CN106602948A - 微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀控制系统及其控制方法，其特征是包括控制信号输入模块、处理模块、功率驱动模块、位置信号采样模块、模拟信号调理模块和模拟信号输入模块；处理模块通过对控制数字信号、实际位置数字信号进行计算，得到脉宽调制信号并传递给所述功率驱动模块，用于控制微型步进电机的正转、反转、步进和停止，实现对集成式比例型滑阀的比例控制。本发明能实现对微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的精确比例控制，提高集成比例型滑阀的控制精度和响应时间。

Description

微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制系统及其控制 方法

技术领域

本发明涉及流体控制比例型滑阀领域，特别涉及一种微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀控制系统及其控制方法。

背景技术

在现代机电液一体化控制系统中，比例型滑阀是应用最为广泛的一类流体控制器件，主要利用其比例调节功能实现对流体通道流量、压力的连续无级调节控制，其中电磁驱动的比例阀(电磁比例型滑阀)又是各类比例阀中使用最多的一类自动化控制基础元件。电磁比例滑阀主要由比例电磁铁与控制流体通道的滑阀组成，比列电磁铁根据输入信号电流或电压大小产生相应的电磁力，驱动滑阀阀芯产生一定的位移进而改变阀口尺寸，使通过阀口输出流体的压力或流量与输入信号成比列变化；当滑阀阀芯的位移能够以机械、液压或电形式进行反馈时，可使电磁比例滑阀具有闭环控制功能。电磁比例滑阀具有控制精度高、使用灵活、安装方便以及易于计算机控制等诸多优点，应用领域日益得到拓宽。但是，由于采用电磁力驱动，电磁比例滑阀在实际工程应用中，由于受到工作温度、流体液动力、阀芯运动时的卡紧力和摩擦力以及零部件加工制造精度、油液污染和零部件变形等影响，常会出现输入与输出比列关系发生改变、阀芯卡滞导致控制失效等现象。

为了充分发挥电磁比例滑阀的特点，针对电磁比例滑阀存在的问题，在现有技术中提出了一种微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀，如图1所示，该滑阀由滑阀本体与电子控制单元(11)通过集成装配组成。

上述微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的优点在于：最大限度避免工作温度、流体液动力、阀芯运动时的卡紧力和摩擦力、零部件加工制造精度、油液污染和零部件变形等对阀性能的影响，使阀的比例控制性能更加可靠。

然而，如何利用电子控制单元11实现对集成式比例型滑阀的精确开关控制是目前急需解决的技术难题。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足之处，提供一种微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制系统及其方法，以期能对微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀进行比例控制，从而提高控制系统的可靠性，以及提高集成式比例型滑阀的控制精度与响应时间。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制系统的特点包括：控制信号输入模块、处理模块、功率驱动模块、位置信号采样模块、模拟信号调理模块和模拟信号输入模块；

所述控制信号输入模块接收外部的控制输入信号，并转换成控制数字信号后输出至处理模块；

所述位置信号采样模块通过位置传感器采集所述比例型滑阀阀芯的实际位置信号，并发送至所述模拟信号调理模块；

所述模拟信号调理模块对所述比例型滑阀阀芯的实际位置信号进行滤波、限流、放大、限幅处理后，得到预处理后的比例型滑阀阀芯的实际位置信号并输出至所述模拟信号输入模块；

所述模拟信号输入模块将所接收的预处理后的比例型滑阀阀芯的实际位置信号转换成实际位置数字信号输出至所述处理模块；

所述处理模块对所接收的控制数字信号和实际位置数字信号进行计算，得到脉宽调制信号并传递给所述功率驱动模块，用于控制所述微型步进电机的正转、反转、步进和停止，从而实现对集成式比例型滑阀的比例控制。

本发明所述的微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制系统的特点也在于，所述处理模块包括：微型步进电机转动参数计算模块、比例滑阀位置判断模块、微型步进电机控制模块和脉宽调制信号输出模块；

所述微型步进电机转动参数计算模块对所接收的控制数字信号进行逻辑判断，获得所述微型步进电机的转动参数信息并发送至所述微型步进电机控制模块；所述转动参数信息包括：转动速度和目标位置；

