一种比例阀控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种比例阀控制系统，包括依次相连的信号发生电路、信号放大电路、信号比较电路、功率驱动电路；所述功率驱动电路的输出端连接电液比例电磁阀所述信号发生电路用于产生信号；所述信号放大电路用于将信号放大，产生参考信号；所述信号比较电路的输入端分别输入参考信号和输入信号，并生成控制信号；所述控制信号输入所述功率驱动电路的输入端，所述功率驱动电路用于将控制信号进行功率放大并输出驱动信号，所述驱动信号作用于电液比例电磁阀。本实用新型能够满足液压系统的手动操作功能，采用纯硬件电路的方式驱动比例阀，应用可靠，满足要求，并省去了单片机控制所产生的软件开发成本。
【专利说明】—种比例阀控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及液压控制系统，尤其涉及一种比例阀控制系统。
【背景技术】
[0002]电液比例电磁阀(简称比例阀)在简易的自动控制的液压系统中应用广泛，它可以根据输入的电控制信号连续的、按比例的控制液压系统中液流的压力和流量。
[0003]电控制信号常为脉宽可调的占空比信号，目前常用的比例电磁阀电控方法是利用微控制器内部定时器的比较输出功能，如图1所示，这种控制方式包括单片机及外围电路、功率驱动电路，并结合微型控制器底层驱动程序输出占空比信号，输出信号再通过功率驱动电路，最终作用于电液比例电磁阀，实现了以控制功率驱动芯片实现比例阀的连续控制功能。
[0004]然而，这种比例阀控制方式由于使用微型控制器，其基本外围电路造成设计成本高问题，并且还包括微型控制器底层驱动程序的开发成本和维护成本，因此，需要一种不使用微控制器但能够实现输出可调节的新的比例阀控制系统。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是降低因微型控制器的使用造成的外围电路、程序开发成本高的问题，提供一种纯电路结构的系统输出脉宽可调的占空比控制信号，以实现比例阀的连续控制功能的控制系统。
[0006]本实用新型的的比例阀控制系统，包括依次相连的信号发生电路、信号放大电路、信号比较电路、功率驱动电路；
[0007]所述功率驱动电路的输出端连接电液比例电磁阀；
[0008]所述信号发生电路用于产生信号；
[0009]所述信号放大电路用于将信号放大，产生参考信号；
[0010]所述信号比较电路的输入端分别输入参考信号和输入信号，并生成控制信号；
[0011]所述控制信号输入所述功率驱动电路的输入端，所述功率驱动电路用于将控制信号进行功率放大并输出驱动信号，所述驱动信号作用于电液比例电磁阀。
[0012]所述信号发生电路生成波谷值为5V，波峰值为1V的三角波信号；
[0013]所述信号放大电路将所述三角波信号放大，生成波谷值为0V，波峰值为15V的三角波信号，作为参考信号；
[0014]所述信号比较电路输出的控制信号为具有一定占空比的方波控制信号。
[0015]信号发生电路由定时芯片、电阻和电容组成，定时芯片采用SA555芯片，其引脚8接+15V电源；引脚I接电源地；电阻Rl —端接定时芯片引脚4，另一端接电阻R7 —端；电阻R7的另一端分别接定时芯片引脚7和电阻R8 —端；电阻R8的另一端分别接定时芯片的引脚6和电容C4 一端；电容C4的另一端接地；电容C9的一端接定时芯片引脚5，另一端接地；定时芯片的引脚2、6连接电阻R5的同一端，电阻R5的另一端连接信号放大电路中运算放大器D2B的同相输入端。
