一种射流管伺服阀喷嘴的集成式放大系统的制作方法

本实用新型涉及一种航空航天射流管伺服阀技术领域，特别是一种射流管伺服阀喷嘴的集成式放大系统。

背景技术：

伺服放大系统的作用是将输入指令信号同系统反馈信号进行比较、放大和运算处理，通过输出一个与偏差电压信号成比例的控制电流，传递给伺服阀力矩马达的控制线圈，控制伺服阀阀芯开度大小，并起限幅保护的作用。

集成式放大系统是射流管伺服阀的重要电路组成，该部分的性能好坏对整个伺服阀产品的功能实现有很大影响。电路稳定可靠，操作灵活方便，可以实现射流管伺服阀的高精度控制。

目前放大系统电路面临的主要困难是稳定性低，产品可靠性不足，易损且工作寿命短，为射流管伺服阀的生产、研发有一定的影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种射流管伺服阀喷嘴的集成式放大系统，在满足伺服阀设计需求的同时，提高产品的稳定性与可靠性，延长使用期，降低受损率。

本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种射流管伺服阀喷嘴的集成式放大系统，包括指令调理模块、反馈调理模块、第一求和模块、载波信号模块、第一PID运算模块、第二求和模块、第二PID运算模块、比较模块、PWM调制模块、功率放大模块和电流反馈放大模块；

指令调理模块：接收外部集散控制系统或外部可编程控制系统传来的指令信号，对接收的指令信号依次进行滤波、放大处理，生成目标指令信号，将目标指令信号传输至第一求和模块；

反馈调理模块：通过外部线性可变差动变压器接收外部伺服阀传来的位移信号，对位移信号依次进行滤波、放大、解调处理，生成目标位移信号，将目标位移信号传输至第一求和模块；

第一求和模块：接收指令调理模块传来的目标指令信号，接收反馈调理模块传来的目标位移信号，对目标指令信号和目标位移信号进行求和运算，生成第一误差信号，并将第一误差信号传输至第一PID运算模块；

第一PID运算模块：接收第一求和模块传来的第一误差信号，依次进行放大运算、积分运算，生成第一目标PID信号，将第一目标PID信号经第二求和模块、第二PID运算模块传输至比较模块；

载波信号模块：提供载波信号，并将载波信号传输至比较模块；

比较模块：接收PID运算模块传来的第一目标PID信号；接收载波信号模块传来的载波信号；对第一目标PID信号和载波信号进行比较，生成调制比信号，并将调制比信号传输至PWM调制模块；

PWM调制模块：接收比较模块传来的调制比信号，对调制比信号进行脉冲宽度调制处理，生成脉冲电压控制信号，并将脉冲电压控制信号传输至功率放大模块；

功率放大模块：接收PWM调制模块传来的脉冲电压控制信号，将脉冲电压控制信号转换成脉冲电流控制信号，脉冲电流控制信号驱动外部伺服阀动作，产生位移信号，产生伺服阀电流反馈信号；并将位移信号经外部线性可变差动变压器传输至反馈调理模块；将伺服阀电流反馈信号传输至电流反馈放大模块；

电流反馈放大模块：接收外部伺服阀传来的伺服阀电流反馈信号，对伺服阀电流反馈信号依次进行滤波、放大处理，生成目标电流信号，并将目标电流信号传输至第二求和模块；

第二求和模块：接收第一PID运算模块传来的第一目标PID信号，接收电流反馈放大模块传来的目标电流信号；对第一目标PID信号和目标电流信号进行求和处理，生成第二误差信号，并将第二误差信号传输至第二PID运算模块；

第二PID运算模块：接收第二求和模块传来的第二误差信号，依次进行依次进行放大运算、积分运算，生成第二目标PID信号，并将第二目标PID信号传输至比较模块；

比较模块：接收第二求和模块传来的第二目标PID信号；接收载波信号模块传来的载波信号；对第二目标PID信号和载波信号进行比较，生成调制比信号，并将调制比信号传输至PWM调制模块；

第一求和模块、载波信号模块、第一PID运算模块、第二求和模块、第二PID运算模块、比较模块、PWM调制模块、功率放大模块、电流反馈放大模块和外部伺服阀组成循环系统，循环系统进行循环信号调式处理直至伺服阀阀芯运动至目标位置。

