CN105156737A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明公开了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，属于伺服阀控制技术领域。包括伺服阀控制电路、计算机、伺服阀、泵源、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泵源均与伺服阀连接，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，它采用两个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，具有控制稳定且控制精度高的特点。

Description

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

技术领域

本发明涉及伺服阀控制技术领域，尤其涉及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。

背景技术

音圈驱动伺服阀的工作原理为通电线圈(导体)在磁场中会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成比例。其基本结构是套在固定的永久磁铁上的移动线圈，当信号电流输入线圈，在电磁场效应的作用下，线圈中产生与信号电流相对应的轴向作用力，并驱动与线圈直接相连的阀芯运动，进而实现阀的开合。要实现音圈电机驱动的先导式伺服阀控制，最终体现为实现小电流的音圈电机控制，传统的伺服阀线圈驱动电路为H桥驱动电路，组成的H桥电路中多为4个MOS管或4个三极管。

中国发明专利，公布号：CN103233937A，公布日：2013.08.07，公开了一种电液伺服阀数字控制器，属于电液伺服阀控制技术领域。该发明是为了解决现有伺服阀控制器由于采用模拟电路结构，使得抗干扰能力差的问题。CAN总线接口电路的控制信号传输端连接微控制器的控制信号传输端，微控制器的控制信号输出端连接DA转换器的数字信号输入端，DA转换器的模拟信号输出端连接伺服阀驱动电路的驱动信号输入端，伺服阀驱动电路输出的驱动信号作为电液伺服阀的伺服阀线圈驱动信号；伺服阀驱动电路输出的驱动信号连接过流保护电路的采集信号输入端，过流保护电路的报警信号输出端连接伺服阀驱动电路的报警信号输入端；过流保护电路的报警控制信号输出端连接微控制器的报警控制信号输入端。此发明采用数字信号控制伺服阀，伺服阀驱动电路结构复杂，使用的开关管较多，能耗大，成本高。

中国发明专利，公布号：CN103580464A，公布日2014.02.12，公开了一种自保护H桥驱动电路，包括：H桥驱动单元和H桥驱动控制单元。四个开关元件处于对角线上，左上臂和右下臂的开关元件构成一个左上右下驱动支路，右上臂和左下臂的开关元件构成一个右上左下驱动支路，H桥驱动控制单元控制两个驱动支路交替导通和负载电流方向，在同一驱动支路中，一个开关元件控制负载驱动电流输出，另一个开关元件控制负载驱动电流占空比。当H桥驱动单元中一个驱动支路上有一个或两个开关元件导通时，H桥驱动控制单元阻止另一个驱动支路上的两个开关元件导通，实现自保护功能。H桥驱动单元采用独立的开关元件搭建驱动电路，面对不同负载驱动时，可以根据驱动负载所需电流选用不同驱动能力的开关元件，具有较高的灵活性。其不足之处在于，该专利如果应用在伺服阀驱动电路上还需要提供一个PWM驱动电路，增加了成本。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术的音圈电机先导式伺服阀控制系统控制不稳定，控制精度不高的问题，本发明提供了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。它采用两个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，具有控制稳定且控制精度高的特点。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

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、泵源、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泵源均与伺服阀连接，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伺服阀控制电路的微控器MCU连接。

优选地，所述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。

优选地，电源转换模块包括5V电源转换模块和12V电源转换模块。

优选地，12V电源转换模块包括稳压芯片U3、二极管D3、电感L1、电容C1、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C1的一端和电阻R2的一端连接，电容C1的另一端分别与电阻R2的另一端、电容C4的正极、电感L1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L1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。

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。

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。

优选地，CAN总线接口电路包括CAN收发器U1、电阻R5和插件J1，CAN收发器U1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U1的端子CANL分别与电阻R5的一端、插件J1的端子2连接，电阻R5的另一端分别与CAN收发器U1的端子CANH和插件J1的端子1连接，CAN收发器U1的端子GND和插件J1的端子3均接地，CAN收发器U1的端子Vcc与5V直流电输出端5Vcc连接，CAN收发器U1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。

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U1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。

优选地，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C11、C12和晶振Y1，微控器U8的端子XTALIN分别与晶振Y1的一端和电容C11的一端连接，晶振Y1的另一端分别与微控器U8的端子XTALOUT和电容C12的一端连接，电容C11的另一端和电容C12的另一端均接地；

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K1的一端连接，电容C14的另一端和开关K1的另一端连接，电阻R20的另一端接3.3V直流电；

