一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及伺服阀控制技术领域，尤其涉及一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]音圈驱动伺服阀的工作原理为通电线圈(导体)在磁场中会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成比例。其基本结构是套在固定的永久磁铁上的移动线圈，当信号电流输入线圈，在电磁场效应的作用下，线圈中产生与信号电流相对应的轴向作用力，并驱动与线圈直接相连的阀芯运动，进而实现阀的开合。要实现音圈电机驱动的先导式伺服阀控制，最终体现为实现小电流的音圈电机控制，传统的伺服阀线圈驱动电路为H桥驱动电路，组成的H桥电路中多为4个MOS管或4个三极管。
[0003]中国发明专利，公布号:CN 103233937 A，公布日:2013.08.07，公开了一种电液伺服阀数字控制器，属于电液伺服阀控制技术领域。该发明是为了解决现有伺服阀控制器由于采用模拟电路结构，使得抗干扰能力差的问题。CAN总线接口电路的控制信号传输端连接微控制器的控制信号传输端，微控制器的控制信号输出端连接DA转换器的数字信号输入端，DA转换器的模拟信号输出端连接伺服阀驱动电路的驱动信号输入端，伺服阀驱动电路输出的驱动信号作为电液伺服阀的伺服阀线圈驱动信号；伺服阀驱动电路输出的驱动信号连接过流保护电路的采集信号输入端，过流保护电路的报警信号输出端连接伺服阀驱动电路的报警信号输入端；过流保护电路的报警控制信号输出端连接微控制器的报警控制信号输入端。此发明采用数字信号控制伺服阀，伺服阀驱动电路结构复杂，使用的开关管较多，能耗大，成本高。
[0004]中国发明专利，公布号:CN 103580464 A，公布日2014.02.12，公开了一种自保护H桥驱动电路，包括:H桥驱动单元和H桥驱动控制单元。四个开关元件处于对角线上，左上臂和右下臂的开关元件构成一个左上右下驱动支路，右上臂和左下臂的开关元件构成一个右上左下驱动支路，H桥驱动控制单元控制两个驱动支路交替导通和负载电流方向，在同一驱动支路中，一个开关元件控制负载驱动电流输出，另一个开关元件控制负载驱动电流占空比。当H桥驱动单元中一个驱动支路上有一个或两个开关元件导通时，H桥驱动控制单元阻止另一个驱动支路上的两个开关元件导通，实现自保护功能。H桥驱动单元采用独立的开关元件搭建驱动电路，面对不同负载驱动时，可以根据驱动负载所需电流选用不同驱动能力的开关元件，具有较高的灵活性。其不足之处在于，该专利如果应用在伺服阀驱动电路上还需要提供一个PWM驱动电路，增加了成本。
【发明内容】
[0005]1.发明要解决的技术问题
[0006]针对现有技术的音圈电机先导式伺服阀控制系统控制不稳定，控制精度不高的问题，本发明提供了一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统及其控制方法。它采用两个MOS管与两个三极管组成的H桥驱动电路进行伺服阀线圈驱动，具有控制稳定且控制精度高的特点。
[0007]2.技术方案
[0008]为解决上述问题，本发明提供的技术方案为:
[0009]—种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统，包括伺服阀控制电路、计算机、伺服阀、栗源、传感器检测系统和运动执行器，其中，计算机与伺服阀控制电路的CAN总线接口电路连接，伺服阀控制电路的伺服阀驱动电路和栗源均与伺服阀连接，传感器检测系统包括压力及流量传感器和位移及速度传感器；伺服阀分别与运动执行器和压力及流量传感器连接，运动执行器与位移及速度传感器连接，压力及流量传感器和位移及速度传感器均与伺服阀控制电路的微控器MCU连接。
[0010]优选地，所述伺服阀控制电路包括电源转换模块、CAN总线接口电路、微控器MCU、DA转换器和伺服阀驱动电路，电源转换模块分别与CAN总线接口电路、微控器MCU、DA转换器、伺服阀驱动电路和传感器检测系统连接，CAN总线接口电路、微控器MCU、DA转换器和伺服阀驱动电路依次连接。
[0011 ] 优选地，电源转换模块包括5V电源转换模块和12V电源转换模块。
[0012]优选地，12V电源转换模块包括稳压芯片U3、二极管D3、电感L1、电容Cl、C4和电阻R2、R3，24V直流电连接在稳压芯片U3的输入端Vin上，稳压芯片U3的端子GND和端子ON均接地，稳压芯片U3的端子FB分别与电容Cl的一端和电阻R2的一端连接，电容Cl的另一端分别与电阻R2的另一端、电容C4的正极、电感LI的一端、12V直流电输出端12Vcc和电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端和电容C4的负极均接地，电感LI的另一端分别与二极管D3的阴极和稳压芯片U3的端子OUT连接，二极管D3的阳极接地，5V电源转换模块和12V电源转换模块的电路原理相同，但元件取值不同。
