CN106230399A - 滤除力矩马达对控制器反向干扰的方法 - Google Patents

Abstract

一种滤除力矩马达对控制器反向干扰的方法，通过改进滤波器与接口电路，在运算放大器N₁与功率三极管V₂之间的串连联接电容C₂和电容C₃，并且将电阻R₅的一端连接在电容C₂和电容C₃之间的公共连接点上，将电阻R₅的另一端接到电流反馈放大电路的负端，形成高频信号通路。在运算放大器N₁与功率三极管V₂之间的串连联接电阻R₃和电阻R₄，并且将电容C₁的正极端连在电阻R₃和电阻R₄的公共连接点上，将电容C₁负极端连接到电流反馈放大电路的负端，形成低频信号通路。本发明克服了现有技术中存在的液压控制系统虚警率过高的不足，对动态响应品质要求较高的电液伺服控制系统有比较明显的效果。

Description

滤除力矩马达对控制器反向干扰的方法

技术领域

本发明涉及电液伺服阀控制领域，具体是一种滤除力矩马达对控制器反向干扰的方法。

背景技术

电液伺服阀是电液伺服控制系统中的核心部件，按电液伺服阀控制的输出量通常可分为电液流量伺服阀和电液压力伺服阀两种，无论是哪一种形式的电液伺服阀，其中都有力矩马达。图1为射流管式电液压力伺服阀的基本结构原理图，力矩马达上有一个磁钢17，通过极靴18和衔铁19在极靴18和衔铁19之间的气隙之间产生固定的磁场，在线圈组件20通入来自外部控制器输出的控制电流信号后，线圈组件20在力矩马达上产生一定的电磁力矩，推动衔铁19发生偏转，克服其连接的弹性支撑21的弹力使射流管22产生一定的位移，射流通过喷嘴23，在接受器24上产生控制压力，驱动伺服阀的阀芯25，克服复位弹簧26的弹力产生移动；当电液伺服阀输出与控制电流相对应的压力后，阀芯处于平衡状态。

现有技术中，接口电路由电流反馈放大电路和驱动放大电路两级放大电路组成；所述电流反馈放大电路的输出作为驱动放大电路的输入；所述的滤波器要对电流反馈放大电路的输出电压进行滤波处理。具体是，采用控制器输出的电流来实现对电液伺服阀的流量或者压力控制，控制器中控制电路末端都有一个输出接口电路，将控制电路或者CPU计算得到的电压控制信号变成电流信号，来完成对电液伺服阀的控制，使其输出要求的流量或者压力。图2给出了一个普通压流变换的输出接口电路。接口电路以电压信号V_i为输入，控制通过电液伺服阀线圈R_f14上的电流，电阻R₁11为电流的反馈电阻，与运算放大器N₁12构成电流误差的放大电路，通过二极管V₁16向功率三极管V₂16提供放大的误差信号，通过功率三极管V₂16和电阻R₂15在电液伺服阀线圈R_f14上产生所需的驱动电流。

在实际的控制系统中，往往还另外设计有检测电路，对控制接口电路加在电液伺服阀线圈上的电压进行实时监测，以判断电液伺服阀是否出现电路故障，而在实际工作状态下，受诸如油源压力的波动、振动、冲击等环境的影响，控制器监测到的加在电液伺服阀线圈上的电压会产生巨幅的不规则变化，偏离正常的电压范围，诱发控制器的检测电路发出故障指示，其结果就是令控制系统表现为虚警，甚至于让控制系统根本无法正常工作。

目前解决这类问题的办法是，如果这种伺服阀对控制器的反向干扰不很严重，只是虚警，那么可以考虑限制液压控制系统的检测条件，只允许液压控制系统处于静态下，甚至在不接通液压源的情况下对控制电路及伺服阀进行故障检测，而在实际工作环境下再屏蔽故障检测功能，以防止虚警；但是当这种反向干扰比较严重时，就只能取掉控制器中的故障检测电路。这两种办法都会降低液压控制系统的故障监测能力，并对系统的正常工作带来隐患。采用这种常规的方法无论从哪个角度来看，均不能从根本上解决现实存在的电液伺服阀控制回路故障监测及虚警的问题。