微控器U8的端子PIO2-0、PIO2-1、PIO2-2、PIO2-3、PIO2-4、PIO2-5、PIO2-6、PIO2-7、PIO2-8、PIO2-9、PIO2-10和PIO2-11依次对应与DA转换芯片U6的端子DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8、DB9、DB10和DB11连接。

控制系统的主要硬件配置为微控器MCU，选用LPC11C4FBD48进行伺服阀控制，MCU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。

优选地，伺服阀控制系统还包括MCU工作指示灯电路与烧录接口电路，在MCU工作指示灯电路中，微控器U8的端子PIO0-6与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与发光二极管D1的阳极连接，发光二极管D1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PIO0-7连接；

在烧录接口电路中，微控器U8的端子SWCLK、SWDIO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1接3.3V直流电。

优选地，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REFout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REFin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1DAoutB连接，DA转换芯片U6的端子Vouta与端子1DAoutA连接。

MCU输出信号给DA转换器，DA转换器选用AD7247AAR。

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；

第一电阻R11的一端与微控器U8的端子PIO1-5连接，第一电阻R11的另一端与第一三极管Q1的基极相连，第一三极管Q1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；

第三电阻R13的一端与非门芯片U13的端子1Y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；

DA转换器的输出信号1DAoutB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C10的一端和伺服阀J2的端子3相连；

DA转换器的输出信号1DAoutA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C10的另一端和第一MOS管U5的漏极D相连。

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。

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。

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。

一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：

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；

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；

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U1的端子RXD与微控器U8的端子CAN-RXD相连，CAN收发器U1读取微控器U8传递的数据；

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U1的端子TXD与微控器U8的端子CAN-TXD相连，CAN收发器U1将计算机的运算结果传输给微控器U8；

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PIO2-0～PIO2-11，依次对应与DA转换芯片U6的端子DB0～DB11连接，传递数据给DA转换芯片U6；

F、伺服阀驱动电路的输出和泵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。

3.有益效果

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：

(1)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；

(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U1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；

(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，简单易学等特点；

(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；

(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

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的24V转12V电路原理图；

图3为本发明的24V转5V电路原理图；

图4为本发明的CAN总线电路原理图；

图5为本发明的MCU电路原理图；

图6为D/A转换器电路原理图；

图7为伺服阀驱动电路原理图；

图8为本发明的非门电路原理图；

图9为本发明的烧录接口电路原理图；

图10位本发明的MCU工作指示灯电路原理图。

具体实施方式

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。

实施例1

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、泵源、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泵源均与伺服阀连接，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。

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。

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C1、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C1的一端和电阻R2的一端连接，电容C1的另一端分别与电阻R2的另一端、电容C4的正极、电感L1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L1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。

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。

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；另外，电感L1和L2均为33uH，电容C4和C9均为16V/1000uF的电解电容，

结合图4，CAN总线接口电路包括CAN收发器U1、电阻R5和插件J1，CAN收发器U1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U1的端子CANL分别与电阻R5的一端、插件J1的端子2连接，电阻R5的另一端分别与CAN收发器U1的端子CANH和插件J1的端子1连接，CAN收发器U1的端子GND和插件J1的端子3均接地，CAN收发器U1的端子Vcc与5V直流电输出端5Vcc连接，CAN收发器U1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。

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U1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。

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C11、C12和晶振Y1，微控器U8的端子XTALIN分别与晶振Y1的一端和电容C11的一端连接，晶振Y1的另一端分别与微控器U8的端子XTALOUT和电容C12的一端连接，电容C11的另一端和电容C12的另一端均接地；

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K1的一端连接，电容C14的另一端和开关K1的另一端连接，电阻R20的另一端接3.3V直流电；

微控器U8的端子PIO2-0、PIO2-1、PIO2-2、PIO2-3、PIO2-4、PIO2-5、PIO2-6、PIO2-7、PIO2-8、PIO2-9、PIO2-10和PIO2-11依次对应与DA转换芯片U6的端子DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8、DB9、DB10和DB11连接。

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。

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；

非门电路U13的端子1A与微控器U8的端子PIO1-5连接，端子2A与微控器U8的端子PIO1-6连接，即，非门芯片U13的端子1A与第一电阻R11的一端连接，端子1Y与第三电阻R13一端连接，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。

在MCU工作指示灯电路中，微控器U8的端子PIO0-6与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与发光二极管D1的阳极连接，发光二极管D1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PIO0-7连接；发光二极管D1和D2的型号均为LED0805，电阻R1和R4的阻值相同。

在烧录接口电路中，微控器U8的端子SWCLK、SWDIO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1接3.3V直流电，端子3与微控器U8中的端子RESET连接。

