CN109656152B - 一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统及方法，能够克服现有发动机进/排气门作动器仿真组件系统只能单一模拟RVDT信号的不足。该仿真组件系统中，PWM驱动控制信号作为控制输入，接入电机模拟负载电路；信号检测与调理电路主要用于检测所述PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比；控制器根据PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比，计算得出进/排气门电机执行电压值，判断得到电机转动方向和转动速度；再结合电机运行参数计算RVDT信号目标角度值并经D/A转换输出至RVDT传感器硬件仿真模块；根据RVDT信号目标角度值和输入的RVDT激励信号模拟RVDT传感器工作动态特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机进/排气门作动器仿真组件系统及方法。
背景技术
发动机进/排气门RVDT传感器是发动机辅助动力装置组成的一部分，用来检测发动机进/排气门电机位置来判断进排气量的大小。发动机进/排气门作动器仿真组件可用于替换真实发动机进/排气门电机和RVDT位置传感器(角位移传感器)来进行发动机辅助动力测试，仿真组件功能包括：模拟电机负载和RVDT位置传感器电路仿真两部分。
现有电路仿真技术主要是采用RVDT仿真卡通过上位机软件设定来改变角度值来模拟位置信号，只能单一模拟RVDT静态信号，也不能模拟各种使用过程当中的故障功能。
发明内容
为了克服现有发动机进/排气门作动器仿真组件系统只能单一模拟RVDT信号的不足，本发明提出一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统及方法。
本发明的技术方案如下：
该基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统，包括电机模拟负载电路、信号检测与调理电路、控制器和RVDT传感器硬件仿真模块；
用于驱动进/排气门电机的PWM驱动控制信号作为控制输入，接入电机模拟负载电路；
所述电机模拟负载电路用于模拟电机电气参数；
所述信号检测与调理电路主要用于检测所述PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比；
所述控制器根据PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比，计算得出进/排气门电机执行电压值，判断得到电机转动方向和转动速度；再结合电机运行参数计算得出RVDT信号目标角度值，将RVDT信号目标角度值经D/A转换输出至RVDT传感器硬件仿真模块；
所述RVDT传感器硬件仿真模块根据RVDT信号目标角度值和输入的RVDT激励信号模拟RVDT传感器工作动态特性。
基于上述方案，本发明还进一步作了如下优化：
该仿真组件系统还包括通信接口单元，接入控制器，用于对电机运行参数(主要指进/排气门电机开关门速度参数)和RVDT传感器硬件仿真模块中的RVDT信号位置参数(pos)及输出信号幅值参数(传输比T)进行配置。
所述PWM驱动控制信号是通过第一继电器接入电机模拟负载电路，控制器通过控制该第一继电器来模拟电机负载断开的故障情况。
所述RVDT激励信号是通过第二继电器接入RVDT传感器硬件仿真模块，通过控制该第二继电器来模拟RVDT传感器激励信号断开的故障情况。
相应的，本发明还提出一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真方法，包括以下步骤：
1)输入用于驱动进/排气门电机的PWM驱动控制信号；
2)对PWM驱动控制信号的频率、幅值以及占空比进行采样计算出进/排气门执行电压值U；正转为：U＝(2D-1)*E；反转为U＝(1-2D)*E，其中D为占空比，E为PWM高电平幅值；
3)根据执行电压值和进/排气门电机开关门速度参数，计算RVDT信号目标角度值Pos＝θ±U/V，θ为当前角度值，V为设定的开关门速度参数值；
4)将RVDT信号目标角度值Pos经过D/A变换后，提供给RVDT传感器硬件仿真模块进行控制来模拟真实传感器的工作特性。
进一步的，步骤4)中，RVDT信号目标角度值Pos经过D/A变换，分为对RVDT传感器硬件仿真模块的两路控制输入：DA1和DA2；其中，DA1用于控制传输比，即输出的和值电压与激磁的比值，DA2用于控制RVDT传感器硬件仿真模块的高端输出VA与低端输出VB的差值；
DA1＝5×T/G；T为输出信号幅值参数(传输比)，用于改变激励信号的输入幅值，G为增益，用于控制T的范围；
DA2＝10×Pos；
最终仿真输出RVDT信号位置角度值Pos＝(VA-VB)/(VA+VB)。
本发明具有以下优点：
1.将电机PWM驱动控制信号与RVDT传感器信号进行了整合，将二者的联动关系进行了模型处理得出二者之间的数学关系，通过控制器控制RVDT模拟电路实现了两者的关联工作功能；利用控制器通过D/A芯片对RVDT电路进行控制，模拟真实发动机进/排气门电机转动运行过程中RVDT位置传感器随电机位置输出相应位置信号功能。
2.控制器可通过控制继电器来模拟电机负载断开和RVDT传感器激励信号断开故障；通过控制器参数配置可模拟开门和关门角度不到位故障。
3.可通过串口通信，对发动机进/排气门电机开关门速度参数及RVDT信号位置参数及输出信号幅值参数进行配置，来模拟发动机进/排气门电机和RVDT传感器信号多种故障情况。
附图说明
图1为本发明的系统功能框图。
图2为本发明的工作流程框图。
图3为本发明中的RVDT传感器硬件仿真模块功能框图。
图4为电机模拟负载电路的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
本发明发动机进/排气门作动器仿真组件系统主要由控制模块、电源管理模块、电机模拟负载电路、RVDT传感器硬件仿真模块、信号检测与调理电路及通讯接口等组成，RVDT传感器信号与电机控制器输出的PWM控制信号进行联动模拟真实电机和传感器工作动态特性，系统组成如图1所示。
