专利名称：开环数字比例阀放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开环数字比例阀放大器。
背景技术：
在工业生产过程、工程机械、自动化生产线中，或机器人、船舶、航空等工业部门对液压系统的要求越来越高，传统的液压系统在一些工业领域中已难以满足要求。而随着电子元器件性能大幅度提高，价格下降，使得电液比例技术发展迅速， 因此，如何更好的将电子技术、现代控制策略有机的与比例技术相结合，充分发挥各自的优点，使电液比例技术在控制性能、工业适应性等方面进一步完善、提高，已成为国内外推动液压技术发展的重要课题。目前，电液比例集成控制装置已成为电液比例器件发展的一种趋势，由专用集成控制装置及控制策略构成的液压集成模块将进一步开拓电液比例器件的应用范围，比例放大器作为电液比例集成控制装置的一个重要组成元件，对于推动电液比例集成控制装置的技术进步举足轻重。目前比例阀放大器均采用大量的模拟电路实现各种功能控制，由于放大器需要调整参数较多、调整过程也比较繁琐，因此需要用到的模拟功能电路非常繁杂，控制精度不高，而成本却非常高昂。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种控制精度高、成本低、结构简单的开环数字比例阀放大器。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为该开环数字比例阀放大器，其特征在于包括输入接口电路，用于将输入的电流和/或电压信号转换为ARM主控制器适用的电压信号，然后再送给ARM主控制器中的A/D转换器进行模数转换；ARM主控制器，输入接口电路的输出端与ARM主控制器的输入端相连，该ARM控制器包括斜坡发生器、阶跃发生器、颤振信号、线性度控制器和PID控制器，参数输入接口与上位机相连；第一功率放大驱动电路，输入端与ARM主控制器的输出端相连,输出端与第一比例阀相连，用于控制比例阀的第一路电磁铁；第二功率放大驱动电路，输入端与ARM主控制器的输出端相连，输出端与第二比例阀相连，用于控制比例阀的第二路电磁铁；电源电路，为ARM主控制器、输入接口电路、第一功率放大驱动电路和第二功率放大驱动电路提供所需的稳定电源；第一电流测量反馈电路，用于测量比例阀第一路线圈的电流，输入端与比例阀第一路线圈相连，输出端与ARM主控制器相连；第二电流测量反馈电路，用于测量比例阀第二路线圈的电流，输入端与比例阀第二路线圈相连，输出端与ARM主控制器相连。为满足ARM主控制器控制程序存储数据的需要，本实用新型提供的开环数字比例阀放大器还包括外部存储器扩展电路，外扩的存储器方便存储比例放大器的各种参数，并且使比例放大器的运行状态在掉电后也能有效保存。为了与上位机进行通信，本实用新型提供的开环数字比例阀放大器还包括串口通信电路和USB通信电路和CAN总线接口电路，ARM主控制器采用的芯片可以通过RS232串口通信接口与上位机进行通信，不仅可以将上位机界面设置的参数发送到ARM主控制芯片中，同时也能将当前的电磁铁运行各参数显示在上位机界面上，给工作人员了解比例阀运行状况、调试设备等带来极大的方便，此外，USB通信模块和CAN总线接口模块，以方便将来放大器功能升级和联机调试。较好的，所述输入接口电路包括模拟量接口电路和数字量接口电路，模拟量接口电路可以接受4 20mA电流或者-10 +IOV电压的模拟输入。由于ARM控制器芯片自带的A/D转换器只能输入较小电压，因此需要把输入4 20mA的电流信号转换为较小电压信 号输入，然后再送给ARM控芯片的A/D转换器进行模数转换。