)明專利，公布號:CN 103580464 A，公布日2014.02.12，公開了一種自保護H橋驅(qū)動電路，包括:H橋驅(qū)動單元和H橋驅(qū)動控制單元。四個開關(guān)元件處于對角線上，左上臂和右下臂的開關(guān)元件構(gòu)成一個左上右下驅(qū)動支路，右上臂和左下臂的開關(guān)元件構(gòu)成一個右上左下驅(qū)動支路，H橋驅(qū)動控制單元控制兩個驅(qū)動支路交替導(dǎo)通和負載電流方向，在同一驅(qū)動支路中，一個開關(guān)元件控制負載驅(qū)動電流輸出，另一個開關(guān)元件控制負載驅(qū)動電流占空比。當H橋驅(qū)動單元中一個驅(qū)動支路上有一個或兩個開關(guān)元件導(dǎo)通時，H橋驅(qū)動控制單元阻止另一個驅(qū)動支路上的兩個開關(guān)元件導(dǎo)通，實現(xiàn)自保護功能。H橋驅(qū)動單元采用獨立的開關(guān)元件搭建驅(qū)動電路，面對不同負載驅(qū)動時，可以根據(jù)驅(qū)動負載所需電流選用不同驅(qū)動能力的開關(guān)元件，具有較高的靈活性。其不足之處在于，該專利如果應(yīng)用在伺服閥驅(qū)動電路上還需要提供一個PWM驅(qū)動電路，增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的音圈電機先導(dǎo)式伺服閥控制系統(tǒng)控制不穩(wěn)定，控制精度不高的問題，本發(fā)明提供了一種音圈電機驅(qū)動的先導(dǎo)式伺服閥控制系統(tǒng)及其控制方法。它采用兩個MOS管與兩個三極管組成的H橋驅(qū)動電路進行伺服閥線圈驅(qū)動，具有控制穩(wěn)定且控制精度高的特點。
[0007]2.技術(shù)方案
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0009]—種音圈電機驅(qū)動的先導(dǎo)式伺服閥控制系統(tǒng)，包括伺服閥控制電路、計算機、伺服閥、栗源、傳感器檢測系統(tǒng)和運動執(zhí)行器，其中，計算機與伺服閥控制電路的CAN總線接口電路連接，伺服閥控制電路的伺服閥驅(qū)動電路和栗源均與伺服閥連接，傳感器檢測系統(tǒng)包括壓力及流量傳感器和位移及速度傳感器；伺服閥分別與運動執(zhí)行器和壓力及流量傳感器連接，運動執(zhí)行器與位移及速度傳感器連接，壓力及流量傳感器和位移及速度傳感器均與伺服閥控制電路的微控器MCU連接。
[0010]優(yōu)選地，所述伺服閥控制電路包括電源轉(zhuǎn)換模塊、CAN總線接口電路、微控器MCU、DA轉(zhuǎn)換器和伺服閥驅(qū)動電路，電源轉(zhuǎn)換模塊分別與CAN總線接口電路、微控器MCU、DA轉(zhuǎn)換器、伺服閥驅(qū)動電路和傳感器檢測系統(tǒng)連接，CAN總線接口電路、微控器MCU、DA轉(zhuǎn)換器和伺服閥驅(qū)動電路依次連接。
[0011 ] 優(yōu)選地，電源轉(zhuǎn)換模塊包括5V電源轉(zhuǎn)換模塊和12V電源轉(zhuǎn)換模塊。
[0012]優(yōu)選地，12V電源轉(zhuǎn)換模塊包括穩(wěn)壓芯片U3、二極管D3、電感L1、電容Cl、C4和電阻R2、R3，24V直流電連接在穩(wěn)壓芯片U3的輸入端Vin上，穩(wěn)壓芯片U3的端子GND和端子ON均接地，穩(wěn)壓芯片U3的端子FB分別與電容Cl的一端和電阻R2的一端連接，電容Cl的另一端分別與電阻R2的另一端、電容C4的正極、電感LI的一端、12V直流電輸出端12Vcc和電阻R3的一端連接，電阻R3的另一端和電容C4的負極均接地，電感LI的另一端分別與二極管D3的陰極和穩(wěn)壓芯片U3的端子OUT連接，二極管D3的陽極接地，5V電源轉(zhuǎn)換模塊和12V電源轉(zhuǎn)換模塊的電路原理相同，但元件取值不同。
[0013]5V電源轉(zhuǎn)換模塊包括穩(wěn)壓芯片U4、二極管D4、電感L2、電容C8、C9和電阻R6、R7，24V直流電連接在穩(wěn)壓芯片U4的輸入端Vin上，穩(wěn)壓芯片U4的端子GND和端子ON均接地，穩(wěn)壓芯片U4的端子FB分別與電容C8的一端和電阻R6的一端連接，電容C8的另一端分別與電阻R6的另一端、電容C9的正極、電感L2的一端、5V直流電輸出端5Vcc和電阻R7的一端連接，電阻R7的另一端和電容C9的負極均接地，電感L2的另一端分別與二極管D4的陰極和穩(wěn)壓芯片U4的端子OUT連接，二極管D4的陽極接地。