引起电液伺服阀控制回路故障监测虚警问题的根本原因是力矩马达衔铁及弹性元件的振动。究其故障原因是电液伺服阀受外界干扰，诸如油源压力的波动、振动、冲击等环境的影响，力矩马达中的衔铁及其连接的弹性元件会产生一定的振动，使力矩马达的电磁回路中的磁阻产生波动，从而令加在电液伺服阀线圈上的电压产生巨幅的不规则变化，偏离正常的电压范围，导致控制器的检测电路提示故障。

由于电子控制技术与液压系统隶属不同的专业，在实际的电液伺服系统调试和工作中发现此类问题时，往往不能进行准确的故障机理分析和故障定位，导致目前的这种简单的处理方式，在本发明中明确指出了引起电液伺服阀控制回路故障监测虚警问题的根本原因，并提出了对控制器的输出接口电路进行滤波处理的方法，而且不会影响系统的动态工作特性，通过最苛刻试验条件下的考验及实际使用验证表明，采用本发明所述方法确实解决了受诸如油源压力的波动、振动、冲击等环境的影响而引发的电液伺服阀控制回路故障监测虚警问题。

经检索，现有技术中有大量对电液伺服阀和控制器等各自单独产品的抗振动设计及振动特性仿真计算分析内容，与本发明有一定的相关性，但尚无在电液伺服阀和控制器相结合来研究分析在诸如油源压力的波动、振动、冲击等环境下，电液伺服阀对控制器的硬件电路产生反向干扰的研究的报道，本发明通过对这方面的机理进行了研究，并且提出了具有可操作性的设计改进处理方法，在实际的一个电液伺服控制系统中进行了应用，解决了实际系统中存在的问题。

发明内容

为克服现有技术中存在的因受诸如油源压力的波动、振动、冲击等环境的影响而引发电液伺服阀控制回路故障监测虚警的不足，本发明提出了一种滤除力矩马达对控制器反向干扰的方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，确定带阻滤波器的中心频率

确定带阻滤波器的中心频率为80HZ。

步骤2，确定滤波器电路的元件参数

所述确定的元件参数包括确定电阻的阻值和电容的容值。

确定的电阻R₃的阻值r₃和电容C₁的容值c₁，使r₃和c₁满足公式：

$r_3{c}_1=\frac{1}{\mathrm{\π}f}---\left(1\right)$

其中：f为带阻滤波器的中心频率，单位为HZ；r₃为电阻R₃的阻值，单位：Ω；c₁为电容C₁的容值，单位：F；

确定的电阻R₅的阻值r₅和电容C₂的容值c₂，使阻值r₅和电容C₂的容值c₂满足公式：

$r_5{c}_2=\frac{1}{4\mathrm{\π}f}---\left(2\right)$

其中：r₅为电阻R₅的阻值，单位：Ω；c₂为电容C₂的容值，单位：F；

确定的电阻R₄的阻值r₄＝r₃＝1.8KΩ；电容C₃的容值c₃＝c₂＝2.2uF。

步骤3，滤波器与接口电路的改进

所述的接口电路将控制电压信号转换为电流信号，所述接口电路由电流反馈放大电路和驱动放大电路两级放大电路组成，电流反馈放大电路的输出信号即该运算放大器N₁2的7脚；驱动放大电路的输入端即运算放大器V₂3的基极。

