专利名称：用于发动机控制器实物在回路仿真试验的电子合成电阻的制作方法
技术领域：
本发明用于发动机控制器实物在回路仿真试验中的电阻类传感器的信号模拟，涉及使用运算放大器、数模转换器或乘法器实现电阻值变化的高精度模拟，并能适应控制器的不同类型的电阻信号调理电路接口，属于控制系统仿真技术领域。发动机控制系统中一般会用到几种电阻型传感器，比如热电阻温度传感器，桥臂电阻随压力大小而改变的压力传感器，电位计式位置传感器等。在发动机控制器实物在回路仿真试验系统中，需要根据发动机仿真模型的输出动态地模拟电阻类传感器的信号变化，即需要动态地模拟阻值的变化，用于构成控制系统的闭环仿真回路，模拟电阻值跟踪模型的实时性和精确性直接决定了仿真系统的有效性和置信度。
背景技术：
电阻类传感器一般有热电阻温度传感器、电位器式位移传感器、电阻应变式压力传感器等。模拟电阻阻值动态变化通常采用如下几种方法
Ca)使用继电器或电子开关在电阻箱中通过不同阻值的组合来实现可变电阻；
(b)使用数字电位器切换半导体电阻来实现可变电阻；
(c)使用伺服电机驱动电位器实现可变电阻；
(d)使用增益控制电路和运算放大器组成单口网络的电子合成电阻。在这些方法中，
方法(a)的精度取决于电阻箱中电阻的阻值和数量，不仅体积较大，分辨率也较差，而且继电器触点电阻也会影响电阻模拟精度；
方法(b)中由于串入了较大的开关导通电阻且温度稳定性差，其精度得不到保证；方法(c)体积大，其精度取决于位置传感器和电机的控制精度，在实现高精度的同时将会带来高成本的问题；
方法(d)采用电子合成的方法，通过对激励电压的增益控制，从而控制模拟电阻值的变t匕，但模拟精度不理想，且局限于控制器要采用恒压激励并且电阻负端与模拟器共地，模拟器的适配能力差。
发明内容
本发明提出的是一种用于发动机控制器实物在回路仿真试验的电子合成电阻，其目的旨在解决发动机控制器实物在回路仿真试验中的电阻类传感器的信号模拟问题，涉及使用运算放大器、数模转换器或乘法器实现电阻值变化的高精度模拟，并能适应控制器的不同类型的电阻信号调理电路接口。本发明的技术解决方案用于发动机控制器实物在回路仿真试验的电子合成电阻，其结构是控制器电路的正端电压信号输出端与缓冲器的信号输入端和标准电阻相接，缓冲器的信号输出端与放大器的信号输入端相接，放大器的信号输出端与增益控制电路的基准电压信号输入端相接；增益控制电路的变比可控电压信号输出端与衰减器的信号输入端相接；衰减器的信号输出端与控制器的负端电压信号输入端相接。本发明的有益效果I)相对于现有的使用增益控制电路和运算放大器组成单口网络的电子合成电阻方法，本发明通过对基准电压信号的放大，克服了增益控制电路因基准电压信号较小时其变比控制受噪声影响严重的问题，从而提高信噪比，保证增益控制电路工作在合理的范围，从而有效提高电阻模拟精度；2)相对于现有的使用增益控制电路和运算放大器组成单口网络的电子合成电阻方法，本发明的电子合成电阻电路采用隔离电源供电，使电子合成电阻电路的地电位独立于控制器电路参考地，从而使电子合成电阻电路不但适用于共地的恒压激励应用电路，而且还适用于不共地的恒电流激励或恒定压差激励的控制器电路，增强所述电子合成电阻的适配能力。
附图I是本发明的原理框图。附图2是本发明的具体实施电路原理图。