[0013]5V电源转换模块包括稳压芯片U4、二极管D4、电感L2、电容C8、C9和电阻R6、R7，24V直流电连接在稳压芯片U4的输入端Vin上，稳压芯片U4的端子GND和端子ON均接地，稳压芯片U4的端子FB分别与电容C8的一端和电阻R6的一端连接，电容C8的另一端分别与电阻R6的另一端、电容C9的正极、电感L2的一端、5V直流电输出端5Vcc和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端和电容C9的负极均接地，电感L2的另一端分别与二极管D4的阴极和稳压芯片U4的端子OUT连接，二极管D4的阳极接地。
[0014]电源转换模块是根据硬件系统各芯片的供电要求，以及外设传感器供电，采用的电源输入为24V，经过DC/DC电压转换，为控制器各模块提供稳定的直流电源，稳压芯片U3选用TI公司的LM2596开关型集成稳压芯片对电源进行24V至12V与5V的转换，LM2596外围电路简单，只需四个外接元件，可以使用通用的标准电感，极大地简化了电源转换模块的设计，在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在4 %的范围内，功耗低，效率高，具有过热保护和限流保护功能。
[0015]优选地，CAN总线接口电路包括CAN收发器U1、电阻R5和插件Jl，CAN收发器Ul的端子Vcc与5V电源转换模块的5V直流电输出端5Vcc连接，CAN收发器Ul的端子CANL分别与电阻R5的一端、插件Jl的端子2连接，电阻R5的另一端分别与CAN收发器Ul的端子CANH和插件Jl的端子I连接，CAN收发器Ul的端子GND和插件Jl的端子3均接地，CAN收发器Ul的端子Vcc与5V直流电输出端5Vcc连接，CAN收发器Ul的端子TXD、RXD对应分别与微控器U8的端子CAN-TXD、端子CAN-RXD相连。
[0016]采用CAN总线接口电路，CAN总线拓扑结构灵活，工作状态上的节点都可以随时发送数据，具有传输时间短，抗干扰能力强等特点，CAN收发器Ul选用TJA1055T芯片进行CAN总线设计，完全集成的接收器滤波器，具有总线故障管理，支持低功耗运行模式。
[0017]优选地，微控器MCU包括微控器U8、振荡电路和重启电路，振荡电路包括电容Cl 1、C12和晶振Yl，微控器U8的端子XTALIN分别与晶振Yl的一端和电容Cll的一端连接，晶振Yl的另一端分别与微控器U8的端子XTAL0UT和电容C12的一端连接，电容Cll的另一端和电容C12的另一端均接地；
[0018]重启电路包括电容C14、电阻R20和开关Kl，微控器U8的端子RESET与电容C14的一端、电阻R20的一端和开关Kl的一端连接，电容C14的另一端和开关Kl的另一端连接，电阻R20的另一端接3.3V直流电；
[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 依次对应与 DA 转换芯片 U6 的端子 DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8、DB9、DBlO 和 DBll 连接。
[0020]控制系统的主要硬件配置为微控器MCU，选用LPCl 1C4FBD48进行伺服阀控制，MCU构架具有多样化，硬件驱动能力强，系统集成度高，简单易学等特点。
[0021 ] 优选地，伺服阀控制系统还包括MCU工作指示灯电路与烧录接口电路，在MCU工作指示灯电路中，微控器U8的端子P100-6与电阻Rl的一端连接，电阻Rl的另一端与发光二极管Dl的阳极连接，发光二极管Dl的阴极和发光二极管D2的阴极均接地，发光二极管D2的阳极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与微控器U8的端子P100-7连接；
[0022]在烧录接口电路中，微控器U8的端子SWCLK、SffD1对应分别与烧录接插件J5的端子4、5连接，烧录接插件J5的端子2接地，端子I接3.3V直流电。
[0023]优选地，DA转换器包括DA转换芯片U6、电阻R9、R10、电感L3、电容C15、C16，DA转换芯片U6的端子Vdd与12V电源转换模块的12V直流电输出端12Vcc连接，DA转换芯片U6的端子REF out与电感L3的一端连接，电感L3的另一端分别与电容C15的一端、电容C16的一端和DA转换芯片U6的端子REF in连接，DA转换芯片U6的端子GND、DA转换芯片U6的端子Vss、电容C15的另一端和电容C16的另一端均接地，DA转换芯片U6的端子Rofsb与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与端