所述比例滑阀位置判断模块对所接收的实际位置数字信号进行逻辑判断，获得所述集成式比例型滑阀的实际位置信息并发送至所述微型步进电机控制模块；

所述微型步进电机控制模块根据所述转动参数信息和位置信息，计算所述微型步进电机的控制输出指令后发送至所述脉宽调制信号输出模块；所述微型步进电机的控制输出指令包括：启动指令、停止指令、正转指令、反转指令、步进步数指令和工作速度指令；

所述脉宽调制信号输出模块将所述微型步进电机的控制输出指令转化为脉宽调制信号并发送至所述功率驱动模块。

本发明一种微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、获取外部的控制输入信号并进行捕获处理，获得由频率、电平和占空比构成的控制数字信号；

步骤2、对所述控制数字信号进行逻辑判断，获得微型步进电机的转动参数信息；所述转动参数信息包括：转动速度和目标位置；

步骤3、获取所述比例型滑阀阀芯的实际位置信号并进行滤波、限流、放大、限幅处理，得到预处理后的比例型滑阀阀芯的实际位置信号，并转换成实际位置数字信号；

步骤4、对所述实际位置数字信号进行逻辑判断，获得集成式比例型滑阀的实际位置信息；

步骤5、对所述转动参数信息和实际位置信息进行逻辑分析判断，获得微型步进电机的控制输出指令并转化为脉宽调制信号，用于控制所述微型步进电机的正转、反转、步进和停止，从而实现对所述集成式比例型滑阀的比例控制。

本发明所述集成式比例型滑阀的控制方法的特点也在于，所述步骤2是按如下过程进行：

步骤2.1、根据所述控制输入信号的频率得到所述微型步进电机的转动速度；且所述微型步进电机的转动速度与所述频率成正比；

步骤2.2、根据所述控制输入信号的占空比得到所述目标位置；且所述目标位置与所述占空比成正比。

所述步骤4是按如下过程进行：

步骤4.1、判断所述实际位置数字信号的大小是否大于最大位置信号数值，若大于，则退出逻辑判断；否则，执行步骤4.2；

步骤4.2、判断所述实际位置数字信号的大小是否小于最小位置信号数值，若小于，则退出逻辑判断；否则，执行步骤4.3；

步骤4.3、判断所述集成式比例型滑阀是否为常开阀，若为常开阀，则执行步骤4.5；否则，执行步骤4.4；

步骤4.4、设定实际位置为：(滑阀最大开度/(最大位置信号数值-最小位置信号数值))×(实际位置数字信号-最小位置信号数值)；

步骤4.5、设定实际位置为：滑阀最大开度-(滑阀最大开度/(最大位置信号数值-最小位置信号数值))×(实际位置数字信号-最小位置信号数值)；

所述步骤5的微型步进电机的控制输出指令是按如下步骤获得：

步骤5.1、判断所述实际位置是否大于目标位置，若是，则执行步骤5.2；否则执行步骤5.5；

步骤5.2、设置所述控制输出指令为启动指令和反转指令，并执行步骤5.3；

步骤5.3、设置所述控制输出指令的转动步数指令与所述实际位置和目标位置之差成正比，并执行步骤5.4；

步骤5.4、设置所述控制输出指令的工作速度指令与所述转动速度成正比，并保存；

步骤5.5、判断所述实际位置是否小于目标位置，若是，则执行步骤5.6；否则执行步骤5.9；

步骤5.6、设置所述控制输出指令为启动指令和正转指令，并执行步骤5.7；

步骤5.7、设置所述控制输出指令的转动步数指令与所述目标位置和实际位置之差成正比，并执行步骤5.8；

步骤5.8、设置所述控制输出指令的工作速度指令与所述转动速度成正比，并保存；

步骤5.9、设置所述控制输出指令为停止指令，并保存。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明针对微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀，提出了一种微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀控制系统及其控制方法，通过计算微型步进电机转动参数与比例型滑阀的实际位置信息，得到微型步进电机控制信号参数与脉宽控制信号，输出功率信号驱动微型步进电机，实现了微型步进电机的正转、反转、步进和停止控制，实现了对微型步进电机驱动的集成比例型滑阀的比例控制。

