一种机车受电弓用比例阀控制器电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种比例阀的控制电路，具体涉及一种机车受电弓用比例阀控制器电路。


背景技术：

2.目前，轨道交通电力机车应用的受电弓大多是气囊式受电弓，其控制系统为有两种：
3.一种是被动控制系统，即根据机车运行工况给定升弓压力信号通过节流阀控制压力斜率，通过精密减压阀来调整压力，如图1所示；
4.另一种是主动控制系统，控制单元接收压力传感器信号、电控调压阀反馈信号、列车运行速度信号、运行方向信号、网线高度信号和列车重连信息信号，在列车运行过程中，通过调取控制单元内计算的弓网接触力调整参数作为目标值，来控制换向电磁阀气流通道的通断和电控调压阀开度，从而实现弓网接触力的闭环检测及调整，如图2所示。
5.两种控制方式在现有机车上都有应用，其目的都是保证运行时弓网有效可靠的接触受流。
6.被动控制方案的压力曲线受机车车型，运行路线，受电弓型号等因素影响较大，甚至同一批次产品都需要进行满足现场需求的出厂调试，调试工作量较大；
7.主动控制方案通常采用pwm(脉宽调制)信号控制调压阀的阀芯膜片快速开合来控制压力变化，而控制方法也由pid控制发展到自适应控制、模糊控制、神经网络控制等等，这些控制算法从理论到实际验证的可靠性和可用性还需要时间来检验，因此采用哪种电-气控制方式对于整个受电弓控制系统的可靠性及可维护性尤为关键。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是提供一种机车受电弓用比例阀控制器电路。
9.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
10.本实用新型的机车受电弓用比例阀控制器电路，包括电源电路、控制调节及驱动电路、压力检测电路，所述控制调节及驱动电路与线圈连接。
11.由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的机车受电弓用比例阀控制器电路，通过可靠性较高的硬件电路来实现比例阀的控制电路，结构简单，抗干扰能力和可靠性强，可以有效应用于受电弓被动控制系统中，便于个性化调试；同时该控制电路也可通过数字改造升级实现整个受电弓系统的外闭环主动控制。
附图说明
12.图1为现有技术一某机车受电弓开环控制系统框图；
13.图2为现有技术二某机车受电弓闭环控制系统框图；
14.图3为本实用新型实施例提供的机车受电弓用比例阀控制器电路的系统框图；
15.图4为本实用新型实施例的基本电路原理图。
具体实施方式
16.下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
17.本实用新型的机车受电弓用比例阀控制器电路，其较佳的具体实施方式是：
18.包括电源电路、控制调节及驱动电路、压力检测电路，所述控制调节及驱动电路与线圈连接。
19.电源电路包括24vdc输入端和输出端，所述24vdc输入端与ldo稳压器和pwm脉冲发生器分别连接，所述ldo稳压器设有正电源dc12v输出端，所述pwm脉冲发生器设有负5vdc输出端。
20.所述控制调节及驱动电路包括依次连接的反相加法放大器、滞回比较器、三极管驱动电路，所述三极管驱动电路与所述线圈连接；
21.所述反相加法放大器连接有rp2电位器和rp3电位器，所述rp3电位器设有给定压力值信号输入端；
22.所述滞回比较器连接有rp1电位器。
23.所述三极管驱动电路包括npn三极管和pnp达林顿三极管。
24.所述压力检测电路包括两级反相放大电路，压力变送器的输出信号通过rp4电位器与一级反相放大电路的输入端连接，所述一级反相放大电路的输入端与所述控制调节及驱动电路的反相加法放大器之间设有rp5电位器，所述二级反相放大电路设有输出压力值反馈信号输出端，所述压力变送器与压力传感器连接。
25.本实用新型的机车受电弓用比例阀控制器电路，通过可靠性较高的硬件电路来实现比例阀的控制电路，该电路首先是通过控制比例阀膜片快速通断达到设定压力的基本功能，其次对比例阀输出的压力检测实现内闭环控制，最后可通过多个电位器实现电-气信号的带宽、补偿、磁滞的设定调整功能，而且结构简单，抗干扰能力和可靠性强，可以有效应用于受电弓被动控制系统中，便于个性化调试；同时该控制电路也可通过数字改造升级实现整个受电弓系统的外闭环主动控制。
26.如图3所示，本实用新型的电路输入为dc24v电源和给定压力值电压信号，输出为反馈压力值的给定信号，因此电路基本分为电源电路、控制调节及驱动电路、压力检测电路三大部分。
27.电源电路是在输入24vdc电压情况下，采用ldo电源芯片q2实现正电源dc12v，满足电路各种模拟芯片电源需求；通过pwm控制芯片u2实现开关电源稳压输出负5vdc，这种方式不仅高效节能而且满足高精度和稳定的电源需求。
28.控制调节及驱动电路是通过运放u1搭成的反相加法放大器和滞回比较器来实现的。反相加法放大器的输入为给定输入压力值电压信号vp3、12vdc正电压与-5dc负电压的分压电压信号vp2、及压力传感器反馈电压信号vf2三路。反相加法放大电路实现了输入给定信号和反馈压力信号的闭环控制，反相输出放大后进入滞回比较器与设定电压信号vp1进行比较，确定输出的是12vdc正电压还是-5vdc负电压，正电压才能使npn三级管q3导通，驱动pnp三极管q1导通，dc24v加到电磁线圈l1上，驱动比例阀阀门打开。