所述的滤波器要对电流反馈放大电路的输出电压进行滤波处理，将滤波后的电压信号再作为驱动放大电路的输入。

在对滤波器与接口电路改进时，将运算放大器N₁与功率三极管V₂之间的二极管V₁去掉，在所述运算放大器N₁与功率三极管V₂之间的串连联接电容C₂和电容C₃，并且将电阻R₅的一端连接在电容C₂和电容C₃之间的公共连接点上，将电阻R₅的另一端接到电流反馈放大电路的负端，形成高频信号通路；同时，在所述运算放大器N₁与功率三极管V₂之间的串连联接电阻R₃和电阻R₄，并且将电容C₁的正极端连在电阻R₃和电阻R₄的公共连接点上，将电容C₁负极端连接到电流反馈放大电路的负端，形成低频信号通路。

本发明克服了现有技术中存在的电液伺服阀容易受诸如油源压力的波动、振动、冲击等环境的影响，而使控制线圈上的电压产生变化，偏离正常的电压范围，诱发控制器的检测电路产生故障指示，导致液压控制系统虚警率过高的不足，本发明提出了一种削弱电液伺服阀力矩马达特征频率对其控制器产生反向干扰的控制方法，对动态响应品质要求较高的电液伺服控制系统有比较明显的效果。

利用本发明进行电液伺服控制系统的故障监测与判断，能够解决电液伺服控制系统受诸如油源压力的波动、振动、冲击等环境的影响而引发的电液伺服阀对控制器产生反向干扰，导致控制器的检测回路报控制回路出现故障的监测虚警问题，从而提高了电液伺服控制系统的环境适应性，提高了系统的抗干扰能力和故障监测效能，降低所述控制系统的虚警率，且对电液伺服控制系统的动态特性不会造成太大的影响。

针对某型飞机刹车系统存在的防滑系统在工作环境下，自检过程中故障频繁指示，使系统不能正常使用的问题，运用本发明对原来的电子防滑刹车控制盒进行接口电路的设计改进，经厂内和外场实际使用验证表明，本发明确实成功解决了实际使用中长期存在的一个技术难题。

图3所示为某型飞机的液压防滑刹车系统在实际工作条件下，刹车控制器改进前，进行刹车系统自检时的检测信号13和电液伺服阀线圈电压14的实测曲线的截图；在检测信号由高电平到低电平后，防滑系统处于工作状态，控制器启动对电液伺服阀线圈电压的检测，由图可见：电液伺服阀线圈电压出现严重的干扰信号，发生巨幅震荡，足以导致刹车系统指示故障。

图4所示该型飞机的液压防滑刹车系统在实际工作条件下，刹车控制器中的电液伺服阀驱动接口电路改进后，进行刹车系统自检时的检测信号13、电液伺服阀未受干扰时线圈的电压15和干扰状态下电液伺服阀线圈实测电压曲线16的拼图。由图可见，采用本发明所述滤波控制方法，对控制器进行改进后，电液伺服阀线圈实测电压的干扰信号大幅度降低，采用本专利所述控制方法可以解决电液伺服控制系统受诸如油源压力的波动、振动、冲击等环境的影响而引发的电液伺服阀对控制器产生反向干扰，导致控制器的检测回路报控制回路出现故障的监测虚警问题，从而提高了电液伺服控制系统的环境适应性，提高了系统的抗干扰能力和故障监测效能，降低所述控制系统的虚警率。

综上所述，针对目前电液伺服控制系统存在的虚警率高的问题，采用本发明找到了出现该问题的根本原因，是由于电液伺服阀受诸如油源压力的波动、振动、冲击等环境的影响使电液伺服阀的力矩马达产生特征频率附近的振动，而对控制器产生反向干扰所引起的，利用本发明所述滤波处理方法能够解决控制器对电液伺服阀的监测虚警问题，从而提高了电液伺服控制系统的环境适应性，提高了系统的抗干扰能力和故障监测效能，降低电液伺服控制系统的虚警率，且对电液伺服控制系统的动态特性不会造成太大的影响，因此本发明具有普遍的适用性，是一种有较大应用价值的提高控制盒抗干扰能力的控制方法。