2、由于工作温度、流体液动力、阀芯运动时的卡紧力和摩擦力、零部件加工制造精度、油液污染和零部件变形等引起的微型步进电机堵转、微型步进电机自身丢步等原因造成了通过微型步进电机的步数估算滑阀位置的误差偏大，本发明所涉及的集成式比例型滑阀的实际位置信息采用加装位置传感器信号获得，实现对集成式比例型滑阀的位置的精确判断，可有效提高滑阀位置判断的精度，避免通过微型步进电机的步数估算滑阀位置的缺点，提高了控制系统的可靠性。

3、本发明所涉及的微型步进电机的驱动控制采用脉宽调制方式，可根据控制精度与响应时间的要求进行脉宽调制信号的频率与占空比设定，进行微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的精度与响应时间控制。通过设定脉宽调制信号相应的频率与占空比，可有效提高了微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制精度与响应时间。

4、本发明所涉及的滑阀目标位置的驱动控制采用基于滑阀目标位置与实际位置的闭环反馈控制，可有效缩短滑阀目标位置的实现时间、减小滑阀的位置波动幅度，提高控制系统的鲁棒性。

附图说明

图1为现有技术中微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀在阀安装基座上的安装示意图；

图2本发明系统结构应用示意图；

图3为本发明微型步进电机转动参数计算模块的流程图；

图4为本发明微型步进电机控制模块的流程图；

图中标号：1-阀座；2-封板；3-微型步进电机；4-电机引脚端子；5-方形进给螺母；6-阀芯；7-复位弹簧；8-阀套；9-磁片；10-位置传感器；11-电子控制单元；12-电源正极引脚；13-电源负极引脚；14-控制信号引脚；15-第一O型密封圈；16-第二O型密封圈；17-第三O型密封圈；18-第四O型密封圈；201-阀安装基座；202-阀芯均压通道；P-流体供应通道；A-流体控制通道；T-流体泄压通道。

具体实施方式

本实施例中，一种微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制系统，是微型步进电机驱动的集成比例型滑阀的一个组成部件，参阅图1，控制系统作为微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的电子控制单元11，与微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的其它零部件和位置传感器件集成组装后，形成一个完整的微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀，其电源正极引脚12和电源负极引脚13连接外部供电电源、控制信号引脚14连接外部控制信号输入电路、微型步进电机电连接点与电机引脚端子4形成电连接，微型电机3一般选择工作电压为4V～36V的永磁式直流步进电机，或工作电压为4V～36V的磁阻式直流步进机，或工作电压为4V～36V的混合式直流步进电机；控制系统参阅图2，包括：控制信号输入模块、处理模块、功率驱动模块、位置信号采样模块、模拟信号调理模块和模拟信号输入模块；

控制信号输入模块接收外部的控制输入信号，并转换成控制数字信号后输出至处理模块；

参阅图1，位置信号采样模块通过位置传感器采集比例型滑阀阀芯的实际位置信号，并发送至模拟信号调理模块；位置传感器10采用霍尔效应的线性位置传感器，通过在方形进给螺母5方形柱体的一侧平面上粘贴矩形铁氧体永磁磁片9，与位置传感器10之间存在霍尔效应，磁片9的横截面形状与尺寸与设于阀座1的方形孔一侧内表面上的凹槽形成间隙配合；磁片9与位置传感器10之间的相对位置越大，位置传感器10产生的霍尔电压越大，则位置传感器10的输出位置信号大小与位置传感器10与磁片9之间的相对位置成正比；

模拟信号调理模块对比例型滑阀阀芯的实际位置信号进行滤波、限流、放大、限幅处理后，得到预处理后的比例型滑阀阀芯的实际位置信号并输出至模拟信号输入模块；

模拟信号输入模块将所接收的预处理后的比例型滑阀阀芯的实际位置信号转换成实际位置数字信号输出至处理模块；

处理模块对所接收的控制数字信号和实际位置数字信号进行计算，得到脉宽调制信号并传递给功率驱动模块，用于控制微型步进电机的正转、反转、步进和停止，从而实现对集成式比例型滑阀的比例控制。