29.其中电位器rp1调整滞回比较器的比较门限从而调整给定最大输出压力值，也就相应调整了给定信号电压与压力值的斜率实现比例阀控制带宽设定；电位器rp2从-5vdc到+12vdc调整反相加法放大器的一路输入电压从而调整了给定最小输出压力值也就相应调整了输入信号、反馈信号的偏差实现比例阀控制补偿设定；电位器rp3调整给定输入压力电压信号，从而改变比例阀片动作的时间实现比例阀磁滞时间设定。
30.压力检测电路由压力变送器芯片u4和运放u3搭成的2级反相放大电路来实现，压力变送器芯片u4输出电压vf1经u3一级放大后作为控制反馈信号vf2输入u1的反相加法放大器，二级放大后作为压力检测信号vf3输出。其中电位器rp4调整压力变送器芯片u4的检测信号电压可设定反馈信号的偏移；rp5通过调整运放u3的一级放大电路的放大倍数可设定反馈信号的幅值，从而实现输出压力值与反馈电压值精确度的调整。
31.电源电路提供电路所需各种电压源；控制调节及驱动电路通过运放搭建的电路使输入电压信号与压力反馈信号的差值减小并趋于零，以实现输出压力对输入信号的跟踪；压力检测电路将压力变送器芯片通过运放处理提供控制用压力反馈信号和输出反馈信号。
32.控制调节及驱动电路通过电路中不同的电位器实现对比例阀控制过程带宽、补偿及磁滞的设定和调整；压力检测电路通过电路中不同的电位器实现反馈信号与具体压力值精度的调整。
33.控制是通过运放的反相加法放大器和滞回比较器来实现的，反相加法放大器实现输入信号及反馈信号的闭环，滞回比较器确定比例阀的膜片动作时间，并能有效避免干扰波动造成的跳变；调节是通过rp1、rp2、rp3电位器实现对输入电压给定最小动作气压、最大动作气压、动作延时时间的设定调整达到比例阀控制过程中带宽、补偿及磁滞的设定和调整；驱动是通过npn三极管和pnp达林顿三极管的电路来给电磁线圈供电。
34.压力变送器芯片的输出信号通过运放的2级反相放大电路来处理，并通过电位器rp4、rp5调整反馈信号的偏移和增益，从而实现输出检测压力值与反馈电压值精度的调整。
35.具体实施例：
36.首先需要说明的是，本实用新型所提供的比例阀控制电路主要应用于机车受电弓控制阀板的压力调整，不同客户及不同线路对同一型号受电弓产品的升弓压力要求不同因此每一批产品出厂前都需要调整，本实用新型方案比较适用生产线路的调试作业。当然对该方案进行数字改造或更进一步的控制方案优化，同时也能适应于其他电-气压力的控制应用场合。下面开始对该方案进行详细描述。
37.如图4所示，该电路的接口j0为外部接口，1脚输入24vdc电源正、2脚24vdc电源地、3脚为给定压力输入电压正、4脚为给定输入电压负、7脚为反馈压力输出电压正，2脚与4脚连接，3个信号共地；接口j1为内部电路接口与比例阀电磁线圈相连接；接口j2与压力变送器输出相连接。
38.采用低压差线性电源芯片q2将输入的dc24v转变为dc12v输出，q2选择st公司l7812，d1为隔离二极管，d3为tvs二极管，c1为电容，这些外围器件的参数及选型为通用知识，本文就不具体说明；采用pwm控制芯片u2实现开关电源电路输出-5vdc负电源，u2选择ti公司的sg3524，外围电路设计为电容二极管-5vdc负电源电路，具体可参考ti公司的sg3524的器件手册中的案例，本文不具体说明。
39.采用st公司的双路低噪声集成运放tl072a搭建反相加法放大器和滞回比较器的。
给定电压信号vp3通过电位器rp3调整、分压信号vp2通过电位器rp2调整与反馈信号vf2一起输入tl072a的a路运放的负极，通过电阻电容参数选择搭成合适比例的反相加法放大电路。tl072a的b路运放的负极为其a路运放的输出，电位器rp1调整阈值电压输入tl072a的b路运放的正极，通过电阻电容参数选择搭成合适滞回比较器电路，确定输出的是12vdc正电压还是-5vdc负电压，电位器rp1、rp2、rp3选择vashay的全封闭金属陶瓷电位器t63。tl072a的b路运放的输出电压输入到三级管q3的基极控制其集电极和射极的通断来控制三极管q1的通断，来确定比例阀电磁线圈是否得电，其中q3选用nxp公司的npn三级管bc546，其中q1选用西门子公司的pnp达林顿三极管bd648，其余电阻电容的参数及选型为通用知识，本文不具体说明。
40.压力变送器芯片u4选用ti公司的可编程电压输出调节器pga309，压力信号放大处理电路采用双路运放u3实现，压力信号经电位器rp4调整后输入tl072a的a路运放的负极输入，a路运放的负极和输出之间为电位器rp5的放大倍数调整电路，tl072a的a路运放输出后经b路固定倍数放大后输出到接口j0的7脚，同样，运放u3选用st公司的双路低噪声集成运放tl072a，电位器rp4、rp5选择vashay的全封闭金属陶瓷电位器t63，其余电阻电容的参数及选型为通用知识，本文不具体说明。
41.需要说明的是，本实用新型是在根据受电弓控制系统对比例阀调压特性要求及生产上便于差异性调试的基础上进行的简约设计，方案实施简单，适用性强，可以被引用、改造、优化在比例阀调压控制方案中，并根据具体设备及工况差别进行方案设计。
42.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。