CN105864481B - 全闭环式比例阀定位调速控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全闭环式比例阀定位调速控制电路，其包括比例阀；还包括位置传感器，位置传感器能向处理器以及给定反馈脉冲调理电路传输位置脉冲信号，处理器的输出端与给定反馈脉冲调理电路连接，给定反馈脉冲调理电路与频率电压转换电路连接，给定反馈脉冲调理电路、频率电压转换电路均与电压电流转换电路连接，电压电流转换电路的输出端与比例阀连接，以向比例阀的线圈加载所需的恒流驱动信号，且电压电流转换电路的输入端还接收比例阀工作的线圈采样电流；本发明通过控制比例阀的开口大小得到较宽的调速范围，利用物体运动的位置信息进行定位控制，从而既实现了精确定位，有实现速度可调，提升了液压传动系统、气压传动系统的适用范围。

Description

全闭环式比例阀定位调速控制电路

技术领域

本发明涉及一种电路，尤其是一种全闭环式比例阀定位调速控制电路，属于比例阀控制的技术领域。

背景技术

在工业控制及自动化控制领域，液压系统传动及气压系统传动是实现传动、运动的一种常见的实现方式及手段。液压系统传动、气压系统传动的成本比电气伺服系统要低许多，且构成简单易维护，但存在定位精度、调速范围比较低的问题，是一种低成本低精度的控制系统，一般用于要求较低的控制环境中。如果对精度要求或调速要求较高，则普遍不能采用液压系统传动及气压系统传动的控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种全闭环式比例阀定位调速控制电路，其结构紧凑，通过控制比例阀的开口大小得到较宽的调速范围，利用物体运动的位置信息进行定位控制，从而既实现了精确定位，有实现速度可调，提升了液压传动系统、气压传动系统的适用范围，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述全闭环式比例阀定位调速控制电路，包括用于与液压传动系统、气压传动系统配合以驱动物体运动的比例阀；还包括用于检测物体运动后所在位置的位置传感器，所述位置传感器能向处理器以及给定反馈脉冲调理电路传输位置脉冲信号，处理器的输出端与给定反馈脉冲调理电路连接，给定反馈脉冲调理电路与频率电压转换电路连接，给定反馈脉冲调理电路、频率电压转换电路均与电压电流转换电路连接，所述电压电流转换电路的输出端与比例阀连接，以向比例阀的线圈加载所需的恒流驱动信号，且电压电流转换电路的输入端还接收比例阀工作的线圈采样电流；

处理器内预设有物体的运动速度，处理器根据预设运动速度向给定反馈脉冲调理电路传输初始给定运动数据以及初始启动方向信号；给定反馈脉冲调理电路根据初始给定运动数据生成给定脉冲信号，且根据初始启动方向信号以及位置脉冲生成运动方向判断信号以及所需宽度的反馈调制脉冲信号；

频率电压转换电路根据给定脉冲信号、反馈调制脉冲信号生成驱动电压信号，电压电流转换电路的输入端接收频率电压转换电路生成的驱动电压信号、给定反馈脉冲调理电路生成的运动方向判断信号以及比例阀的线圈采样电流，并根据驱动电压信号、运动方向判断信号以及线圈采样电流产生恒流驱动信号，电压电流转换电路将所述恒流驱动信号加载到比例阀的线圈上，以控制比例阀的开口，液压传动系统、气压传动系统通过比例阀的开口产生推动物体运动的推力，以推动物体向对应方向运动；

当物体运动设定距离时，位置传感器向处理器传输运动到位信号，处理器根据运动到位信号产生运动停止信号，所述给定反馈脉冲调理电路、频率电压转换电路以及电压电流转换电路根据运动停止信号关闭比例阀的开口。

所述给定反馈脉冲调理电路包括给定脉冲调试电路以及反馈倍频调试电路，给定脉冲调试电路、反馈倍频调试电路的输入端均与处理器连接，给定脉冲调试电路、反馈倍频调试电路的输出端与频率电压转换电路的输入端连接，且反馈倍频调试电路的输入端还与位置传感器连接，反馈倍频调试电路的输出端还与电压电流转换电路的输入端连接；

给定脉冲调试电接收处理器传输的初始给定运动数据，并根据所述初始给定运动数据生成给定脉冲信号，反馈倍频调试电路根据初始启动方向信号以及位置脉冲生成运动方向判断信号以及所需宽度的反馈调制脉冲信号；反馈倍频调试电路将反馈调制脉冲信号输入至频率电压转换电路，并将运动方向判断信号传输至电压电流转换电路内。

所述给定脉冲调试电路包括用于接收处理器传输初始给定运动数据的数据锁存器U11，所述数据锁存器U11采用型号为74LS374的芯片，数据锁存器U11的D0端～D7端与处理器的输出端连接，数据锁存器U11的端接地，数据锁存器U11的Q0端、Q1端、Q2端、Q3端、Q4端以及Q5端分别与比率乘法器U12的B0端、B1端、B2端、B3端、B4端以及B5端连接，比率乘法器U12采用型号为74LS97的芯片，比率乘法器U12的EN IN端以及CLR端均接地，比率乘法器U12的CLK端与单稳态触发器U6的端连接，单稳态触发器U6采用型号为74LS123的芯片，单稳态触发器U6的A端接地，单稳态触发器U6的RCext端与电阻R20的一端以及电容C11的一端连接，电容C11的另一端与单稳态触发器U6的Cext端连接，电阻R20的另一端与电压VCC连接，单稳态触发器U6的B端与D触发器U10B的Q端连接，单稳态触发器U6的CLK端与D触发器U10B的CD端、SD端连接，D触发器U10B的端与D触发器U10B的D端连接，D触发器U10B的CLK端、数据锁存器U11的CLK端均与晶振信号CK连接；