具体实施中，处理模块包括：微型步进电机转动参数计算模块、比例滑阀位置判断模块、微型步进电机控制模块和脉宽调制信号输出模块；

微型步进电机转动参数计算模块对所接收的控制数字信号进行逻辑判断，获得微型步进电机的转动参数信息并发送至微型步进电机控制模块；转动参数信息包括：转动速度和目标位置；

比例滑阀位置判断模块对所接收的实际位置数字信号进行逻辑判断，获得集成式比例型滑阀的实际位置信息并发送至微型步进电机控制模块；

微型步进电机控制模块根据转动参数信息和位置信息，计算微型步进电机的控制输出指令后发送至脉宽调制信号输出模块；微型步进电机的控制输出指令包括：启动指令、停止指令、正转指令、反转指令、步进步数指令和工作速度指令；

脉宽调制信号输出模块将微型步进电机的控制输出指令转化为脉宽调制信号并发送至功率驱动模块。

本实施例中，一种微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制方法，是按如下步骤进行：

步骤1、获取外部的控制输入信号并进行捕获处理，获得由频率、电平和占空比构成的控制数字信号；

步骤2、对控制数字信号进行逻辑判断，获得微型步进电机的转动参数信息；转动参数信息包括：转动速度和目标位置；

步骤2.1、根据控制输入信号的频率得到微型步进电机的转动速度；且微型步进电机的转动速度与频率成正比；

步骤2.2、根据控制输入信号的占空比得到目标位置Sn；且目标位置Sn与占空比成正比；

步骤3、获取比例型滑阀阀芯的实际位置信号并进行滤波、限流、放大、限幅处理，得到预处理后的比例型滑阀阀芯的实际位置信号，并转换成实际位置数字信号；

步骤4、对实际位置数字信号进行逻辑判断，获得集成式比例型滑阀的实际位置信息；具体的说，参阅图3：

步骤4.1、判断实际位置数字信号的大小Sd是否大于最大位置信号数值Smax，若大于，则退出逻辑判断；否则，执行步骤4.2；

步骤4.2、判断实际位置数字信号的大小Sd是否小于最小位置信号数值Smin，若小于，则退出逻辑判断；否则，执行步骤4.3；

步骤4.3、判断集成式比例型滑阀是否为常开阀，若为常开阀，则执行步骤4.5；否则，执行步骤4.4；

步骤4.4、利用式(1)获得实际位置S：

S＝(L/(Smax-Smin))×(Sd-Smin)) (1)

式(1)中，L为滑阀最大开度；Smax为最大位置信号数值，Smin为最小位置信号数值，Sd为实际位置数字信号；

步骤4.5、利用式(2)获得实际位置S：

S＝L-(L/(Smax-Smin))×(Sd-Smin)) (2)

式(2)中，L为滑阀最大开度，Smax为最大位置信号数值，Smin为最小位置信号数值，Sd为实际位置数字信号；

其中，步骤4.1、步骤4.2、步骤4.4和步骤4.5中所涉及的最小位置信号数值Smin和最大位置信号数值Smax均以变量代替，均未给出具体数值，是由于最小位置信号数值Smin和最大位置信号数值Smax与位置传感器的输出信号范围、集成式比例型滑阀的类型及阀芯位移范围有关，需要根据具体的位置传感器与集成式比例型滑阀参数，通过实验测试进行确定，具体确定方法如下：

针对具体参数的微型步进电机位置传感器与集成式比例型滑阀，将位置传感器与感应磁片安装在集成式比例型滑阀上，并将该滑阀安装在滑阀测试台上，通过微型步进电机驱动滑阀阀芯从最小位移移动至最大位移处，测试位置传感器在最小位移处的输出值Smin1、最大位移处的输出值Smax1，并通过K次测试取平均值的方法得到：