附图说明

图1是现有技术的简易压流变换的输出接口电路图；

图2是有带阻滤波功能的压流变换输出接口电路图；

图3是改前检测电路的电液伺服阀线圈电压曲线；

图4是改后检测电路的电液伺服阀线圈电压曲线；

图5是射流管式电液压力伺服阀的基本结构原理图；

图6是本发明的流程图。图中：

1电阻R₁；2.运算放大器N₁；3功率三极管V₂；4电液伺服阀线圈R_f；5.电阻R₂；6.二极管V₁；7.电阻R₃；8.电容C₁；9.电容C₂；10.电阻R₅；11.电阻R₄；12.电容C₃；13.检测信号；14.滤波前电液伺服阀线圈实测电压；15.电液伺服阀未受干扰时线圈电压；16.带阻滤波后电液伺服阀线圈实测电压；17磁钢；18极靴；19衔铁；20线圈组件；21弹性支撑；22射流管；23喷嘴；24接受器；25阀芯；26复位弹簧。

具体实施方式

实施例

本实施例应用于某电液伺服控制系统中，采用了一种滤除力矩马达对控制器反向干扰的方法，具体过程是：

步骤1，确定带阻滤波器的中心频率

该电液伺服控制系统的动态响应频率带宽较高，利用现有技术对所述电液伺服控制系统中的电液伺服阀力矩马达上衔铁及与衔铁连接在一起的弹性组件的特征频率进行测试，其结果为80HZ，因此需将80HZ作为控制器中电液流量伺服阀线圈驱动控制接口的带阻滤波器的中心频率。

步骤2，确定滤波器电路的元件参数

所述确定的元件参数包括确定电阻的阻值、电容的容值，具体是：

1)确定电阻R₃的阻值r₃和电容C₁的容值c₁，使r₃和c₁满足公式：

$r_3{c}_1=\frac{1}{\mathrm{\π}f}---\left(1\right)$

其中：f为带阻滤波器的中心频率，单位为HZ；r₃为电阻R₃的阻值，单位：Ω；c₁为电容C₁的容值，单位：F；

本实施例中，接口电路中的电阻R₁1和R₂5的阻值均为100Ω，电液伺服阀的线圈R_f4的阻值为400Ω，选c₁＝2.2uF，则通过(1)式计算得到r₃＝1.809KΩ，实取1.8KΩ；

2)确定电阻R₅的阻值r₅和电容C₂的容值c₂，使阻值r₅和电容C₂的容值c₂满足公式：

$r_5{c}_2=\frac{1}{4\mathrm{\π}f}---\left(2\right)$

其中：r₅为电阻R₅的阻值，单位：Ω；c₂为电容C₂的容值，单位：F；

本实施例中，仍选c₂＝2.2uF，则通过(2)式计算得到r₅＝905Ω，实取910Ω；

3)确定电阻R₄的阻值r₄＝r₃＝1.8KΩ；电容C₃的容值c₃＝c₂＝2.2uF；

利用现有技术进行验算表明，在最大电液伺服阀线圈电流为20mA时，功率三极管V₂仍可处于线性工作区，且运算放大器N₁可以提供给功率三极管V₂必要的控制电压和控制电流。

步骤3，滤波器与接口电路的改进

所述的接口电路将控制电压信号转换为电流信号，所述接口电路由电流反馈放大电路和驱动放大电路两级放大电路组成，本实施例中，如图1所示，电流反馈放大电路的输出信号即该运算放大器N₁2的7脚；驱动放大电路的输入端即运算放大器V₂3的基极。

所述的滤波器要对电流反馈放大电路的输出电压进行滤波处理，将滤波后的电压信号再作为驱动放大电路的输入。

为实现本发明的目的，本实施例对在图1所述滤波器与接口原理电路的进行改进时，将运算放大器N₁2与功率三极管V₂3之间的二极管V₁6去掉，在所述运算放大器N₁2与功率三极管V₂3之间的串连联接电容C₂9和电容C₃12，并且将电阻R₅10的一端连接在电容C₂9和电容C₃12之间的公共连接点上，将电阻R₅10的另一端接到电流反馈放大电路的负端，形成高频信号通路；同时，在所述运算放大器N₁2与功率三极管V₂3之间的串连联接电阻R₃7和电阻R₄11，并且将电容C₁8的正极端连在电阻R₃7和电阻R₄11的公共连接点上，将电容C₁8负极端连接到电流反馈放大电路的负端，形成低频信号通路。