比率乘法器U12的UNITYCAS端与单稳态触发器U13B的A端连接，单稳态触发器U13B采用型号为74LS123的芯片，单稳态触发器U13B的A端还与与非门U14B的输出端连接，与非门U14B的一输入端与比率乘法器U12的STRB端连接，与非门U14B的另一输入端与单稳态触发器U13B的端连接，比率乘法器U12的STRB端还与单稳态触发器U13B的B端连接，单稳态触发器U13B的RCext端与电阻R21一端以及电容C12的一端连接，电容C12的另一端与单稳态触发器U13B的Cext端连接，电阻R21的另一端与电压VCC连接，单稳态触发器U13B的CLK端与电阻R16的一端以及单稳态触发器U13A的CLK端连接，电阻R16的另一端与电压VCC连接，单稳态触发器U13A采用型号为74LS123的芯片，单稳态触发器U13A的A端接地，单稳态触发器U13A的B端与比率乘法器U12的Y端连接，单稳态触发器U13A的RCext端与电阻R22的一端以及电容C14的一端连接，电容C14的另一端与单稳态触发器U13A的Cext端连接，电阻R22的另一端与可变电阻器RP1的一静端以及动端连接，可变电阻器RP1的另一端静端与电压VCC连接，单稳态触发器U13A的Q端与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端与频率电压转换电路连接。

所述反馈倍频调试电路包括反相器U4A、反相器U4B，所述反相器U4A的输出端与与非门U15C的一输入端、与非门U15D的一输入端连接，与非门U15C的另一输入端与反相器U4B的输出端连接，与非门U15D的另一输入端与反相器U4B的输入端连接，与非门U15C的输出端与反相器U17F的输入端连接，与非门U15D的输出端与反相器U17A的输入端连接，反相器U17F的输出端与电压电流转换电路以及与非门U16A的一输入端连接，反相器U17A的输出端与电压电流转换电路以及与非门U16D的一输入端连接；

与非门U16A的另一输入端、与非门U16D的另一输入端分别与位置传感器的输出端连接，与非门U16A的输出端、与非门U16D的输出端分别与与非门U16C的输入端连接，与非门U16C的输出端与单稳态触发器U5B的B端连接，单稳态触发器U5B采用型号为74LS123的芯片，单稳态触发器U5B的A端接地，单稳态触发器U5B的CLK端与单稳态触发器U13A的CLK端连接，单稳态触发器U5B的RCext端与电阻R24的一端以及电容C13的一端连接，电容C13的另一端与单稳态触发器U5B的Cext端连接，电阻R24的另一端与可变电阻器RP2的一静端以及动端连接，可变电阻器RP2的另一静端与电压VCC连接，单稳态触发器U5B的Q端与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端与频率电压转换电路连接。

所述频率电压转换电路包括用于接收给定反馈脉冲调理电路输出给定脉冲信号的光耦U20以及用于接收给定反馈脉冲调理电路输出反馈调制脉冲信号的光耦U21，所述光耦U20、光耦U21均采用型号为6N137的芯片；

光耦U20的正电压端、光耦U21的正电压端均与电压VCC连接，光耦U21的负电压端接收反馈调制脉冲信号，光耦U20的负电压端接收给定脉冲信号，光耦U20的电源端与光耦U20的VE端、电阻R46的一端、稳压二极管VW1的阳极端、稳压二极管VW2的阴极端、电阻R34的一端、电容C15的要丢安、电容C16的一端、电容CD2的一端以及电阻R33的一端连接，电阻R46的另一端与光耦U20的输出端以及三极管VT1的基极端连接，三极管VT1的集电极端与电容C15的另一端、电阻R34的另一端以及电阻R31的一端连接，三极管VT1的发射极端与电阻R44的一端连接，电阻R44的另一端与光耦U20的接地端、稳压二极管VW2的阳极端以及三极管VT2的发射极端连接；

光耦U21的电源端与光耦U21的VE端、电阻R45的一端以及光耦U20的电源端连接，电阻R45的另一端与光耦U21的输出端以及三极管VT2的基极端连接，光耦U21的接地端与稳压二极管VW2的阳极端以及光耦U20的接地端连接，三极管VT2的集电极端与常开触点KR1B的一端连接，常开触点KR1B的另一端与电阻R33的另一端、电容C16的另一端以及电阻R32的一端连接，电容CD2的另一端与稳压二极管VW1的阴极端、运算放大器U22的正电源端连接，且稳压二极管VW1与24V电压连接；

电阻R31的另一端与运算放大器U22的同相端连接，电阻R32的另一端与运算放大器U22的反相端连接，运算放大器U22的反相端还与常闭触点KR1C的一端与电阻R39的一端以及电容C17的一端连接，电容C17的另一端、电阻R39的另一端以及常闭触点KR1C的另一端均与运算放大器U22的输出端连接，运算放大器U22采用型号为CA3140的芯片，运算放大器U22的负电源端与稳压二极管VW2的阳极端连接，运算放大器U22的一偏置调零端与可变电阻器RP3的一静端连接，可变电阻器RP3的另一静端与运算放大器U22的另一偏置调零端连接，可变电阻器RP3的动端与稳压二极管VW2的阳极端连接，运算放大器U22的输出端与电压电流转换电路连接。

所述电压电流转换电路包括用于与给定反馈脉冲调理电路连接反相器U17B以及反相器U17E，反相器U17B的输出端与反相器U17C的输入端连接，反相器U17C的输出端与电阻R27的一端连接，反相器U17E的输出端与反相器U17D的输入端连接，反相器U17D的输出端与电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端与光耦U18内发光二极管的阴极端连接，光耦U18内发光二极管的阳极端与电阻R52的一端连接，光耦U18内光敏三极管的集电极与稳压二极管VW4的阴极端、电阻R50的一端连接，电阻R27的另一端与光耦U19内发光二极管的阴极端连接，光耦U19内发光二极管的阳极端与电阻R52的一端连接，光耦U19内光敏三极管的集电极与光耦U18内光敏三极管的集电极以及电阻R51的一端连接，稳压二极管VW4的阴极端与24V电压、运算放大器U23的正电源端、运算放大器U24的正电源端连接，光耦U18内光敏三极管的发射极端与达林顿管VT6的基极端、电阻R42的一端连接，光耦U19内光敏三极管的发射极端与达林顿管VT7的基极端、电阻R43的一端连接；