若测试滑阀为常闭阀，则：

Smin＝(∑Smin1+Smin3+...+Smink)/k

Smax＝(∑Smax1+Smax3+...+Smaxk)/k

若测试滑阀为常开阀，则：

Smax＝(∑Smin1+Smin3+...+Smink)/k

Smin＝(∑Smax1+Smax3+...+Smaxk)/k

步骤5、对转动参数信息和实际位置信息进行逻辑分析判断，获得微型步进电机的控制输出指令，具体的说，参阅图4：

步骤5.1、判断实际位置是否大于目标位置，若是，则执行步骤5.2；否则执行步骤5.5；

步骤5.2、设置控制输出指令为启动指令和反转指令，并执行步骤5.3；

步骤5.3、设置控制输出指令的转动步数指令与实际位置和目标位置之差成正比，并执行步骤5.4；

步骤5.4、设置控制输出指令的工作速度指令与转动速度成正比，并保存；

步骤5.5、判断实际位置是否小于目标位置，若是，则执行步骤5.6；否则执行步骤5.9；

步骤5.6、设置控制输出指令为启动指令和正转指令，并执行步骤5.7；

步骤5.7、设置控制输出指令的转动步数指令与目标位置和实际位置之差成正比，并执行步骤5.8；

步骤5.8、设置控制输出指令的工作速度指令与转动速度成正比，并保存；

步骤5.9、设置控制输出指令为停止指令，并保存。

其中，步骤5.3和步骤5.7中所涉及的控制输出指令的转动步数指令，步骤5.4和步骤5.8中所涉及的控制输出指令的工作速度指令，按照以下方法进行计算：

参阅图1，微型步进电机3的电机轴与方形进给螺母5之间通过螺纹配合构成一个微型丝杠/进给螺母机构，而方形进给螺母5置于阀座1的方形孔内使其不能转动，当对微型电机3供电使其电机轴旋转时，电机轴的旋转运动转化为方形进给螺母5的轴向运动，由于微型电机3的电机轴与方形进给螺母5之间螺纹配合具有确定的螺距，方形进给螺母5的轴向移动速度只与微型步进电机3的步距角及步频有关，方形进给螺母5轴向移动的距离只与微型步进电机3的步距角及步进工作次数有关；阀芯6在复位弹簧7的作用下随同方形进给螺母5作同向移动，因此阀芯6的轴向移动距离和轴向移动速度与方形进给螺母5相同，按照下述公式(3)和公式(4)进行计算，

SS＝T×AM×NM÷360(毫米) (3)

VS＝T×AM×FM÷360(毫米/秒) (4)

式(3)和(4)中：VS—方形进给螺母5的轴向移动速度；SS—方形进给螺母5的轴向移动距离；T—微型步进电机3的电机轴与方形进给螺母5螺纹配合的螺距(毫米/转)；AM—微型步进电机3的步距角(度/步)；FM—微型步进电机3的工作频率(步/秒)；NM—微型步进电机3步进工作步数(步)；

当所需调节的流体通道开口变化范围为L时，公式(1)中的SS＝L，则微型步进电机3步进工作步数按下述公式(5)计算：

NM＝(360×L)/(T×AM) (5)

式(5)中：L—阀芯调节范围(毫米)。

设置控制输出指令的转动步数指令为微型步进电机步进工作步数NM；

设置控制输出指令的工作速度指令为阀芯工作速度VS。

将微型步进电机的控制输出指令转化为脉宽调制信号，用于控制微型步进电机的正转、反转、步进和停止，从而实现对集成式比例型滑阀的比例控制，集成式比例型滑阀的比例控制过程如下：

参阅图1，在装配状态下，方形进给螺母5的转动受到约束，微型步进电机3的电机轴的旋转运动传递给方形进给螺母5时只能使其产生轴向运动；方形进给螺母5的轴向位置发生变化时，粘贴于其上的磁片9的位置及磁片9与位置传感器10之间的距离也随之改变，进而引起位置传感器10输出电压的变化；阀安装基座201的摆放位置及方形进给螺母5初始位置如图2所示，阀芯6在复位弹簧7的作用下处于最上端位置。

如图1和图2所示，处理模块和功率驱动模块在电源正极12和电源负极13的供电下工作；处理模块采集位置传感器的位置信号，并与滑阀的初始状态对应的初始位置信号进行比较，如果采集的位置传感器的位置信号与阀的初始状态对应的电压信号大小不符，处理模块发出控制指令至功率驱动模块，驱动微型步进电机3转动以改变方形进给螺母5的轴向位置直至位置传感器位置信号与初始位置相符为止。