具体实施例方式对照图1，用于发动机控制器实物在回路仿真试验的电子合成电阻的结构是控制器的正端电压信号输出端与缓冲器的信号输入端相接，缓冲器的信号输出端与运算放大器的信号输入端相接，运算放大器的信号输出端与电子合成电阻电路的信号输入端相接；电子合成电阻电路的变比可控电压信号输出端与衰减器的信号输入端相接；衰减器的信号输出端与控制器的负端电压信号输入端相接。构造方法，通过标准电阻(RO)将控制器电路的激励电流转换成电子合成电阻正端电压信号VR+ ;对正端电压信号VR+放大-A倍得到增益控制电路的基准电压信号；通过带外部参考的DA电路或一个乘法器构成增益控制电路实现变比(K)的控制；将增益控制电路产生的变比受控的电压信号衰减1/A倍，得到电子合成电阻的负端电压信号VR-=K*VR+ ；电子合成电阻电路的地电位相对于控制器电路的参考地浮动；所述的电子合成电阻正端和负端电位差与流过所述标准电阻的激励电流之比值即为电子合成电阻(R)的阻值，即电阻(R) =(1+K)R0，通过控制增益控制电路的变比K控制合成电阻的阻值。将合成电阻正端电压信号放大-A倍得到增益控制电路的基准电压信号，将增益控制电路产生的变比受控的电压信号衰减1/A倍以完全抵消对基准电压信号的放大作用，得到电子合成电阻的负端电压信号，克服增益控制电路因基准电压信号较小时其变比控制受噪声影响严重的问题，从而提高信噪比，保证增益控制电路工作在合理的范围，从而有效提闻电阻1旲拟精度。电子合成电阻电路供电，使用隔离电源供给，使电子合成电阻电路的地电位独立于控制器电路参考地，使电子合成电阻电路不但适用于共地的恒压激励应用电路，而且还适用于不共地的恒电流激励或恒定压差激励的控制器电路，增强所述电子合成电阻的适配能力。
实施例如图2所示，右侧方框表示控制器，其参考地位AGND，左侧为电子合成电阻电路原理图。电子合成电路采用+/-15V电源供电，参考地电位为BGND，AGND和BGND允许处于不同电位上，或者说电子合成电路的参考地允许相对于控制器浮动。电子合成电路中，UU U2、U4为精密运算放大器0P77，分别用作为缓冲器、放大器和衰减器;U3为乘法器AD633，用作增益控制电路。分别用作为缓冲器、放大器和衰减器；C1、C2、C3、C4、C6、C7、C9、C10为O. IuF的电容，作为相应芯片的电源去耦电容，以减少电源
噪声的影响。电子合成电路有3个外部信号端口，其中VR+和VR-为控制器的电阻接口，其电位对应合成电阻的正端电位和负端电位；vc为电子合成电路的控制端口，其电压的高低对应了增益控制电路的变比，VC=-IO IOV时对应变比K=-I I。控制器的激励电流流过RO产生相对于电子合成电路的电位VR+，在电阻RO上并联一个电容CO是为了吸收激励电流中的噪声干扰。VR+经缓冲电路Ul后进入放大器U2，U2构成一个反相放大器，增益为-R2/R1=_50，因此增益控制电路的参考电压为-50*VR+。电阻·R2上并联的电容C5是为了滤除信号中的高频噪声。增益控制电路是通过乘法器U3 (AD633)实现的。乘法器U3 (AD633)的输出端W是乘法器U3 (AD633)的Xl端的基准电压_50*VR+与控制端Yl端的控制电压VC决定的变比K的乘积，于是乘法器U3 (AD633)的输出端W端的电压为-50*K*VR+。电阻R3、电阻R4构成50:1的分压器，与缓冲器U4配合构成衰减比为1/50的衰减器，与电阴R4并联的电容是为了滤除信号中的高频噪声，于是得到合成电阻负端电位VR-=-K*VR+。根据欧姆定律，合成电阻R= (VR+-VR-) / (VR+/R0) = (1+K) RO 取RO=IOO欧姆，于是有