电阻R50的另一端与电阻R51的另一端、达林顿管VT7的集电极端、达林顿管VT6的集电极端、电阻R35的一端以及电阻R36的一端连接，电阻R42的另一端与运算放大器U42的输出端、电容C19的一端连接，电阻R43的另一端与电容C18的一端以及运算放大器U23的输出端连接，电容C19的另一端与电阻R38的一端、运算放大器U24的反相端、电阻R36的另一端以及电阻R41的一端连接，电容C18的另一端与电阻R37的一端、运算放大器U23的反相端、电阻R40的一端以及电阻R35的另一端连接，电阻R40的另一端、电阻R41的另一端与频率电压转换电路的输出端连接，电阻R37的另一端、电阻R38的另一端、电阻R52的另一端均与稳压二极管VW5的阴极端连接，稳压二极管VW5的阴极端与稳压二极管VW4的阳极端、运算放大器U23的同相端以及运算放大器U24的同相端连接，运算放大器U23的负电源端、运算放大器U24的负电源端均与稳压二极管VW5的阳极端连接，达林顿管VT6的发射极端、达林顿管VT7的发射极端均与比例阀的线圈连接。

所述位置传感器包括光栅尺。

本发明的优点：通过比例阀与现有的液压传动系统或气压传动系统配合，通过位置传感器检测物体运动后的位置，处理器、给定反馈调理电路、频率电压转换电路以及电压电流转换信号配合，得到驱动比例阀开口大小的恒流驱动信号，从而实现了物体驱动的精确定位，又实现了速度可调，降低控制成本，提升了液压传动系统、气压传动系统的适用范围，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明给定脉冲调试电路的原理图。

图3为本发明反馈倍频调试电路的原理图。

图4为本发明频率电压转换电路的原理图。

图5为本发明电压电流转换电路的原理图。

附图标记说明：1-处理器、2-给定脉冲调试电路、3-反馈倍频调试电路、4-给定反馈脉冲调理电路、5-频率电压转换电路、6-电压电流转换电路、7-比例尺、8-物体以及9-位置传感器。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能通过控制比例阀7的开口大小得到较宽的调速范围，利用物体8运动的位置信息进行定位控制，从而既实现了精确定位，有实现速度可调，提升了液压传动系统、气压传动系统的适用范围，本发明包括用于与液压传动系统、气压传动系统配合以驱动物体8运动的比例阀7；还包括用于检测物体8运动后所在位置的位置传感器9，所述位置传感器9能向处理器1以及给定反馈脉冲调理电路4传输位置脉冲信号，处理器1的输出端与给定反馈脉冲调理电路4连接，给定反馈脉冲调理电路4与频率电压转换电路5连接，给定反馈脉冲调理电路4、频率电压转换电路5均与电压电流转换电路6连接，所述电压电流转换电路6的输出端与比例阀7连接，以向比例阀7的线圈加载所需的恒流驱动信号，且电压电流转换电路6的输入端还接收比例阀7工作的线圈采样电流；

处理器1内预设有物体8的运动速度，处理器1根据预设运动速度向给定反馈脉冲调理电路4传输初始给定运动数据以及初始启动方向信号；给定反馈脉冲调理电路4根据初始给定运动数据生成给定脉冲信号，且根据初始启动方向信号以及位置脉冲生成运动方向判断信号以及所需宽度的反馈调制脉冲信号；

频率电压转换电路5根据给定脉冲信号、反馈调制脉冲信号生成驱动电压信号，电压电流转换电路6的输入端接收频率电压转换电路5生成的驱动电压信号、给定反馈脉冲调理电路4生成的运动方向判断信号以及比例阀7的线圈采样电流，并根据驱动电压信号、运动方向判断信号以及线圈采样电流产生恒流驱动信号，电压电流转换电路6将所述恒流驱动信号加载到比例阀7的线圈上，以控制比例阀7的开口，液压传动系统、气压传动系统通过比例阀7的开口产生推动物体8运动的推力，以推动物体8向对应方向运动；

当物体8运动设定距离时，位置传感器9向处理器1传输运动到位信号，处理器1根据运动到位信号向给定反馈脉冲调理电路4传输运动停止信号，所述给定反馈脉冲调理电路4、频率电压转换电路5以及电压电流转换电路6根据运动停止信号关闭比例阀7的开口。

具体地，处理器1可以采用现有常用的微处理芯片，如单片机等，处理器1的具体形式可以根据需要进行选择，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。液压传动系统或气压传动系统能通过比例阀7能产生推力，以推动物体8运动，液压传动系统、气压传动系统与比例阀7间的配合过程为本技术领域人员所熟知，即实现推动物体8运动的过程为本技术领域人员所熟知。具体实施时，所述位置传感器9包括光栅尺，当然，位置传感器9也可以采用其他的检测形式，具体可以根据需要进行选择，此处不再赘述。位置传感器9实时检测物体8运动后的位置，并根据检测的位置向处理器1以及给定反馈脉冲调理电路4传输位置脉冲信号。

根据液压传动系统、气压传动系统以及物体8的类型，在处理器1内预设有物体8的运动速度，预设速度的大小可以根据需要进行确定，具体确定过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。处理器1向给定反馈脉冲调理电路4传输的初始给定运动数据以及初始启动方向信号与预设运动速度相匹配，具体生成初始给定运动数据、初始启动方向信号的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

在给定反馈脉冲调理电路4根据初始给定运动数据生成给定脉冲信号，且根据初始启动方向信号以及位置脉冲生成运动方向判断信号以及所需宽度的反馈调制脉冲信号后，频率电压转换电路5根据给定脉冲信号、反馈调制脉冲信号生成驱动电压信号，电压电流转换电路6的输入端接收频率电压转换电路5生成的驱动电压信号、给定反馈脉冲调理电路4生成的运动方向判断信号以及比例阀7的线圈采样电流，并根据驱动电压信号、运动方向判断信号以及线圈采样电流产生恒流驱动信号，电压电流转换电路6将所述恒流驱动信号加载到比例阀7的线圈上，以控制比例阀7的开口，液压传动系统、气压传动系统通过比例阀7的开口产生推动物体8运动的推力，以推动物体8向对应方向运动。