当处理模块接收到控制输入信号后，首先根据控制输入信号计算比例型滑阀阀芯的目标位置与目标转动速度，同时采集比例型滑阀阀芯的实际位置信号并判断滑阀实际位置信息，对比例型滑阀阀芯的目标位置与实际位置信息进行对比判断：

当实际位置小于目标位置时，处理模块发出控制指令至功率驱动模块，驱动微型步进电机3以目标转动速度正向转动，使方形进给螺母5及阀芯6的轴向向下运动直至实际位置与目标位置相符为止，在此过程中，阀芯6的轴向向下位移增大了其上端大径圆柱对体泄压通道T的遮盖程度，并将流体控制通道A的压力或流量增大至对应于外部控制信号的目标数值上；

当实际位置大于目标位置时，处理模块发出控制指令至功率驱动模块，驱动微型步进电机3以目标转动速度反向转动，使方形进给螺母5及阀芯6的轴向向上运动直至实际位置与目标位置相符为止，在此过程中，阀芯6的轴向向上位移减小了其上端大径圆柱对体泄压通道T的遮盖程度，并将流体控制通道A的压力或流量减小至对应于外部控制信号的目标数值上；

当实际位置等于目标位置时，处理模块发出控制指令至功率驱动模块，停止微型步进电机3。

上述调节过程中，由于控制输入信号的大小与流体控制通道A的压力或流量对应成比例，控制信号的变化引起流体控制通道A的压力或流量的对应变化，由此即可实现比例调节功能。

实施例：以某型号的微型步进电机和比例滑阀类型为例，结合图1至图4，将集成式比例型滑阀的比例控制过程进行描述，如下：

该型号微型步进电机为两相四线型直流步进电机，额定转速为4000转/分，最大转速为6000转/分，额定工作频率为1000HZ，最大工作频率为2000HZ，步距角AM为0.18度/步；微型步进电机输出减速比为1:1；螺距T为0.25毫米；滑阀所需控制的流体通道最大开度L为1毫米；集成式比例型滑阀为常闭阀。

集成式比例型滑阀的比例控制过程包括以下6个流程：

(1)控制输入信号获取

选取外部控制输入信号为参数如下：频率f＝1000HZ，占空比为30％，对控制输入信号进行捕获、读取处理，得到控制数字信号。

(2)微型步进电机转动参数计算

对获取的控制数字信号进行逻辑判断，获得微型步进电机的转动参数信息，如下：

根据控制数字的频率f＝1000HZ得到微型步进电机的转动速度为((6000转/分)/2000HZ)*1000HZ＝3000转/分＝50转/秒；

根据控制数字的占空比为30％，得到比例型滑阀阀芯的目标位置Sn＝L*30％＝1毫米*30％＝0.3毫米。

(3)比例型滑阀阀芯的实际位置信号获取与处理

获取比例型滑阀阀芯的实际位置信号并进行滤波、限流、放大、限幅处理，得到预处理后的比例型滑阀阀芯的实际位置信号，并转换成位置数字信号，设定位置数字信号数值Sd＝1.5V。

(4)比例滑阀的位置判断

按照上述最小位置信号数值Smin和最大位置信号数值Smax的确定方法进行试验测试，可得到最小位置信号数值Smin＝1.25V，最大位置信号数值Smax＝6.25V，下面进行比例型滑阀的实际位置判断：

首先，实际位置数字信号的大小存在以下关系：Smin＝1.25V<Sd<Smax＝6.25V，则执行比例滑阀类型判断；

其次，集成式比例型滑阀为常闭阀，则执行常闭阀的实际位置计算公式；

最后，集成式比例型滑阀的实际位置：

S＝(L/(Smax-Smin))*(Sd-Smin))＝(1/(6.25-1.25))*(1.5-1.25)＝0.05毫米、

(5)微电机控制输出指令计算

根据上述流程计算、判断可知，实际位置S＝0.05毫米小于目标位置Sn＝0.3毫米，设置控制输出指令为启动指令和正转指令；设定控制输出指令的转动步数指令与(Sn-S)成等比，设定控制输出指令的工作速度、工作时间与转动速度成等比，根据微电机输出减速比为1:1，则微电机的转动速度为50转/秒，微型步进电机的工作频率FM＝(360/AM)*50＝10000(步/秒)，根据螺距T为0.25毫米、滑阀所需控制的流体通道开口为(Sn-S)＝(0.3-0.05)＝0.25毫米，则根据公式(4)、(5)计算可得：