[0016]信号放大电路由双路运算放大器、电阻和电容组成，双路运算放大器采用包括运算放大器D2A和运算放大器D2B的0P727芯片，其引脚3连接电阻R3 —端，电阻R3的另一端分别连接电阻R13和电阻R2的一端，电阻R13另一端接+15V电源，电阻R2的另一端接地；所述双路运算放大器D2的引脚4分别接-15V电源和旁路电容Cll的一端，旁路电容Cll另一端接地；引脚5接电阻R5 ;引脚6通过限流电阻R6与引脚I相连；引脚7输出控制信号，且通过电阻R15连接引脚6 ;引脚8分别接+15V电源和旁路电容ClO的一端，旁路电容ClO的另一端接地；引脚I通过电阻R4与引脚2相连，引脚2串联电阻R14后接地。
[0017]信号比较电路由比较器D3、电阻和电容组成，比较器D3采用LM193型号，其引脚I通过电阻R9连接功率驱动电路4，引脚I还通过电阻R24与引脚4相连，引脚I还通过电阻R20与引脚8相连；
[0018]引脚8分别接+15V电源和电容C12的一端，旁路电容C12的另一端接地，引脚4接电源地，引脚3接输入信号，引脚2接双路运算放大器的引脚7。
[0019]功率驱动电路由功率驱动芯片D4、电阻和二极管组成，功率驱动芯片D4采用BTS432E2芯片，其引脚3接+24V电源；电阻R16 —端接功率驱动芯片D4的引脚1，另一端接电源地；限流电阻R9接功率驱动芯片D4的引脚2 ;防反接二极管Vl的正极连接功率驱动芯片D4的引脚5，负极分别连接蓄流二级管V5的负极和电液比例电磁阀；蓄流二极管V5的正极接电源地。
[0020]本实用新型的比例阀手动驱动系统的设计能够满足液压系统的手动操作功能，而不用软件的控制方式(自动控制)实现。此设计是采用纯硬件的方式驱动比例阀，应用可靠，满足要求，并省去了软件开发周期和软件开发成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为现有电液比例阀控制原理示意图；
[0022]图2为本实用新型的比例阀控制系统流程图；
[0023]图3为本实用新型的电路原理图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细描述:
[0025]如图2所示，本实施例的比例阀控制系统包括依次相连的信号发生电路1、信号放大电路2、信号比较电路3、功率驱动电路4，功率驱动电路4的输出端连接电液比例电磁阀。
[0026]信号发生电路I用于产生信号。该信号通常为符合控制周期需要的周期信号。
[0027]信号放大电路2用于将信号放大(或者同时变换信号幅值区间)，产生参考信号。
[0028]信号比较电路3的输入端分别输入参考信号和输入信号,并生成控制信号。输入信号的变化规律通常与需要的控制状态相应。
[0029]上述控制信号输入功率驱动电路4的输入端，功率驱动电路4用于将控制信号进行功率放大并输出驱动信号，该驱动信号作用于电液比例电磁阀。
[0030]工作过程中，信号发生电路I生成波谷值为5V，波峰值为1V的三角波信号。
[0031]信号放大电路2将上述三角波信号放大，生成波谷值为0V，波峰值为15V的三角波信号，作为参考信号。
[0032]信号比较电路3输出具有一定占空比的方波控制信号。
[0033]如图3所示，本实施例的比例阀控制系统中，信号发生电路I由定时芯片D1、电阻和电容组成。
[0034]定时芯片Dl采用SA555芯片，其引脚8接+15V电源；引脚I接电源地；电阻Rl —端接定时芯片Dl引脚4，另一端接电阻R7 —端；电阻R7的另一端分别接定时芯片Dl引脚7和电阻R8 —端；电阻R8的另一端分别接定时芯片Dl的引脚6和电容C4 一端；电容C4的另一端接地；电容C9的一端接定时芯片Dl引脚5，另一端接地；定时芯片Dl的引脚2、6连接电阻R5的同一端，电阻R5的另一端连接信号放大电路中运算放大器D2B的同相输入端。