本发明实施例中，在电压电流转换电路6将恒流驱动信号加载到比例阀7的线圈上后，比例阀7的开口能允许液压传动系统或气压传动系统的流体输出，从而能够实现对物体8的运动驱动，比例阀7的开口大小与预设运动速度、物体8运动后的位置等相关，实现对物体8运动精确定位，通过液压传动系统、气压传动系统的驱动，能够有效降低成本，从而可以提升液压传动系统以及气压传动系统的应用范围。

当物体8运动设定距离时，位置传感器9向处理器1传输运动到位信号，处理器1根据运动到位信号产生运动停止信号，所述给定反馈脉冲调理电路4、频率电压转换电路5以及电压电流转换电路6根据运动停止信号关闭比例阀7的开口。

本发明实施例中，当物体8运动到设定距离后，位置传感器9能向处理器1传输位置脉冲，处理器1根据当前位置脉冲确定物体8运动后的位置，处理器1能生成运动停止信号，以关闭比例阀7的开口，关闭液压传动系统、气压传动系统的流体的输出，停止对物体8运动的驱动，使得物体8保持稳定在当前位置，即完成对物体8运动驱动的有效控制。

进一步地，所述给定反馈脉冲调理电路4包括给定脉冲调试电路2以及反馈倍频调试电路3，给定脉冲调试电路2、反馈倍频调试电路3的输入端均与处理器1连接，给定脉冲调试电路2、反馈倍频调试电路3的输出端与频率电压转换电路5的输入端连接，且反馈倍频调试电路3的输入端还与位置传感器9连接，反馈倍频调试电路3的输出端还与电压电流转换电路6的输入端连接；

给定脉冲调试电路2接收处理器1传输的初始给定运动数据，并根据所述初始给定运动数据生成给定脉冲信号，反馈倍频调试电路3根据初始启动方向信号以及位置脉冲生成运动方向判断信号以及所需宽度的反馈调制脉冲信号；反馈倍频调试电路3将反馈调制脉冲信号输入至频率电压转换电路5，并将运动方向判断信号传输至电压电流转换电路6内。

本发明实施例中，给定反馈脉冲调理电路4包括给定脉冲调试电路2以及反馈倍频调试电路3，通过给定脉冲调试电路2接收处理器1传输的初始给定运动数据，并根据所述初始给定运动数据生成给定脉冲信号，反馈倍频调试电路3根据初始启动方向信号以及位置脉冲生成运动方向判断信号以及所需宽度的反馈调制脉冲信号；反馈倍频调试电路3将反馈调制脉冲信号输入至频率电压转换电路5，并将运动方向判断信号传输至电压电流转换电路6内。

如图2所示，所述给定脉冲调试电路2包括用于接收处理器1传输初始给定运动数据的数据锁存器U11，所述数据锁存器U11采用型号为74LS374的芯片，数据锁存器U11的D0端～D7端与处理器1的输出端连接，数据锁存器U11的端接地，数据锁存器U11的Q0端、Q1端、Q2端、Q3端、Q4端以及Q5端分别与比率乘法器U12的B0端、B1端、B2端、B3端、B4端以及B5端连接，比率乘法器U12采用型号为74LS97的芯片，比率乘法器U12的EN IN端以及CLR端均接地，比率乘法器U12的CLK端与单稳态触发器U6的端连接，单稳态触发器U6采用型号为74LS123的芯片，单稳态触发器U6的A端接地，单稳态触发器U6的RCext端与电阻R20的一端以及电容C11的一端连接，电容C11的另一端与单稳态触发器U6的Cext端连接，电阻R20的另一端与电压VCC连接，单稳态触发器U6的B端与D触发器U10B的Q端连接，单稳态触发器U6的CLK端与D触发器U10B的CD端、SD端连接，D触发器U10B的端与D触发器U10B的D端连接，D触发器U10B的CLK端、数据锁存器U11的CLK端均与晶振信号CK连接；

比率乘法器U12的UNITYCAS端与单稳态触发器U13B的A端连接，单稳态触发器U13B采用型号为74LS123的芯片，单稳态触发器U13B的A端还与与非门U14B的输出端连接，与非门U14B的一输入端与比率乘法器U12的STRB端连接，与非门U14B的另一输入端与单稳态触发器U13B的端连接，比率乘法器U12的STRB端还与单稳态触发器U13B的B端连接，单稳态触发器U13B的RCext端与电阻R21一端以及电容C12的一端连接，电容C12的另一端与单稳态触发器U13B的Cext端连接，电阻R21的另一端与电压VCC连接，单稳态触发器U13B的CLK端与电阻R16的一端以及单稳态触发器U13A的CLK端连接，电阻R16的另一端与电压VCC连接，单稳态触发器U13A采用型号为74LS123的芯片，单稳态触发器U13A的A端接地，单稳态触发器U13A的B端与比率乘法器U12的Y端连接，单稳态触发器U13A的RCext端与电阻R22的一端以及电容C14的一端连接，电容C14的另一端与单稳态触发器U13A的Cext端连接，电阻R22的另一端与可变电阻器RP1的一静端以及动端连接，可变电阻器RP1的另一端静端与电压VCC连接，单稳态触发器U13A的Q端与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端与频率电压转换电路5连接。

本发明实施例中，晶振信号CK由外部晶振产生，晶振信号CK的频率为fin，电压信号VCC由外部的电源电路提供，电压信号VCC的大小可以根据需要进行选择，具体为本技术领域人员所熟知。通过数据存储器U11将处理器1产生的初始运动数据传输至比例乘法器U12，比率乘法器U12根据初始运动数据以及调制脉冲产生所需频率的给定脉冲信号，其中，给定脉冲信号的频率fg为：

fg＝fin*(D0/2+D1/4+D2/8+D3/16+D4/32+D5/64)，

其中，D0、D1、D2、D3、D4、D5为处理器1加载到数据存储器U11的初始运动数据，给定脉冲调试电路2通过单稳态触发器U13A的Q端输出所述给定脉冲信号，即通过电阻R25将给定脉冲信号传输至频率电压转换电路5内。