同理，-10 +IOV电压模拟量输入也需要先转换为较小电压信号输入，然后再送给ARM主控芯片的A/D转换器进行模数转换；数字量接口电路四路接口一共对应16种工作状态，四路数字量输入接口均采用+12V电压输入；当其中任意一位接+12V电压时，则该路被选通。选通路的设定值输入信号由变阻器调节得到。再改进，所述功率放大驱动电路采用反接卸荷式功率驱动电路，反接卸荷式功率驱动电路代替传统的功率放大驱动电路，在未对供电电源、大功率整流元件及大功率功放管提出特殊要求的前提下，能显著提高了比例电磁铁线圈电流的衰减速度，从而提高了比例电磁铁的动态频宽。与现有技术相比，本实用新型的优点在于采用ARM为主控制器，将斜坡、阶跃、线性度、颤振信号等环节通过ARM控制器来实现，其参数可以通过上位机软件来设定，同时部分参数也可以通过电位器来调节，不仅可以有效的解决上述传统模拟式比例放大器的弊端，而且经济性更高，可靠性更好，操作灵活简单，使用维护简捷方便，具有广阔的应用前
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图I为本实用新型实施例中开环数字比例阀放大器的结构框图。图2为本实用新型实施例中功率放大驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。如图I所示的开环数字比例阀放大器，其ARM为主要控制芯片，包括输入接口电路、ARM主控制器、电源电路、外部存储器扩展电路、第一功率放大驱动电路、第二功率放大驱动电路、通信电路、第一电流测量反馈电路和第二电流测量反馈电路，用以控制双路电磁铁比例阀。输入接口电路，用于将输入的电流和/或电压信号转换为ARM主控制器适用的电压信号，然后再送给ARM主控制器中的A/D转换器进行模数转换；输入接口电路包括模拟量接口电路I和数字量接口电路2，模拟量接口电路I可以接受4 20mA电流或者-10 +IOV电压的模拟输入；由于ARM主控制器芯片自带的A/D转换器只能输入较小电压，因此需要把输入4 20mA的电流信号转换为较小电压信号输入，然后再送给ARM主控芯片的A/D转换器进行模数转换；同理,-10 +IOV电压模拟量输入也需要先转换为较小电压信号输A，然后再送给ARM主控芯片的A/D转换器进行模数转换；数字量接口电路四路接口一共对应16种工作状态，四路数字量输入接口均采用+12V电压输入；当其中任意一位接+12V电压时，则该路被选通；选通路的设定值输入信号由变阻器调节得到。ARM主控制器3由ARM控制器及相应的外围电路组成，主要用于对信号进行处理，并输出信号给第一功率放大驱动电路和第二功率放大驱动电路；模拟量接口电路I和数字量接口电路2的输出端与ARM主控制器23的输入端相连；其包括斜坡发生器、阶跃发生器、颤振信号、线性度控制器；与传统模拟式比例阀放大器不同，信号处理电路均由ARM控制器内部处理，省去了大量的模拟电路；电流控制器亦由ARM控制器实现，其输入为ARM主控制器和电流反馈信号的差值，内部为PI控制器以实现电流闭环控制，ARM控制器的参数输入 接口与上位机相连；其参数可以通过上位机人机界面软件来设定，同时部分参数也可以通过电位器来调节，不仅可以有效的解决上述传统模拟式比例放大器的弊端，而且经济性更高，可靠性更好，操作灵活简单，使用维护简捷方便，具有广阔的应用前景。第一功率放大驱动电路4和第二功率放大驱动电路5采用反接卸荷式功率驱动电路，输入端与ARM主控制器的输出端相连，输出端分别与比例阀相连，用于控制比例阀的两路电磁铁；功率放大驱动电路的输入信号PWM由ARM控制器产生，控制信号通过光耦进行放大控制MOS管,反相器、光稱和MOS管构成卸荷回路,参见图2所示；反接卸荷式功率放大级电路以代替传统的功率放大驱动电路，在未对供电电源、大功率整流元件及大功率功放管提出特殊要求的前提下，显著提高了比例电磁铁线圈电流的衰减速度，从而提高了比例电磁铁的动态频宽。