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REFout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REFin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1DAoutB连接，DA转换芯片U6的端子Vouta与端子1DAoutA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。

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；

第一电阻R11的一端与微控器U8的端子PIO1-5连接，第一电阻R11的另一端与第一三极管Q1的基极相连，第一三极管Q1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10k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。

第三电阻R13的一端与非门芯片U13的端子1Y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；

DA转换器的输出信号1DAoutB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C10的一端和伺服阀J2的端子3相连；

DA转换器的输出信号1DAoutA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C10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；

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。

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。

一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：

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；

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。

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U1的端子RXD与微控器U8的端子CAN-RXD相连，CAN收发器U1读取微控器U8传递的数据；

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U1的端子TXD与微控器U8的端子CAN-TXD相连，CAN收发器U1将计算机的运算结果传输给微控器U8；

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PIO2-0～PIO2-11，依次对应与DA转换芯片U6的端子DB0～DB11连接，传递数据给DA转换芯片U6；

F、伺服阀驱动电路的输出和泵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。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一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，其特征在于，它还包括计算机、伺服阀、泵源、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泵源均与伺服阀连接，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伺服阀控制电路的微控器MCU连接。

2.根据权利要求1所述的一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统，其特征在于，所述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。

3.根据权利要求2所述的一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统，其特征在于，电源转换模块包括5V电源转换模块和12V电源转换模块。

4.根据权利要求3所述的一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统，其特征在于，12V电源转换模块包括稳压芯片U3、二极管D3、电感L1、电容C1、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C1的一端和电阻R2的一端连接，电容C1的另一端分别与电阻R2的另一端、电容C4的正极、电感L1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L1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。

5.根据权利要求2所述的一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统，其特征在于，CAN总线接口电路包括CAN收发器U1、电阻R5和插件J1，CAN收发器U1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U1的端子CANL分别与电阻R5的一端、插件J1的端子2连接，电阻R5的另一端分别与CAN收发器U1的端子CANH和插件J1的端子1连接，CAN收发器U1的端子GND和插件J1的端子3均接地，CAN收发器U1的端子Vcc与5V直流电输出端5Vcc连接，CAN收发器U1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。

6.根据权利要求2所述的一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统，其特征在于，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C11、C12和晶振Y1，微控器U8的端子XTALIN分别与晶振Y1的一端和电容C11的一端连接，晶振Y1的另一端分别与微控器U8的端子XTALOUT和电容C12的一端连接，电容C11的另一端和电容C12的另一端均接地；

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K1的一端连接，电容C14的另一端和开关K1的另一端连接，电阻R20的另一端接3.3V直流电；

微控器U8的端子PIO2-0、PIO2-1、PIO2-2、PIO2-3、PIO2-4、PIO2-5、PIO2-6、PIO2-7、PIO2-8、PIO2-9、PIO2-10和PIO2-11依次对应与DA转换芯片U6的端子DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8、DB9、DB10和DB11连接。

7.根据权利要求2所述的一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统，其特征在于，伺服阀控制系统还包括MCU工作指示灯电路与烧录接口电路，在MCU工作指示灯电路中，微控器U8的端子PIO0-6与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与发光二极管D1的阳极连接，发光二极管D1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PIO0-7连接；

在烧录接口电路中，微控器U8的端子SWCLK、SWDIO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1接3.3V直流电。

8.根据权利要求2所述的一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统，其特征在于，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REFout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REFin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1DAoutB连接，DA转换芯片U6的端子Vouta与端子1DAoutA连接。

9.根据权利要求2所述的一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统，其特征在于，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；

第一电阻R11的一端与微控器U8的端子PIO1-5连接，第一电阻R11的另一端与第一三极管Q1的基极相连，第一三极管Q1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；

第三电阻R13的一端与非门芯片U13的端子1Y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；

DA转换器的输出信号1DAoutB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C10的一端和伺服阀J2的端子3相连；

DA转换器的输出信号1DAoutA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C10的另一端和第一MOS管U5的漏极D相连。

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。

10.一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：

A、按照权利要求1所述构建一种音圈电机驱动的先导式伺服阀控制系统；

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；

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U1的端子RXD与微控器U8的端子CAN-RXD相连，CAN收发器U1读取微控器U8传递的数据；

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U1的端子TXD与微控器U8的端子CAN-TXD相连，CAN收发器U1将计算机的运算结果传输给微控器U8；

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PIO2-0～PIO2-11，依次对应与DA转换芯片U6的端子DB0～DB11连接，传递数据给DA转换芯片U6；

F、伺服阀驱动电路的输出和泵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。