VC=IOV 时，K=I，R=2*R0=200 欧姆；
VC=OV 时，K=O，R=RO=IOO 欧姆；
VC=-IOV 时，K=-I，R=O 欧姆。电子合成电路中的Pl和P2是调零电位器，以消除电子合成电路中零点偏置。调零方法是，在控制器激励电流为O时，调节Pl使乘法器U3的Xl端电位为O ;在控制电压VC为O时，调节调零电位器P2时缓冲器U4的输出端VR-为O。
权利要求
1.用于发动机控制器实物在回路仿真试验的电子合成电阻，其特征是控制器电路的正端电压信号输出端与缓冲器的信号输入端相接，缓冲器的信号输出端与放大器的信号输入端相接，放大器的信号输出端与增益控制电路的基准电压信号输入端相接；增益控制电路的变比可控电压信号输出端与衰减器的信号输入端相接；衰减器的信号输出端与控制器的负端电压信号输入端相接。
2.如权利要求I的用于发动机控制器实物在回路仿真试验的电子合成电阻的构造方法，其特征是通过标准电阻(RO )将控制器电路的激励电流转换成电子合成电阻正端电压信号VR+ ;对正端电压信号VR+放大-A倍得到增益控制电路的基准电压信号_A*VR+ ;通过带外部参考的DA电路或一个乘法器构成增益控制电路实现变比(K)的控制；将增益控制电路产生的变比受控的电压信号衰减1/A倍，得到电子合成电阻的负端电压信号VR-=-K*VR+ ；电子合成电阻电路的地电位相对于控制器电路的参考地浮动；所述的电子合成电阻正端和负端电位差与流过所述标准电阻的激励电流之比值即为电子合成电阻(R)的阻值，即电阻(R) =(1+K)R0，通过控制增益控制电路的变比K控制合成电阻的阻值。
3.根据权利要求2所述的用于发动机控制器实物在回路仿真试验的电子合成电阻的构造方法，其特征是将合成电阻正端电压信号放大-A倍得到增益控制电路的基准电压信号，将增益控制电路产生的变比受控的电压信号衰减1/A倍以完全抵消对基准电压信号的放大作用，得到电子合成电阻的负端电压信号，克服增益控制电路因基准电压信号较小时其变比控制受噪声影响严重的问题，从而提高信噪比，保证增益控制电路工作在合理的范围，从而有效提闻电阻|旲拟精度。
4.根据权利要求2所述的用于发动机控制器实物在回路仿真试验的电子合成电阻的构造方法，其特征是电子合成电阻电路供电，使用隔离电源供给，使电子合成电阻电路的地电位独立于控制器电路参考地，使电子合成电阻电路不但适用于共地的恒压激励应用电路，而且还适用于不共地的恒电流激励或恒定压差激励的控制器电路，增强所述电子合成电阻的适配能力。
全文摘要
本发明是用于发动机控制器实物在回路仿真试验的电子合成电阻，其控制器电路的正端电压信号输出端与缓冲器的信号输入端及标准电阻相接；缓冲器的信号输出端与放大器的信号输入端相接；放大器的信号输出端与增益控制电路的基准电压输入端相接；增益控制电路的变比可控电压信号输出端与衰减器的信号输入端相接；衰减器的信号输出端与控制器的负端电压信号输入端相接。优点1)提高了信噪比，保证增益控制电路工作在合理范围，有效提高电阻模拟精度；2)采用隔离电源供电，使电子合成电阻电路的地电位独立于控制器电路参考地，使电子合成电阻电路适用于共地的恒压激励应用电路、不共地的恒电流激励或恒定压差激励的控制器电路，增强了适配能力。
文档编号G05B17/02GK102914973SQ201210402488
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者张天宏, 黄向华, 盛汉霖, 束家煜 申请人:南京航空航天大学