工作原理：系统利用驱动发动机进/排气门电机的PWM驱动控制信号作为控制输入，电机模拟负载电路模拟电机电气参数(根据要仿真的电机配置相匹配的电阻和电感元件，如图4)；系统通过检测PWM驱动控制信号频率、幅值和占空比来判断电机转动方向和转动速度，控制器运算得出对应位置关系的DA值(数模转换芯片控制值)来控制RVDT信号硬件仿真电路，输出对应的RVDT信号值(控制RVDT传感器信号输出与电机驱动PWM驱动控制信号的相关性，即：当PWM激励驱动信号占空比大于50％时，电机正转，进/排气门打开，反之关闭，同时需输出与控制电压相对应的RVDT角度信号值)。
主要通过以下3步来实现本方案：
1.控制器对电机PWM驱动信号的频率、幅值、占空比进行采样计算出进/排气门电机执行电压值(正转为：U＝(2D-1)*E；反转为U＝(1-2D)*E，U为进/排气门电机执行电压值，D为占空比，E为PWM高电平幅值)；
2.执行电压与进/排气门电机开关门速度参数(即电机运行参数)进行算法处理得到RVDT信号目标角度值Pos(Pos＝θ±U/V，θ为当前角度值，V为开关门速度，为控制器设定参数值)；
3.控制器通过换算得出Pos与D/A数字量关系，控制器输出16位数字量来控制D/A芯片来对RVDT模拟电路进行控制来达到模拟真实传感器的工作特性。
系统工作流程如图2所示，系统主程序完成供电检测及参数保护和串口指令接收及执行工作，定时器中断程序定时对开/关门角度值进行更新，输出动态角位移传感器位置信号。
RVDT传感器硬件仿真模块根据输入的DA信号进行调节，可将输入的RVDT激励信号转化成RVDT高端(VA)和低端(VB)两路信号，其功能如图3所示。
RVDT激励信号首先通过仪表运放单元与前级激励信号输出进行阻抗变换，然后与DA1进行乘法运算得到调节后的激励信号V1，V1输出一路与DA2进行乘法运算得到控制位置信号V2，V2信号分别通过跟随和反相电路产生V2和-V2信号，然后与另一路V1信号进行作差运算输出RVDT高低端信号，通过0R电阻可配置输出为三线制(焊接)或者四线制(不焊接)RVDT信号。
由控制器计算得出与电机运行状态相对应的Pos控制值，再通过公式DA1＝5×T/G和DA2＝10*Pos计算得出DA1和DA2值，将其输出。其中，T为传输比，用于改变激励信号的输入幅值，G为增益，用于控制T的范围，默认值为1。
由DA1＝5×T/G和DA2＝10*Pos反推得出DA1和DA2控制值。DA1控制传输比，即输出的和值电压与激磁的比值，DA2控制高端输出VA与低端输出VB的差值。
输出RVDT信号位置计算公式为：Pos＝(VA-VB)/(VA+VB)。
另外，可采用与实物相似的外形结构设计，根据测试需要可在现场替换真实传感器。
Claims (6)
1.一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统，其特征在于：包括电机模拟负载电路、信号检测与调理电路、控制器和RVDT传感器硬件仿真模块；
用于驱动进/排气门电机的PWM驱动控制信号作为控制输入，接入电机模拟负载电路；
所述电机模拟负载电路用于模拟电机电气参数；
所述信号检测与调理电路主要用于检测所述PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比；
所述控制器根据PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比，计算得出进/排气门电机执行电压值，判断得到电机转动方向和转动速度；再结合电机运行参数计算得出RVDT信号目标角度值，将RVDT信号目标角度值经D/A转换输出至RVDT传感器硬件仿真模块；
所述RVDT传感器硬件仿真模块根据RVDT信号目标角度值和输入的RVDT激励信号模拟RVDT传感器工作动态特性。
2.根据权利要求1所述的基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统，其特征在于：还包括通信接口单元，接入控制器，用于对电机运行参数和RVDT传感器硬件仿真模块中的RVDT信号位置参数及输出信号幅值参数进行配置。
3.根据权利要求1所述的基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统，其特征在于：所述PWM驱动控制信号是通过第一继电器接入电机模拟负载电路，控制器通过控制该第一继电器来模拟电机负载断开的故障情况。
4.根据权利要求1所述的基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统，其特征在于：所述RVDT激励信号是通过第二继电器接入RVDT传感器硬件仿真模块，通过控制该第二继电器来模拟RVDT传感器激励信号断开的故障情况。
5.一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真方法，包括以下步骤：
1)输入用于驱动进/排气门电机的PWM驱动控制信号；
2)对PWM驱动控制信号的频率、幅值以及占空比进行采样计算出进/排气门执行电压值U；正转为：U＝(2D-1)*E；反转为U＝(1-2D)*E，其中D为占空比，E为PWM高电平幅值；
3)根据执行电压值和进/排气门电机开关门速度参数，计算RVDT信号目标角度值Pos＝θ±U/V，θ为当前角度值，V为设定的开关门速度参数值；
4)将RVDT信号目标角度值Pos经过D/A变换后，提供给RVDT传感器硬件仿真模块进行控制来模拟真实传感器的工作特性。
6.根据权利要求5所述的基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真方法，其特征在于：步骤4)中，RVDT信号目标角度值Pos经过D/A变换，分为对RVDT传感器硬件仿真模块的两路控制输入：DA1和DA2；其中，DA1用于控制传输比，即输出的和值电压与激磁的比值，DA2用于控制RVDT传感器硬件仿真模块的高端输出VA与低端输出VB的差值；
DA1＝5×T/G；T为输出信号幅值参数，用于改变激励信号的输入幅值，G为增益，用于控制T的范围；
DA2＝10×Pos；
最终仿真输出RVDT信号位置角度值Pos＝(VA-VB)/(VA+VB)。
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