[0035]信号放大电路2由双路运算放大器、电阻和电容组成。
[0036]双路运算放大器采用包括运算放大器D2A和运算放大器D2B的0P727芯片，其引脚3连接电阻R3 —端，电阻R3的另一端分别连接电阻R13和电阻R2的一端，电阻R13另一端接+15V电源，电阻R2的另一端接地；所述双路运算放大器D2的引脚4分别接-15V电源和旁路电容Cll的一端，旁路电容Cll另一端接地；引脚5接电阻R5;引脚6通过限流电阻R6与引脚I相连；引脚7输出控制信号，且通过电阻R15连接引脚6 ;引脚8分别接+15V电源和旁路电容ClO的一端，旁路电容ClO的另一端接地；引脚I通过电阻R4与引脚2相连，引脚2串联电阻R14后接地。
[0037]信号比较电路3由比较器D3、电阻和电容组成。
[0038]比较器D3采用LM193型号，其引脚I通过电阻R9连接功率驱动电路4，引脚I还通过电阻R24与引脚4相连，引脚I还通过电阻R20与引脚8相连；
[0039]引脚8分别接+15V电源和电容C12的一端，旁路电容C12的另一端接地，引脚4接电源地，引脚3接输入信号，引脚2接双路运算放大器的引脚7。
[0040]功率驱动电路4由功率驱动芯片D4、电阻和二极管组成。
[0041]功率驱动芯片D4采用BTS432E2芯片，其引脚3接+24V电源；电阻R16 —端接功率驱动芯片D4的引脚1，另一端接电源地；限流电阻R9接功率驱动芯片D4的引脚2 ;防反接二极管Vl的正极连接功率驱动芯片D4的引脚5，负极分别连接蓄流二级管V5的负极和电液比例电磁阀；蓄流二极管V5的正极接电源地。
[0042]工作原理:
[0043]信号发生电路I由定时芯片SA555的引脚6输出三角波信号VI，波谷值为5V，波峰值为10V，并经过电阻R5限流后，输入到运算放大器D2B的同向输入端引脚5(运算放大器D2B的反相输入端引脚4亦初始三角波信号VI) ο。
[0044]信号放大电路2是将三角波信号Vl经过放大处理形成参考信号VREF，具体计算过程如下:
[0045](I) +15V电压经过电阻R2和R13分压之后，产生+5V的稳定电压并经过电阻R3进行限流后，输入到运算放大器D2A的同向输入端引脚3 (运算放大器D2A的反向输入端引脚2亦初始为+5V)；
[0046](2)由上可以计算出流过电阻R14的电流I = 5+(19X10~3)，因此可以得出D2A引脚 I 的电压 V2 = 5+1 X (10X10~3)；
[0047](3)结合运算放大器D2B引脚6的电压信号，可以得出电阻R15两端的分压值V3=IlX (19X10~3)；
[0048](4)信号放大电路输出的参考信号VREF = V3+V1 = (29 + 10) X (V1-5)。
[0049]信号比较电路3是比较器D3 (LM193)将两输入端电压进行比较，并输出方波信号。当输入信号Vin>VREF时，输出高电平VH(VH ( 5V);当输入信号VirKVREF时，输出低电平VL(VLSOV);当输入信号Vin = VREF时，输出电压为零。因此，输出方波信号的占空比PWM=Vin/VREF_MAXX100%，其中 PWMMAX =100%, PWMMin = 0%。因此，随着输入电压 Vin的变化，方波占空比也相应的变化。
[0050]功率驱动电路4的控制信号来自信号比较电路3的方波信号，控制信号经过电阻R9限流之后，进入功率驱动芯片D4(BTS432E2)，驱动电流1ut>2A。由功率驱动芯片D4输出相应占空比的驱动信号，用于驱动比例阀。其中，二极管Vl为防反接二极管，二极管V5
为蓄流二极管。