改进后的滤波器与接口电路以电流反馈放大电路的输出信号作为输入，所述电流反馈放大电路输出的高频信号通过电容C₂9和C₃12后进入驱动放大电路的输入端，所述电流反馈放大电路输出的低频信号通过电阻R₃7和R₄11进入所述驱动放大电路的输入端。改进后的电路对处于高、低频截止频率之间的信号频率分量有明显的衰减作用，以步骤1所确定的中心频率作为高频滤波截止频率和低频滤波截止频率两者之间的中间值，即可起到带阻滤波器的作用，从而滤除力矩马达特征频率对控制器的反向干扰。

此时对改进后的滤波器与接口电路中电液伺服阀线圈R_f两端的电压信号进行监测，按照电液伺服控制系统的要求进行故障逻辑判断，在所述电液伺服控制系统受到诸如油源压力的波动、振动、冲击等环境的影响时，消除了力矩马达特征频率引发的电液伺服阀控制回路故障监测虚警。

Claims (3)

1.一种滤除力矩马达对控制器反向干扰的方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，确定带阻滤波器的中心频率：

确定带阻滤波器的中心频率为80HZ；

步骤2，确定滤波器电路的元件参数：

所述确定的元件参数包括确定电阻的阻值和电容的容值；

步骤3，滤波器与接口电路的改进：

所述的接口电路将控制电压信号转换为电流信号，所述接口电路由电流反馈放大电路和驱动放大电路两级放大电路组成，电流反馈放大电路的输出信号即该运算放大器N₁2的7脚；驱动放大电路的输入端即运算放大器V₂3的基极；

所述的滤波器要对电流反馈放大电路的输出电压进行滤波处理，将滤波后的电压信号再作为驱动放大电路的输入。

2.如权利要求1所述滤除力矩马达对控制器反向干扰的方法，其特征在于，

确定的电阻R₃的阻值r₃和电容C₁的容值c₁，使r₃和c₁满足公式：

$r_3{c}_1=\frac{1}{\mathrm{\π}f}---\left(1\right)$

其中：f为带阻滤波器的中心频率，单位为HZ；r₃为电阻R₃的阻值，单位：Ω；c₁为电容C₁的容值，单位：F；

确定的电阻R₅的阻值r₅和电容C₂的容值c₂，使阻值r₅和电容C₂的容值c₂满足公式：

$r_5{c}_2=\frac{1}{4\mathrm{\π}f}---\left(2\right)$

其中：r₅为电阻R₅的阻值，单位：Ω；c₂为电容C₂的容值，单位：F；

确定的电阻R₄的阻值r₄＝r₃＝1.8KΩ；电容C₃的容值c₃＝c₂＝2.2uF。

3.如权利要求1所述滤除力矩马达对控制器反向干扰的方法，其特征在于，在对滤波器与接口电路改进时，将运算放大器N₁与功率三极管V₂之间的二极管V₁去掉，在所述运算放大器N₁与功率三极管V₂之间的串连联接电容C₂和电容C₃，并且将电阻R₅的一端连接在电容C₂和电容C₃之间的公共连接点上，将电阻R₅的另一端接到电流反馈放大电路的负端，形成高频信号通路；同时，在所述运算放大器N₁与功率三极管V₂之间的串连联接电阻R₃和电阻R₄，并且将电容C₁的正极端连在电阻R₃和电阻R₄的公共连接点上，将电容C₁负极端连接到电流反馈放大电路的负端，形成低频信号通路。