如图3所示，所述反馈倍频调试电路3包括反相器U4A、反相器U4B，所述反相器U4A的输出端与与非门U15C的一输入端、与非门U15D的一输入端连接，与非门U15C的另一输入端与反相器U4B的输出端连接，与非门U15D的另一输入端与反相器U4B的输入端连接，与非门U15C的输出端与反相器U17F的输入端连接，与非门U15D的输出端与反相器U17A的输入端连接，反相器U17F的输出端与电压电流转换电路6以及与非门U16A的一输入端连接，反相器U17A的输出端与电压电流转换电路6以及与非门U16D的一输入端连接；

与非门U16A的另一输入端、与非门U16D的另一输入端分别与位置传感器9的输出端连接，与非门U16A的输出端、与非门U16D的输出端分别与与非门U16C的输入端连接，与非门U16C的输出端与单稳态触发器U5B的B端连接，单稳态触发器U5B采用型号为74LS123的芯片，单稳态触发器U5B的A端接地，单稳态触发器U5B的CLK端与单稳态触发器U13A的CLK端连接，单稳态触发器U5B的RCext端与电阻R24的一端以及电容C13的一端连接，电容C13的另一端与单稳态触发器U5B的Cext端连接，电阻R24的另一端与可变电阻器RP2的一静端以及动端连接，可变电阻器RP2的另一静端与电压VCC连接，单稳态触发器U5B的Q端与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端与频率电压转换电路5连接。

本发明实施例中，处理器1输出的初始启动方向信号包括初始启动信号以及方向选择信号，通过反相器U4A的输入端接收初始启动信号，通过反相器U4B的输入端接收方向选择信号，通过与非门U16A的一输入端、与非门U16D的一输入端接收位置传感器9传输的位置脉冲，通过反相器U17F输出正向方向信号，通过反相器U17A的输出端输出反向方向信号，正向方向信号加载到与非门U16A的另一输入端，反向方向信号加载到与非门U16D的另一输入端，通过单稳态触发器U5B的Q端输出反馈调制脉冲信号，即通过电阻R26将反馈调制脉冲信号加载至频率电压转换电路5内。

具体实施时，通过与非门U16A、与非门U16D取位置传感器9传输位置脉冲的上升沿，从而得到反馈调制脉冲信号的频率为位置脉冲频率的四倍。反馈脉冲调制信号经过单稳态触发器U5B后，频率不变，脉宽可调，反馈调制脉冲信号的脉宽Pwidth为：

Pwidth＝K*(RP1+R22)*C14

其中，K是一个经验值，一般典型值为0.38，RP1为可变电阻器RP1的阻值，R22为电阻R22的阻值，C14为电容C14的电容值。

如图4所示，所述频率电压转换电路5包括用于接收给定反馈脉冲调理电路4输出给定脉冲信号的光耦U20以及用于接收给定反馈脉冲调理电路4输出反馈调制脉冲信号的光耦U21，所述光耦U20、光耦U21均采用型号为6N137的芯片；

光耦U20的正电压端、光耦U21的正电压端均与电压VCC连接，光耦U21的负电压端接收反馈调制脉冲信号，光耦U20的负电压端接收给定脉冲信号，光耦U20的电源端与光耦U20的VE端、电阻R46的一端、稳压二极管VW1的阳极端、稳压二极管VW2的阴极端、电阻R34的一端、电容C15的要丢安、电容C16的一端、电容CD2的一端以及电阻R33的一端连接，电阻R46的另一端与光耦U20的输出端以及三极管VT1的基极端连接，三极管VT1的集电极端与电容C15的另一端、电阻R34的另一端以及电阻R31的一端连接，三极管VT1的发射极端与电阻R44的一端连接，电阻R44的另一端与光耦U20的接地端、稳压二极管VW2的阳极端以及三极管VT2的发射极端连接；

光耦U21的电源端与光耦U21的VE端、电阻R45的一端以及光耦U20的电源端连接，电阻R45的另一端与光耦U21的输出端以及三极管VT2的基极端连接，光耦U21的接地端与稳压二极管VW2的阳极端以及光耦U20的接地端连接，三极管VT2的集电极端与常开触点KR1B的一端连接，常开触点KR1B的另一端与电阻R33的另一端、电容C16的另一端以及电阻R32的一端连接，电容CD2的另一端与稳压二极管VW1的阴极端、运算放大器U22的正电源端连接，且稳压二极管VW1与24V电压连接；

电阻R31的另一端与运算放大器U22的同相端连接，电阻R32的另一端与运算放大器U22的反相端连接，运算放大器U22的反相端还与常闭触点KR1C的一端与电阻R39的一端以及电容C17的一端连接，电容C17的另一端、电阻R39的另一端以及常闭触点KR1C的另一端均与运算放大器U22的输出端连接，运算放大器U22采用型号为CA3140的芯片，运算放大器U22的负电源端与稳压二极管VW2的阳极端连接，运算放大器U22的一偏置调零端与可变电阻器RP3的一静端连接，可变电阻器RP3的另一静端与运算放大器U22的另一偏置调零端连接，可变电阻器RP3的动端与稳压二极管VW2的阳极端连接，运算放大器U22的输出端与电压电流转换电路6连接。

本发明实施例中，通过光耦U21接收反馈调制脉冲信号，从而产生控制三极管VT2开关状态的开关信号，通过光耦U20接收给定脉冲信号，产生控制三极管VT1开关状态的开关信号，三极管VT1以及三极管VT2均采用NPN三极管，常开触点KR1B、常闭触点KRIC为同一继电器的两个不同触点，所述继电器线圈的带电状态由处理器1进行控制与调节，从而实现常开触点KR1B、常闭触点KR1C的开关状态。