在上述的一种射流管伺服阀喷嘴的集成式放大系统，所述外部伺服阀上安装有位移传感器，位移传感器产生位移信号。

在上述的一种射流管伺服阀喷嘴的集成式放大系统，所述反馈调理模块包括解调子模块、电容C1、防静电二极管D1、电容C2、二极管D2、电解电容C3、外部电源VCC1、电解电容C4、电容C5、二极管D3、外部电源VCC2、电阻R1和电位计Rt；

解调子模块的-Vs端与二极管D2的输入端连接；二极管D2的输出端与外部电源VCC1连接；电解电容C3的一端与外部电源VCC1连接，另一端分别与解调子模块的-Vs端和GND连接；电容C2的一端与外部电源VCC1连接，另一端与解调子模块的-Vs端连接；

解调子模块的+Vs端与二极管D3的输出端连接；二极管D3的输入端与外部电源VCC2连接；电解电容C4的一端与外部电源VCC2连接，另一端分别与解调子模块的+Vs端和GND连接；电容C5的一端与外部电源VCC2连接，另一端与解调子模块的+Vs端连接；

防静电二极管D1的输入端与解调子模块的VB端连接，输出端接地GND；电容C1的一端与解调子模块的VB端连接，另一端接地GND；

解调子模块的SIG OUT端与第一求和模块连接；解调子模块的FEEDBACK端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电位计Rt的一端连接，电位计Rt的另一端与第一求和模块连接。

在上述的一种射流管伺服阀喷嘴的集成式放大系统，所述电流反馈放大模块与外部伺服阀之间设置有采样电阻R2、二极管D4和二极管D5；电阻R2、二极管D4和二极管D5并联后，并联电路的一端与外部伺服阀连接，并联电路的另一端与电流反馈放大模块连接。

在上述的一种射流管伺服阀喷嘴的集成式放大系统，采样电阻R2的功率为1-3w，精度为1％-0.5％，温飘系数为20-50ppm。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

(1)本实用新型中包括指令调理模块、反馈调理模块、第一求和模块、载波信号模块、第一PID运算模块、第二求和模块、第二PID运算模块、比较模块、PWM调制模块、功率放大模块和电流反馈放大模块；提高了电路集成度，保证其可靠运作，在改善线性度的同时满足器件所要求的精度指标；

(2)本实用新型中集成放大器系统中采用了第一PID运算模块和第二PID运算模块这种2级闭环控制策略，提高了负载电流驱动能力和位置控制精度；

(3)本实用新型中第一求和模块、第二求和模块、第一PID模块、第二PID模块、信号调理模块、反馈调理模块均采用高精度、高输入阻抗精密运放放大系统实现。提高系统控制精度、控制稳定性。

附图说明

图1为本实用新型集成放大系统工作原理图；

图2为本实用新型反馈调理模块电路原理图；

图3为本实用新型电流反馈放大模块-伺服阀电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：

本发明的目的是对基于射流管伺服阀的集成式放大系统进行设计与改进，通过选用合适的集成芯片，提高稳定性，改善产品精度指标，解决现有射流管伺服阀使用寿命不长，易损坏等问题。

如图1所示为集成放大系统工作原理图，由图可知，一种射流管伺服阀喷嘴的集成式放大系统，包括指令调理模块、反馈调理模块、第一求和模块、载波信号模块、第一PID运算模块、第二求和模块、第二PID运算模块、比较模块、PWM调制模块、功率放大模块和电流反馈放大模块；

指令调理模块：接收外部集散控制系统或外部可编程控制系统传来的指令信号，对接收的指令信号依次进行滤波、放大处理，生成目标指令信号，将目标指令信号传输至第一求和模块；

反馈调理模块：通过外部线性可变差动变压器接收外部伺服阀传来的位移信号，对位移信号依次进行滤波、放大、解调处理，生成目标位移信号，将目标位移信号传输至第一求和模块；

第一求和模块：接收指令调理模块传来的目标指令信号，接收反馈调理模块传来的目标位移信号，对目标指令信号和目标位移信号进行求和运算，生成第一误差信号，并将第一误差信号传输至第一PID运算模块；