[0051]以上的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种比例阀控制系统，其特征在于，包括依次相连的信号发生电路(I)、信号放大电路(2)、信号比较电路(3)、功率驱动电路(4); 所述功率驱动电路⑷的输出端连接电液比例电磁阀； 所述信号发生电路(I)用于产生信号； 所述信号放大电路(2)用于将信号放大，产生参考信号； 所述信号比较电路(3)的输入端分别输入参考信号和输入信号，并生成控制信号； 所述控制信号输入所述功率驱动电路(4)的输入端，所述功率驱动电路(4)用于将控制信号进行功率放大并输出驱动信号，所述驱动信号作用于电液比例电磁阀。
2.根据权利要求1所述的比例阀控制系统，其特征在于， 所述信号发生电路(I)生成波谷值为5V，波峰值为1V的三角波信号； 所述信号放大电路(2)将所述三角波信号放大，生成波谷值为0V，波峰值为15V的三角波信号，作为参考信号； 所述信号比较电路(3)输出的控制信号为具有一定占空比的方波控制信号。
3.根据权利要求2所述的比例阀控制系统，其特征在于，信号发生电路(I)由定时芯片(Dl)、电阻和电容组成，定时芯片(Dl)采用SA555芯片，其引脚8接+15V电源；引脚I接电源地；电阻Rl —端接定时芯片(Dl)引脚4，另一端接电阻R7—端；电阻R7的另一端分别接定时芯片(Dl)引脚7和电阻R8—端；电阻R8的另一端分别接定时芯片(Dl)的引脚6和电容C4 一端；电容C4的另一端接地；电容C9的一端接定时芯片(Dl)引脚5，另一端接地；定时芯片(Dl)的引脚2、6连接电阻R5的同一端，电阻R5的另一端连接信号放大电路中运算放大器D2B的同相输入端。
4.根据权利要求2所述的比例阀控制系统，其特征在于，信号放大电路(2)由双路运算放大器、电阻和电容组成，双路运算放大器采用包括运算放大器D2A和运算放大器D2B的OP727芯片，其引脚3连接电阻R3 —端，电阻R3的另一端分别连接电阻R13和电阻R2的一端，电阻R13另一端接+15V电源，电阻R2的另一端接地；所述双路运算放大器D2的引脚4分别接-15V电源和旁路电容Cll的一端，旁路电容Cll另一端接地；引脚5接电阻R5 ;弓丨脚6通过限流电阻R6与引脚I相连；引脚7输出控制信号，且通过电阻R15连接引脚6 ;弓丨脚8分别接+15V电源和旁路电容ClO的一端，旁路电容ClO的另一端接地；引脚I通过电阻R4与引脚2相连，引脚2串联电阻R14后接地。
5.根据权利要求2所述的比例阀控制系统，其特征在于，信号比较电路⑶由比较器D3、电阻和电容组成，比较器D3采用LM193型号，其引脚I通过电阻R9连接功率驱动电路4，引脚I还通过电阻R24与引脚4相连，引脚I还通过电阻R20与引脚8相连； 引脚8分别接+15V电源和电容C12的一端，旁路电容C12的另一端接地，引脚4接电源地，引脚3接输入信号，引脚2接双路运算放大器的引脚7。
6.根据权利要求2所述的比例阀控制系统，其特征在于，功率驱动电路⑷由功率驱动芯片D4、电阻和二极管组成，功率驱动芯片D4采用BTS432E2芯片，其引脚3接+24V电源；电阻R16 —端接功率驱动芯片D4的引脚1，另一端接电源地；限流电阻R9接功率驱动芯片D4的引脚2 ;防反接二极管Vl的正极连接功率驱动芯片D4的引脚5，负极分别连接蓄流二级管V5的负极和电液比例电磁阀；蓄流二极管V5的正极接电源地。
【文档编号】F16K31/02GK204042130SQ201420357787
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】李德忠, 刘海阳, 黄媛媛, 王志勇, 康亚东 申请人:北京航天发射技术研究所, 中国运载火箭技术研究院