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_3

文档序号:8940178阅读:来源:国知局
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;另外,电感LI和L2均为33uH,电容C4和C9均为16V/1000uF的电解电容,
[0064]结合图4,CAN总线接口电路包括CAN收发器Ul、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。
[0065]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。
[0066]结合图5,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ClU 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;
[0067]重启电路包括电容C14、电阻R20和开关K1,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;
[0068]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。
[0069]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,简单易学等特点。
[0070]伺服阀控制系统还包括非门电路U13、烧录接口电路MCU工作指示灯电路,分别如图8、图9、图10所示;
[0071]非门电路U13的端子IA与微控器U8的端子P101-5连接,端子2A与微控器U8的端子P101-6连接,即,非门芯片U13的端子IA与第一电阻Rll的一端连接,端子IY与第三电阻R13 —端连接,端子GND接地,端子Vcc接5V直流电输出端5Vcc ;非门电路U13的型号为 CD74HC14。
[0072]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;发光二极管Dl和D2的型号均为LED0805,电阻Rl和R4的阻值相同。
[0073]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,端子3与微控器U8中的端子RESET连接。
[0074]结合图6,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的另一端与端子IDAoutB连接,DA转换芯片U6的端子Vouta与端子IDAoutA连接;MCU输出信号给DA转换器,DA转换器选用AD7247AAR,完整的双通道12位内置DAC,并行加载结构,功耗低。
[0075]结合图7,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 ;
[0076]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(端子4)相连接,第二电阻R8的另一端分别与电源模块的输出端5Vcc和第一 MOS管U5的源极S(即端子1、端子2和端子3)相连;第一三极管Q1、第二三极管Q2型号为S9014,第三三极管Q3、第四三极管Q4型号为S9013,第一 MOS管U5、第二MOS管U7型号均为Si4431DY,第二电阻R8、第四电阻R12均为1k欧姆,第一电阻R11、第三电阻R13均为470k欧姆,第五电阻R14、第六电阻R15均为470k欧姆。
[0077]第三电阻R13的一端与非门芯片U13的端子IY连接,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(端子4)相连接,第四电阻R12的另一端分别与电源模块的输出端5Vcc和第二 MOS管U7的源极S (即端子1、端子2和端子3)相连;
[0078]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(即端子5、端子6、端子7和端子8)、第一电容ClO的一端和伺服阀J2的端子3相连;
[0079]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 (即端子5、端子6、端子7和端子8)相连;
[0080]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。
[0081]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。
[0082]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。
[0083]—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:
[0084]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;
[0085]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;压力传感器为压电式或压阻式等符合本发明应用的种类和型号,流量传感器为涡街流量计或电磁流量计等符合本发明应用的种类和型号。
[0086]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;
[0087]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;
[0088]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 ;
[0089]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,运动执行器为液压缸。
[0090]以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描
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