当给定脉冲信号通过光耦U20使得三极管VT1导通时，通过电容C15进行积分；当反馈调制脉冲信号通过光耦U21使得三极管VT2导通且常开触点KR1B闭合时，通过电容C16进行积分，运算放大器U22进行运算后，得到位置环输出电压Vout。

如图5所示，所述电压电流转换电路6包括用于与给定反馈脉冲调理电路4连接反相器U17B以及反相器U17E，反相器U17B的输出端与反相器U17C的输入端连接，反相器U17C的输出端与电阻R27的一端连接，反相器U17E的输出端与反相器U17D的输入端连接，反相器U17D的输出端与电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端与光耦U18内发光二极管的阴极端连接，光耦U18内发光二极管的阳极端与电阻R52的一端连接，光耦U18内光敏三极管的集电极与稳压二极管VW4的阴极端、电阻R50的一端连接，电阻R27的另一端与光耦U19内发光二极管的阴极端连接，光耦U19内发光二极管的阳极端与电阻R52的一端连接，光耦U19内光敏三极管的集电极与光耦U18内光敏三极管的集电极以及电阻R51的一端连接，稳压二极管VW4的阴极端与24V电压、运算放大器U23的正电源端、运算放大器U24的正电源端连接，光耦U18内光敏三极管的发射极端与达林顿管VT6的基极端、电阻R42的一端连接，光耦U19内光敏三极管的发射极端与达林顿管VT7的基极端、电阻R43的一端连接；

电阻R50的另一端与电阻R51的另一端、达林顿管VT7的集电极端、达林顿管VT6的集电极端、电阻R35的一端以及电阻R36的一端连接，电阻R42的另一端与运算放大器U42的输出端、电容C19的一端连接，电阻R43的另一端与电容C18的一端以及运算放大器U23的输出端连接，电容C19的另一端与电阻R38的一端、运算放大器U24的反相端、电阻R36的另一端以及电阻R41的一端连接，电容C18的另一端与电阻R37的一端、运算放大器U23的反相端、电阻R40的一端以及电阻R35的另一端连接，电阻R40的另一端、电阻R41的另一端与频率电压转换电路5的输出端连接，电阻R37的另一端、电阻R38的另一端、电阻R52的另一端均与稳压二极管VW5的阴极端连接，稳压二极管VW5的阴极端与稳压二极管VW4的阳极端、运算放大器U23的同相端以及运算放大器U24的同相端连接，运算放大器U23的负电源端、运算放大器U24的负电源端均与稳压二极管VW5的阳极端连接，达林顿管VT6的发射极端、达林顿管VT7的发射极端均与比例阀7的线圈连接。

本发明实施例中，通过反相器U17B的输入端接收反馈倍频调试电路3内反相器U17F输出的正向方向信号，通过反相器U17E的输入端接收反馈倍频调试电路3内反相器U17A输出的反向方向信号，电阻R40、电阻R41相连的一端与运算放大器U22的输出端连接，即位置环输出电压Vout能通过电阻R40、电阻R41分别与运算放大器U23的反相端、运算放大器U24的反相端连接。通过电阻R36、电阻R35实现对比例阀7的电流进行反馈采样，即将线圈采样电流分别通过电阻R35、电阻R36转换后加载到运算放大器U23的反相端、运行放大器U24的反相端，运算放大器U23、运算放大器U24作为电流负反馈放大电路，从而通过运算放大器U23、运算放大器U24将反馈的线圈采样电流转换成对应的电压。

达林顿管VT6、达林顿管VT7构成电流驱动放大电路，采用达林顿管三极管的高放大倍数提供稳定的电流输出，实现对比例阀7线圈的驱动，实现对比例阀7开口的调节控制。本发明实施例中，由于反相器U17E接收反向方向信号，反相器U17B接收正向方向信号，反向方向信号、正向方向信号分别通过光耦U18、光耦U19加载到达林顿管VT6的集电极、达林顿管VT7的集电极，即通过达林顿管VT6、达林顿管VT7能实现对比例阀7不同方向开口大小的调节。

具体实施时，在物体8运动到设定距离后，处理器1根据位置传感器9的位置脉冲确定相应的物体8运动到指定位置，处理器1输出运动停止信号，即处理器1关闭向给定脉冲调试电路2内比率乘法器U12的输入，且关闭加载到反馈倍频调试电路3的初始启动信号。在驱动打开比例阀7的开口时，处理器1使得继电器的线圈得电，即使得常闭触点KR1C处于打开状态，而常开触点KR1B处于闭合状态。当处理器1输出运动停止信号后，处理器1使得继电器的线圈失电，常闭触点KR1C重新处于闭合状态，常开触点KR1B重新处于打开状态，运算放大器U22输出的位置环输出电压Vout迅速变为0V，从而将电压电流转换电路及6处于截止状态，即停止通过达林顿管VT6、达林顿管VT7输出的恒流驱动信号，比例阀7的线圈在没有恒流驱动信号驱动时，比例阀7的开口关闭，即关闭液压传动系统或气压传动系统对物体8运动的驱动，使得物体8处于停止状态。

本发明通过比例阀7与现有的液压传动系统或气压传动系统配合，通过位置传感器9检测物体8运动后的位置，处理器1、给定反馈调理电路4、频率电压转换电路5以及电压电流转换信号6配合，得到驱动比例阀7开口大小的恒流驱动信号，从而实现了物体8驱动的精确定位，又实现了速度可调，降低控制成本，提升了液压传动系统、气压传动系统的适用范围，安全可靠。

Claims (7)

1.一种全闭环式比例阀定位调速控制电路，包括用于与液压传动系统、气压传动系统配合以驱动物体(8)运动的比例阀(7)；其特征是：还包括用于检测物体(8)运动后所在位置的位置传感器(9)，所述位置传感器(9)能向处理器(1)以及给定反馈脉冲调理电路(4)传输位置脉冲信号，处理器(1)的输出端与给定反馈脉冲调理电路(4)连接，给定反馈脉冲调理电路(4)与频率电压转换电路(5)连接，给定反馈脉冲调理电路(4)、频率电压转换电路(5)均与电压电流转换电路(6)连接，所述电压电流转换电路(6)的输出端与比例阀(7)连接，以向比例阀(7)的线圈加载所需的恒流驱动信号，且电压电流转换电路(6)的输入端还接收比例阀(7)工作的线圈采样电流；