微型步进电机步进工作步数：NM＝(360×L)/(T×AM)＝(360×1)/(0.25×0.18)＝8000步；

阀芯工作速度：VS＝T×AM×FM÷360＝1×0.18×10000÷360＝5毫米/秒；

则设置控制输出指令的转动步数指令为微型步进电机步进工作步数NM＝8000步；

设置控制输出指令的工作速度指令为阀芯工作速度VS＝5毫米/秒；

将微电机的控制输出指令：启动指令、正转指令、转到步数指令8000步和工作速度指令5毫米/秒转化为脉宽调制信号。

(6)集成式比例型滑阀比例控制

如图1所示，功率驱动模块接收到包含微电机控制输出指令的脉宽调制信号后，输出驱动微电机工作，在装配状态下，阀芯5上端大径圆柱外圆上轴向设置的2条矩形凸筋置于阀座1圆形通孔内圆面上的2条矩形凹槽内，使阀芯5的转动受到约束，微电机3的电机轴的旋转运动传递给阀芯5时使阀芯5产生轴向运动。

比例型滑阀的比例控制过程如下：

根据实际位置S＝0.05毫米小于目标位置Sn＝0.3毫米，处理模块发出控制指令至功率驱动模块，驱动微型步进电机3以目标转动速度5毫米/秒正向转动8000步，使方形进给螺母5及阀芯6的轴向向下运动直至实际位置S与目标位置Sn相符，在此过程中，阀芯6的轴向向下位移增大了其上端大径圆柱对体泄压通道T的遮盖程度，并将流体控制通道A的压力或流量增大至对应于外部控制信号的目标数值上；当实际位置等于目标位置时，处理模块发出控制指令至功率驱动模块，停止微型步进电机3。

本实施例只是给出了本发明应用于常闭阀时的一种典型实施方式，即阀芯6处于初始位置时，其下端大径圆柱遮盖流体供应通道P、流体控制通道A则连通流体泄压通道T；实际上本发明亦可应用于常开阀，只需要将阀的流体供应通道P与流体泄压通道T功能互换即可，具体应用时根据比例滑阀位置判断模块，对常开阀或常闭阀进行实际位置计算即可。

在本发明所述一种微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀的使用过程中，对通流体控制通道A的压力或流量进行比例调节通过控制输入信号加以控制；在调节程中，当对控制流道A的流体压力或流量在达到新目标值之前的变化过程有特殊要求时(例如，在比例调节过程中要求流量或压力是时间的函数时)，既可以通过控制输入信号的变化加以实现，也可以通过在处理模块的微型步进电机控制模块中预设相应的控制程序加以实现。

Claims (6)

1.一种微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制系统，其特征包括：控制信号输入模块、处理模块、功率驱动模块、位置信号采样模块、模拟信号调理模块和模拟信号输入模块；

所述控制信号输入模块接收外部的控制输入信号，并转换成控制数字信号后输出至处理模块；

所述位置信号采样模块通过位置传感器采集所述比例型滑阀阀芯的实际位置信号，并发送至所述模拟信号调理模块；

所述模拟信号调理模块对所述比例型滑阀阀芯的实际位置信号进行滤波、限流、放大、限幅处理后，得到预处理后的比例型滑阀阀芯的实际位置信号并输出至所述模拟信号输入模块；

所述模拟信号输入模块将所接收的预处理后的比例型滑阀阀芯的实际位置信号转换成实际位置数字信号输出至所述处理模块；

所述处理模块对所接收的控制数字信号和实际位置数字信号进行计算，得到脉宽调制信号并传递给所述功率驱动模块，用于控制所述微型步进电机的正转、反转、步进和停止，从而实现对集成式比例型滑阀的比例控制。

2.根据权利要求1所述的微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制系统，其特征是，所述处理模块包括：微型步进电机转动参数计算模块、比例滑阀位置判断模块、微型步进电机控制模块和脉宽调制信号输出模块；