第一PID运算模块：接收第一求和模块传来的第一误差信号，依次进行放大运算、积分运算，生成第一目标PID信号，将第一目标PID信号经第二求和模块、第二PID运算模块传输至比较模块；

载波信号模块：提供载波信号，并将载波信号传输至比较模块；

比较模块：接收PID运算模块传来的第一目标PID信号；接收载波信号模块传来的载波信号；对第一目标PID信号和载波信号进行比较，生成调制比信号，并将调制比信号传输至PWM调制模块；

PWM调制模块：接收比较模块传来的调制比信号，对调制比信号进行脉冲宽度调制处理，生成脉冲电压控制信号，并将脉冲电压控制信号传输至功率放大模块；

功率放大模块：接收PWM调制模块传来的脉冲电压控制信号，将脉冲电压控制信号转换成脉冲电流控制信号，脉冲电流控制信号驱动外部伺服阀动作，所述外部伺服阀上安装有位移传感器，位移传感器产生位移信号，产生伺服阀电流反馈信号；并将位移信号经外部线性可变差动变压器传输至反馈调理模块；将伺服阀电流反馈信号传输至电流反馈放大模块；

电流反馈放大模块：接收外部伺服阀传来的伺服阀电流反馈信号，对伺服阀电流反馈信号依次进行滤波、放大处理，生成目标电流信号，并将目标电流信号传输至第二求和模块；

第二求和模块：接收第一PID运算模块传来的第一目标PID信号，接收电流反馈放大模块传来的目标电流信号；对第一目标PID信号和目标电流信号进行求和处理，生成第二误差信号，并将第二误差信号传输至第二PID运算模块；

第二PID运算模块：接收第二求和模块传来的第二误差信号，依次进行依次进行放大运算、积分运算，生成第二目标PID信号，并将第二目标PID信号传输至比较模块；

比较模块：接收第二求和模块传来的第二目标PID信号；接收载波信号模块传来的载波信号；对第二目标PID信号和载波信号进行比较，生成调制比信号，并将调制比信号传输至PWM调制模块；

第一求和模块、载波信号模块、第一PID运算模块、第二求和模块、第二PID运算模块、比较模块、PWM调制模块、功率放大模块、电流反馈放大模块和外部伺服阀组成循环系统，循环系统进行循环信号调式处理直至伺服阀阀芯运动至目标位置。

如图2所示为反馈调理模块电路原理图，由图可知，反馈调理模块包括解调子模块、电容C1、防静电二极管D1、电容C2、二极管D2、电解电容C3、外部电源VCC1、电解电容C4、电容C5、二极管D3、外部电源VCC2、电阻R1和电位计Rt；

解调子模块的-Vs端与二极管D2的输入端连接；二极管D2的输出端与外部电源VCC1连接；电解电容C3的一端与外部电源VCC1连接，另一端分别与解调子模块的-Vs端和GND连接；电容C2的一端与外部电源VCC1连接，另一端与解调子模块的-Vs端连接；

解调子模块的+Vs端与二极管D3的输出端连接；二极管D3的输入端与外部电源VCC2连接；电解电容C4的一端与外部电源VCC2连接，另一端分别与解调子模块的+Vs端和GND连接；电容C5的一端与外部电源VCC2连接，另一端与解调子模块的+Vs端连接；

防静电二极管D1的输入端与解调子模块的VB端连接，输出端接地GND；电容C1的一端与解调子模块的VB端连接，另一端接地GND；

解调子模块的SIG OUT端与第一求和模块连接；解调子模块的FEEDBACK端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电位计Rt的一端连接，电位计Rt的另一端与第一求和模块连接。

如图3所示为电流反馈放大模块-伺服阀电路原理图，由图可知，电流反馈放大模块与外部伺服阀之间设置有采样电阻R2、二极管D4和二极管D5；电阻R2、二极管D4和二极管D5并联后，并联电路的一端与外部伺服阀连接，并联电路的另一端与电流反馈放大模块连接。

其中，采样电阻R2的功率为1-3w，精度为1％-0.5％，温飘系数为20-50ppm。

另外，集成放大系统中的位移信号控制部分采用集成式LDVT调制解调芯片AD598；电流采样部分选用INA19X集成式芯片；功率部分选取专用力矩马达驱动芯片L6201进行功能实现。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。