处理器(1)内预设有物体(8)的运动速度，处理器(1)根据预设运动速度向给定反馈脉冲调理电路(4)传输初始给定运动数据以及初始启动方向信号；给定反馈脉冲调理电路(4)根据初始给定运动数据生成给定脉冲信号，且根据初始启动方向信号以及位置脉冲生成运动方向判断信号以及所需宽度的反馈调制脉冲信号；

频率电压转换电路(5)根据给定脉冲信号、反馈调制脉冲信号生成驱动电压信号，电压电流转换电路(6)的输入端接收频率电压转换电路(5)生成的驱动电压信号、给定反馈脉冲调理电路(4)生成的运动方向判断信号以及比例阀(7)的线圈采样电流，并根据驱动电压信号、运动方向判断信号以及线圈采样电流产生恒流驱动信号，电压电流转换电路(6)将所述恒流驱动信号加载到比例阀(7)的线圈上，以控制比例阀(7)的开口，液压传动系统、气压传动系统通过比例阀(7)的开口产生推动物体(8)运动的推力，以推动物体(8)向对应方向运动；

当物体(8)运动设定距离时，位置传感器(9)向处理器(1)传输运动到位信号，处理器(1)根据运动到位信号产生运动停止信号，所述给定反馈脉冲调理电路(4)、频率电压转换电路(5)以及电压电流转换电路(6)根据运动停止信号关闭比例阀(7)的开口。

2.根据权利要求1所述的全闭环式比例阀定位调速控制电路，其特征是：所述给定反馈脉冲调理电路(4)包括给定脉冲调试电路(2)以及反馈倍频调试电路(3)，给定脉冲调试电路(2)、反馈倍频调试电路(3)的输入端均与处理器(1)连接，给定脉冲调试电路(2)、反馈倍频调试电路(3)的输出端与频率电压转换电路(5)的输入端连接，且反馈倍频调试电路(3)的输入端还与位置传感器(9)连接，反馈倍频调试电路(3)的输出端还与电压电流转换电路(6)的输入端连接；

给定脉冲调试电路(2)接收处理器(1)传输的初始给定运动数据，并根据所述初始给定运动数据生成给定脉冲信号，反馈倍频调试电路(3)根据初始启动方向信号以及位置脉冲生成运动方向判断信号以及所需宽度的反馈调制脉冲信号；反馈倍频调试电路(3)将反馈调制脉冲信号输入至频率电压转换电路(5)，并将运动方向判断信号传输至电压电流转换电路(6)内。

3.根据权利要求2所述的全闭环式比例阀定位调速控制电路，其特征是：所述给定脉冲调试电路(2)包括用于接收处理器(1)传输初始给定运动数据的数据锁存器U11，所述数据锁存器U11采用型号为74LS374的芯片，数据锁存器U11的D0端～D7端与处理器(1)的输出端连接，数据锁存器U11的CE端接地，数据锁存器U11的Q0端、Q1端、Q2端、Q3端、Q4端以及Q5端分别与比率乘法器U12的B0端、B1端、B2端、B3端、B4端以及B5端连接，比率乘法器U12采用型号为74LS97的芯片，比率乘法器U12的EN IN端以及CLR端均接地，比率乘法器U12的CLK端与单稳态触发器U6的Q端连接，单稳态触发器U6采用型号为74LS123的芯片，单稳态触发器U6的A端接地，单稳态触发器U6的RCext端与电阻R20的一端以及电容C11的一端连接，电容C11的另一端与单稳态触发器U6的Cext端连接，电阻R20的另一端与电压VCC连接，单稳态触发器U6的B端与D触发器U10B的Q端连接，单稳态触发器U6的CLK端与D触发器U10B的CD端、SD端连接，D触发器U10B的Q端与D触发器U10B的D端连接，D触发器U10B的CLK端、数据锁存器U11的CLK端均与晶振信号CK连接；

比率乘法器U12的UNITYCAS端与单稳态触发器U13B的A端连接，单稳态触发器U13B采用型号为74LS123的芯片，单稳态触发器U13B的A端还与与非门U14B的输出端连接，与非门U14B的一输入端与比率乘法器U12的STRB端连接，与非门U14B的另一输入端与单稳态触发器U13B的Q端连接，比率乘法器U12的STRB端还与单稳态触发器U13B的B端连接，单稳态触发器U13B的RCext端与电阻R21一端以及电容C12的一端连接，电容C12的另一端与单稳态触发器U13B的Cext端连接，电阻R21的另一端与电压VCC连接，单稳态触发器U13B的CLK端与电阻R16的一端以及单稳态触发器U13A的CLK端连接，电阻R16的另一端与电压VCC连接，单稳态触发器U13A采用型号为74LS123的芯片，单稳态触发器U13A的A端接地，单稳态触发器U13A的B端与比率乘法器U12的Y端连接，单稳态触发器U13A的RCext端与电阻R22的一端以及电容C14的一端连接，电容C14的另一端与单稳态触发器U13A的Cext端连接，电阻R22的另一端与可变电阻器RP1的一静端以及动端连接，可变电阻器RP1的另一端静端与电压VCC连接，单稳态触发器U13A的Q端与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端与频率电压转换电路(5)连接。

4.根据权利要求3所述的全闭环式比例阀定位调速控制电路，其特征是：所述反馈倍频调试电路(3)包括反相器U4A、反相器U4B，所述反相器U4A的输出端与与非门U15C的一输入端、与非门U15D的一输入端连接，与非门U15C的另一输入端与反相器U4B的输出端连接，与非门U15D的另一输入端与反相器U4B的输入端连接，与非门U15C的输出端与反相器U17F的输入端连接，与非门U15D的输出端与反相器U17A的输入端连接，反相器U17F的输出端与电压电流转换电路(6)以及与非门U16A的一输入端连接，反相器U17A的输出端与电压电流转换电路(6)以及与非门U16D的一输入端连接；