所述微型步进电机转动参数计算模块对所接收的控制数字信号进行逻辑判断，获得所述微型步进电机的转动参数信息并发送至所述微型步进电机控制模块；所述转动参数信息包括：转动速度和目标位置；

所述比例滑阀位置判断模块对所接收的实际位置数字信号进行逻辑判断，获得所述集成式比例型滑阀的实际位置信息并发送至所述微型步进电机控制模块；

所述微型步进电机控制模块根据所述转动参数信息和位置信息，计算所述微型步进电机的控制输出指令后发送至所述脉宽调制信号输出模块；所述微型步进电机的控制输出指令包括：启动指令、停止指令、正转指令、反转指令、步进步数指令和工作速度指令；

所述脉宽调制信号输出模块将所述微型步进电机的控制输出指令转化为脉宽调制信号并发送至所述功率驱动模块。

3.一种微型步进电机驱动的集成式比例型滑阀的控制方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、获取外部的控制输入信号并进行捕获处理，获得由频率、电平和占空比构成的控制数字信号；

步骤2、对所述控制数字信号进行逻辑判断，获得微型步进电机的转动参数信息；所述转动参数信息包括：转动速度和目标位置；

步骤3、获取所述比例型滑阀阀芯的实际位置信号并进行滤波、限流、放大、限幅处理，得到预处理后的比例型滑阀阀芯的实际位置信号，并转换成实际位置数字信号；

步骤4、对所述实际位置数字信号进行逻辑判断，获得集成式比例型滑阀的实际位置信息；

步骤5、对所述转动参数信息和实际位置信息进行逻辑分析判断，获得微型步进电机的控制输出指令并转化为脉宽调制信号，用于控制所述微型步进电机的正转、反转、步进和停止，从而实现对所述集成式比例型滑阀的比例控制。

4.根据权利要求3所述集成式比例型滑阀的控制方法，其特征是所述步骤2是按如下过程进行：

步骤2.1、根据所述控制输入信号的频率得到所述微型步进电机的转动速度；且所述微型步进电机的转动速度与所述频率成正比；

步骤2.2、根据所述控制输入信号的占空比得到所述目标位置；且所述目标位置与所述占空比成正比。

5.根据权利要求3所述集成式比例型滑阀的控制方法，其特征是所述步骤4是按如下过程进行：

步骤4.1、判断所述实际位置数字信号的大小是否大于最大位置信号数值，若大于，则退出逻辑判断；否则，执行步骤4.2；

步骤4.2、判断所述实际位置数字信号的大小是否小于最小位置信号数值，若小于，则退出逻辑判断；否则，执行步骤4.3；

步骤4.3、判断所述集成式比例型滑阀是否为常开阀，若为常开阀，则执行步骤4.5；否则，执行步骤4.4；

步骤4.4、设定实际位置为：(滑阀最大开度/(最大位置信号数值-最小位置信号数值))×(实际位置数字信号-最小位置信号数值)；

步骤4.5、设定实际位置为：滑阀最大开度-(滑阀最大开度/(最大位置信号数值-最小位置信号数值))×(实际位置数字信号-最小位置信号数值)。

6.根据权利要求3所述的集成式比例型滑阀的控制方法，其特征是所述步骤5的微型步进电机的控制输出指令是按如下步骤获得：

步骤5.1、判断所述实际位置是否大于目标位置，若是，则执行步骤5.2；否则执行步骤5.5；

步骤5.2、设置所述控制输出指令为启动指令和反转指令，并执行步骤5.3；

步骤5.3、设置所述控制输出指令的转动步数指令与所述实际位置和目标位置之差成正比，并执行步骤5.4；

步骤5.4、设置所述控制输出指令的工作速度指令与所述转动速度成正比，并保存；

步骤5.5、判断所述实际位置是否小于目标位置，若是，则执行步骤5.6；否则执行步骤5.9；

步骤5.6、设置所述控制输出指令为启动指令和正转指令，并执行步骤5.7；

步骤5.7、设置所述控制输出指令的转动步数指令与所述目标位置和实际位置之差成正比，并执行步骤5.8；

步骤5.8、设置所述控制输出指令的工作速度指令与所述转动速度成正比，并保存；

步骤5.9、设置所述控制输出指令为停止指令，并保存。