电源电路6，为ARM主控制器电路、输入接口电路和功率放大驱动电路提供所需的稳定电源；电源电路模块的输入是24V直流电源，根据需要，输出电压可以提供主控芯片、运算放大器等器件正常工作所需的各种稳定电源，包括±12V、5V、3. 3V、2. 5V。为满足ARM控制程序存储数据的需要，外扩了外部存储器扩展电路7，存储器方便存储比例放大器的各种参数，并且使比例放大器的运行状态在掉电后也能有效保存。为了与上位机进行通信，本实施例设计了串口通信电路8，ARM主控制器芯片可以通过RS232串口通信接口与上位机进行通信，不仅可以将上位机界面设置的参数发送到ARM主控制芯片中，同时也能将当前的电磁铁运行各参数显示在上位机界面上，给工作人员了解比例阀运行状况、调试设备等带来极大的方便。此外，本实施例还设计了 USB通信电路9和CAN总线接口电路10，以方便将来放大器功能升级和联机调试。第一电流测量反馈电路11，用于测量比例阀第一路线圈的电流，输入端与比例阀第一路线圈相连，输出端与ARM主控制器相连；第二电流测量反馈电路12，用于测量比例阀第二路线圈的电流，输入端与比例阀第二路线圈相连，输出端与ARM主控制器相连。
权利要求1.一种开环数字比例阀放大器，其特征在于包括 输入接口电路，用于将输入的电流和/或电压信号转换为ARM主控制器适用的电压信号，然后再送给ARM主控制器中的A/D转换器进行模数转换； ARM主控制器，输入接口电路的输出端与ARM主控制器的输入端相连，该ARM控制器包括斜坡发生器、阶跃发生器、颤振信号、线性度控制器和PID控制器，参数输入接口与上位机相连； 第一功率放大驱动电路，输入端与ARM主控制器的输出端相连，输出端与比例阀相连，用于控制比例阀的第一路电磁铁； 第二功率放大驱动电路，输入端与ARM主控制器的输出端相连，输出端与比例阀相连，用于控制比例阀的第二路电磁铁； 电源电路，为ARM主控制器、输入接口电路、第一功率放大驱动电路和第二功率放大驱动电路提供所需的稳定电源； 第一电流测量反馈电路，用于测量比例阀第一路线圈的电流，输入端与比例阀第一路线圈相连，输出端与ARM主控制器相连； 第二电流测量反馈电路，用于测量比例阀第二路线圈的电流，输入端与比例阀第二路线圈相连，输出端与ARM主控制器相连。
2.根据权利要求I所述的开环数字比例阀放大器，其特征在于还包括外部存储器扩展电路。
3.根据权利要求I所述的开环数字比例阀放大器，其特征在于还包括串口通信电路和/或USB通信电路和/或CAN总线接口电路。
4.根据权利要求I所述的开环数字比例阀放大器，其特征在于所述输入接口电路包括模拟量接口电路和数字量接口电路。
5.根据权利要求I所述的开环数字比例阀放大器，其特征在于所述第一、第二功率放大驱动电路均采用反接卸荷式功率驱动电路。
专利摘要本实用新型涉及一种开环数字比例阀放大器，其特征在于包括输入接口电路；ARM主控制器，输入接口电路的输出端与ARM主控制器的输入端相连，该ARM控制器包括斜坡发生器、阶跃发生器、颤振信号、线性度控制器和PID控制器，参数输入接口与上位机相连；第一功率放大驱动电路，输入端与ARM主控制器的输出端相连，输出端与比例阀相连，用于控制比例阀的第一路电磁铁；第二功率放大驱动电路，输入端与ARM主控制器的输出端相连，输出端与比例阀相连，用于控制比例阀的第二路电磁铁；电源电路。与现有技术相比，本实用新型的优点在于经济性高，可靠性好，操作灵活简单，维护方便。
文档编号H03F3/20GK202550968SQ20122012614
公开日2012年11月21日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者崔剑, 张策, 陈飞飞 申请人:宁波华液机器制造有限公司