与非门U16A的另一输入端、与非门U16D的另一输入端分别与位置传感器(9)的输出端连接，与非门U16A的输出端、与非门U16D的输出端分别与与非门U16C的输入端连接，与非门U16C的输出端与单稳态触发器U5B的B端连接，单稳态触发器U5B采用型号为74LS123的芯片，单稳态触发器U5B的A端接地，单稳态触发器U5B的CLK端与单稳态触发器U13A的CLK端连接，单稳态触发器U5B的RCext端与电阻R24的一端以及电容C13的一端连接，电容C13的另一端与单稳态触发器U5B的Cext端连接，电阻R24的另一端与可变电阻器RP2的一静端以及动端连接，可变电阻器RP2的另一静端与电压VCC连接，单稳态触发器U5B的Q端与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端与频率电压转换电路(5)连接。

5.根据权利要求1所述的全闭环式比例阀定位调速控制电路，其特征是：所述频率电压转换电路(5)包括用于接收给定反馈脉冲调理电路(4)输出给定脉冲信号的光耦U20以及用于接收给定反馈脉冲调理电路(4)输出反馈调制脉冲信号的光耦U21，所述光耦U20、光耦U21均采用型号为6N137的芯片；

光耦U20的正电压端、光耦U21的正电压端均与电压VCC连接，光耦U21的负电压端接收反馈调制脉冲信号，光耦U20的负电压端接收给定脉冲信号，光耦U20的电源端与光耦U20的VE端、电阻R46的一端、稳压二极管VW1的阳极端、稳压二极管VW2的阴极端、电阻R34的一端、电容C15的要丢安、电容C16的一端、电容CD2的一端以及电阻R33的一端连接，电阻R46的另一端与光耦U20的输出端以及三极管VT1的基极端连接，三极管VT1的集电极端与电容C15的另一端、电阻R34的另一端以及电阻R31的一端连接，三极管VT1的发射极端与电阻R44的一端连接，电阻R44的另一端与光耦U20的接地端、稳压二极管VW2的阳极端以及三极管VT2的发射极端连接；

光耦U21的电源端与光耦U21的VE端、电阻R45的一端以及光耦U20的电源端连接，电阻R45的另一端与光耦U21的输出端以及三极管VT2的基极端连接，光耦U21的接地端与稳压二极管VW2的阳极端以及光耦U20的接地端连接，三极管VT2的集电极端与常开触点KR1B的一端连接，常开触点KR1B的另一端与电阻R33的另一端、电容C16的另一端以及电阻R32的一端连接，电容CD2的另一端与稳压二极管VW1的阴极端、运算放大器U22的正电源端连接，且稳压二极管VW1与24V电压连接；

电阻R31的另一端与运算放大器U22的同相端连接，电阻R32的另一端与运算放大器U22的反相端连接，运算放大器U22的反相端还与常闭触点KR1C的一端与电阻R39的一端以及电容C17的一端连接，电容C17的另一端、电阻R39的另一端以及常闭触点KR1C的另一端均与运算放大器U22的输出端连接，运算放大器U22采用型号为CA3140的芯片，运算放大器U22的负电源端与稳压二极管VW2的阳极端连接，运算放大器U22的一偏置调零端与可变电阻器RP3的一静端连接，可变电阻器RP3的另一静端与运算放大器U22的另一偏置调零端连接，可变电阻器RP3的动端与稳压二极管VW2的阳极端连接，运算放大器U22的输出端与电压电流转换电路(6)连接。

6.根据权利要求1所述的全闭环式比例阀定位调速控制电路，其特征是：所述电压电流转换电路(6)包括用于与给定反馈脉冲调理电路(4)连接反相器U17B以及反相器U17E，反相器U17B的输出端与反相器U17C的输入端连接，反相器U17C的输出端与电阻R27的一端连接，反相器U17E的输出端与反相器U17D的输入端连接，反相器U17D的输出端与电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端与光耦U18内发光二极管的阴极端连接，光耦U18内发光二极管的阳极端与电阻R52的一端连接，光耦U18内光敏三极管的集电极与稳压二极管VW4的阴极端、电阻R50的一端连接，电阻R27的另一端与光耦U19内发光二极管的阴极端连接，光耦U19内发光二极管的阳极端与电阻R52的一端连接，光耦U19内光敏三极管的集电极与光耦U18内光敏三极管的集电极以及电阻R51的一端连接，稳压二极管VW4的阴极端与24V电压、运算放大器U23的正电源端、运算放大器U24的正电源端连接，光耦U18内光敏三极管的发射极端与达林顿管VT6的基极端、电阻R42的一端连接，光耦U19内光敏三极管的发射极端与达林顿管VT7的基极端、电阻R43的一端连接；

电阻R50的另一端与电阻R51的另一端、达林顿管VT7的集电极端、达林顿管VT6的集电极端、电阻R35的一端以及电阻R36的一端连接，电阻R42的另一端与运算放大器U42的输出端、电容C19的一端连接，电阻R43的另一端与电容C18的一端以及运算放大器U23的输出端连接，电容C19的另一端与电阻R38的一端、运算放大器U24的反相端、电阻R36的另一端以及电阻R41的一端连接，电容C18的另一端与电阻R37的一端、运算放大器U23的反相端、电阻R40的一端以及电阻R35的另一端连接，电阻R40的另一端、电阻R41的另一端与频率电压转换电路(5)的输出端连接，电阻R37的另一端、电阻R38的另一端、电阻R52的另一端均与稳压二极管VW5的阴极端连接，稳压二极管VW5的阴极端与稳压二极管VW4的阳极端、运算放大器U23的同相端以及运算放大器U24的同相端连接，运算放大器U23的负电源端、运算放大器U24的负电源端均与稳压二极管VW5的阳极端连接，达林顿管VT6的发射极端、达林顿管VT7的发射极端均与比例阀(7)的线圈连接。

7.根据权利要求1所述的全闭环式比例阀定位调速控制电路，其特征是：所述位置传感器(9)包括光栅尺。