[0014]電源轉(zhuǎn)換模塊是根據(jù)硬件系統(tǒng)各芯片的供電要求，以及外設(shè)傳感器供電，采用的電源輸入為24V，經(jīng)過DC/DC電壓轉(zhuǎn)換，為控制器各模塊提供穩(wěn)定的直流電源，穩(wěn)壓芯片U3選用TI公司的LM2596開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片對電源進行24V至12V與5V的轉(zhuǎn)換，LM2596外圍電路簡單，只需四個外接元件，可以使用通用的標準電感，極大地簡化了電源轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計，在特定的輸入電壓和輸出負載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在4 %的范圍內(nèi)，功耗低，效率高，具有過熱保護和限流保護功能。
[0015]優(yōu)選地，CAN總線接口電路包括CAN收發(fā)器U1、電阻R5和插件Jl，CAN收發(fā)器Ul的端子Vcc與5V電源轉(zhuǎn)換模塊的5V直流電輸出端5Vcc連接，CAN收發(fā)器Ul的端子CANL分別與電阻R5的一端、插件Jl的端子2連接，電阻R5的另一端分別與CAN收發(fā)器Ul的端子CANH和插件Jl的端子I連接，CAN收發(fā)器Ul的端子GND和插件Jl的端子3均接地，CAN收發(fā)器Ul的端子Vcc與5V直流電輸出端5Vcc連接，CAN收發(fā)器Ul的端子TXD、RXD對應(yīng)分別與微控器U8的端子CAN-TXD、端子CAN-RXD相連。
[0016]采用CAN總線接口電路，CAN總線拓撲結(jié)構(gòu)靈活，工作狀態(tài)上的節(jié)點都可以隨時發(fā)送數(shù)據(jù)，具有傳輸時間短，抗干擾能力強等特點，CAN收發(fā)器Ul選用TJA1055T芯片進行CAN總線設(shè)計，完全集成的接收器濾波器，具有總線故障管理，支持低功耗運行模式。
[0017]優(yōu)選地，微控器MCU包括微控器U8、振蕩電路和重啟電路，振蕩電路包括電容Cl 1、C12和晶振Yl，微控器U8的端子XTALIN分別與晶振Yl的一端和電容Cll的一端連接，晶振Yl的另一端分別與微控器U8的端子XTAL0UT和電容C12的一端連接，電容Cll的另一端和電容C12的另一端均接地；
[0018]重啟電路包括電容C14、電阻R20和開關(guān)Kl，微控器U8的端子RESET與電容C14的一端、電阻R20的一端和開關(guān)Kl的一端連接，電容C14的另一端和開關(guān)Kl的另一端連接，電阻R20的另一端接3.3V直流電；
[0019]微控器U8 的端子 P102-0、P102-1、P102-2、P102-3、P102-4、P102-5、P102-6、P102-7、P102-8、P102-9、P102-10 和 P102-11 依次對應(yīng)與 DA 轉(zhuǎn)換芯片 U6 的端子 DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8、DB9、DBlO 和 DBll 連接。
[0020]控制系統(tǒng)的主要硬件配置為微控器MCU，選用LPCl 1C4FBD48進行伺服閥控制，MCU構(gòu)架具有多樣化，硬件驅(qū)動能力強，系統(tǒng)集成度高，簡單易學(xué)等特點。
[0021 ] 優(yōu)選地，伺服閥控制系統(tǒng)還包括MCU工作指示燈電路與燒錄接口電路，在MCU工作指示燈電路中，微控器U8的端子P100-6與電阻Rl的一端連接，電阻Rl的另一端與發(fā)光二極管Dl的陽極連接，發(fā)光二極管Dl的陰極和發(fā)光二極管D2的陰極均接地，發(fā)光二極管D2的陽極與電阻R4的一端連接，電阻R4的另一端與微控器U8的端子P100-7連接；
[0022]在燒錄接口電路中，微控器U8的端子SWCLK、SffD1對應(yīng)分別與燒錄接插件J5的端子4、5連接，燒錄接插件J5的端子2接地，端子I接3.3V直流電。
[0023]優(yōu)選地，DA轉(zhuǎn)換器包括DA轉(zhuǎn)換芯片U6、電阻R9、R10、電感L3、電容C15、C16，DA轉(zhuǎn)換芯片U6的端子Vdd與12V電源轉(zhuǎn)換模塊的12V直流電輸出端12Vcc連接，DA轉(zhuǎn)換芯片U6的端子REF out與電感L3的一端連接，電感L3的另一端分別與電容C15的一端、電容C16的一端和DA轉(zhuǎn)換芯片U6的端子REF in連接，DA轉(zhuǎn)換芯片U6的端子GND、DA轉(zhuǎn)換芯片U6的端子Vss、電容C15的另一端和電容C16的另一端均接地，DA轉(zhuǎn)換芯片U6的端子Rofsb與電阻R9的一端連接，電阻R9的另一端與端