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_2

文档序号:8940178阅读:来源:国知局
子IDAoutB连接,DA转换芯片U6的端子Vouta与端子IDAoutA连接。
[0024]MCU输出信号给DA转换器,DA转换器选用AD7247AAR。
[0025]优选地,伺服阀驱动电路包括H桥驱动电路,所述的H桥驱动电路包括第一 MOS管U5、第二 MOS管U7、第三三极管Q3与第四三极管Q4 ;
[0026]第一电阻Rll的一端与微控器U8的端子P101-5连接,第一电阻Rll的另一端与第一三极管Ql的基极相连,第一三极管Ql的发射极接地,集电极分别与第二电阻R8的一端和第一 MOS管U5的栅极G相连接,第二电阻R8的另一端分别与5V直流电输出端5Vcc和第一 MOS管U5的源极S相连;
[0027]第三电阻R13的一端与非门芯片U13的端子IY相连,第三电阻R13的另一端与第二三极管Q2的基极相连,第二三极管Q2的发射极与地相连,集电极分别与第四电阻R12的一端和第二 MOS管U7的栅极G相连接,第四电阻R12的另一端分别与5V直流电输出端5Vcc和第二 MOS管U7的源极S相连;
[0028]DA转换器的输出信号IDAoutB与第五电阻R14的一端连接,第五电阻R14的另一端与第三三极管Q3的基极连接,第三三极管Q3的发射极与地相连,集电极分别与第二 MOS管U7的漏极D、第一电容ClO的一端和伺服阀J2的端子3相连;
[0029]DA转换器的输出信号IDAoutA与第六电阻R15的一端连接,第六电阻R15的另一端与第四三极管Q4的基极相连,第四三极管Q4的发射极接地,第四三极管Q4的集电极分别与伺服阀J2的端子1、第一电容ClO的另一端和第一 MOS管U5的漏极D相连。
[0030]第一 MOS管U5、第二 MOS管U7、第三三极管Q3与第四三极管Q4组成H桥驱动电路,组合第一电容C10,实现液压伺服阀的控制;伺服阀驱动电路采用两个MOS管与两个三极管组成的H桥驱动电路,在此驱动电路中,当MOS管供电为全导通电压后,MOS管打开,由DA转换器输出的模拟量控制三极管实现伺服阀线圈上电流变化,进而实现伺服阀控制。
[0031]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,相对于由四个MOS管组成的H桥驱动电路,本发明的H桥驱动电路采用三极管控制,比MOS管控制电流要稳定,更适合此种音圈驱动先导式伺服阀的电流驱动控制;相对于由4个三极管组成的H桥驱动电路,也即是一个电流支路用2个三极管控制,由于器件本身差异,使得控制存在误差,而本发明的H桥驱动电路中,MOS管为开关量控制,三极管为控制量,也即是一个支路用一个三极管控制,使得控制更精确。
[0032]优选地,所述运动执行器为液压缸。液压缸结构简单,输出力大可做大功率的动力元件,工作效率高,性能稳定可靠,使用维护方便。
[0033]—种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统的控制方法,其步骤为:
[0034]A、按照以上所述构建一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统;
[0035]B、压力及流量传感器检测伺服阀的压力值和流量值,并传输给微控器MCU;位移及速度传感器检测运动执行器的位移和速度,并传输给微控器MCU ;
[0036]C、计算机通过CAN总线接口电路读取微控器MCU中来自传感器检测系统的值;CAN收发器Ul的端子RXD与微控器U8的端子CAN-RXD相连,CAN收发器Ul读取微控器U8传递的数据;
[0037]D、经过计算机运算后通过CAN总线接口电路将计算机的运算结果传输给微控器MCU ;CAN收发器Ul的端子TXD与微控器U8的端子CAN-TXD相连,CAN收发器Ul将计算机的运算结果传输给微控器U8;
[0038]E、微控器MCU输出信号给DA转换器,转换成模拟量后输出给伺服阀驱动电路;微控器U8的端子P102-0?P102-11,依次对应与DA转换芯片U6的端子DBO?DBll连接,传递数据给DA转换芯片U6 ;
[0039]F、伺服阀驱动电路的输出和栗源一起对伺服阀实施控制,伺服阀驱动运动执行器执行动作。
[0040]3.有益效果
[0041]采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下有益效果:
[0042](I)本发明的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;
[0043](2)本发明采用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;
[0044](3)本发明控制系统的主要硬件配置为微控器MCU,微控器U8选用LPC11C4FBD48进行伺服阀控制,MCU具有构架具有多样化,硬件驱动能力强,系统集成度高,简单易学等特占.V,
[0045](4)本发明用两个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,相对于由四个MOS管组成的H桥驱动电路,本发明的H桥驱动电路采用三极管控制,比MOS管控制电流要稳定,更适合此种音圈驱动先导式伺服阀的电流驱动控制;相对于由4个三极管组成的H桥驱动电路,也即是一个电流支路用2个三极管控制,由于器件本身差异,使得控制存在误差,而本发明的H桥驱动电路中,MOS管为开关量控制,三极管为控制量,也即是一个支路用一个三极管控制,使得控制更精确;
[0046](5)本发明的运动执行器为液压缸,液压缸结构简单,输出力大,可做大功率的动力元件,工作效率高,性能稳定可靠,使用维护方便,成本低。
【附图说明】
[0047]图1为本发明的原理框图;
[0048]图2为本发明的24V转12V电路原理图;
[0049]图3为本发明的24V转5V电路原理图;
[0050]图4为本发明的CAN总线电路原理图;
[0051]图5为本发明的MCU电路原理图;
[0052]图6为D/A转换器电路原理图;
[0053]图7为伺服阀驱动电路原理图;
[0054]图8为本发明的非门电路原理图;
[0055]图9为本发明的烧录接口电路原理图;
[0056]图10位本发明的MCU工作指示灯电路原理图。
【具体实施方式】
[0057]为进一步了解本发明的内容,结合附图及实施例对本发明作详细描述。
[0058]实施例1
[0059]如图1所示,一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微控器MCU连接;运动执行器为液压缸,液压缸结构简单,输出力大,可做大功率的动力元件,工作效率高,性能稳定可靠,使用维护方便。
[0060]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。
[0061 ] 电源转换模块包括5V电源转换模块和12V电源转换模块,结合图2,12V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。
[0062]结合图3,5V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。
[0063]电源转换模块是根据硬件系统各芯片的
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