CN110703650B - 一种电磁阀电控手柄线性校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种电磁阀电控手柄线性校正装置及其校正方法,属于电磁阀电控手柄线性校正技术领域;所要解决的技术问题为:提供一种电磁阀电控手柄线性校正装置硬件结构及其校正方法的改进;解决该技术问题采用的技术方案为:包括信号校正模块和信号处理模块;信号校正模块包括霍尔传感器、模数转换控制器、第一控制器、第一通信模块,霍尔传感器安装在电控手柄的移动轴上,霍尔传感器的信号输出端经过模数转换控制器后与第一控制器相连,第一控制器的信号输出端通过导线与第一通信模块相连;信号处理模块包括第二通信模块、第二控制器、信号放大模块、比例电磁阀,第二通信模块通过无线网络与第一通信模块无线连接;本发明应用于电磁阀电控手柄。
Description
技术领域
本发明一种电磁阀电控手柄线性校正方法,属于电磁阀电控手柄线性校正技术领域。
背景技术
传统工程机械使用的电液控制系统是由司机操作电磁阀上的手柄,在工程机械本机上手动控制液压比例阀的开度,驱动执行机构控制设备完成相应动作,同时控制动作完成的快慢,例如控制挖掘机机械臂的装料、卸料、大臂举升、大臂下降等动作。
在工程机械的遥控控制系统中,传统的液压比例阀将更换为比例电磁阀,通过输入的电信号大小控制电磁阀的开度,而电磁阀的输入信号则基于遥控发射单元上的电控手柄来远程控制,从而实现类似传统本机司机手动控制液压比例阀的功能。
目前在工程机械电磁阀的控制系统中,使用遥控发射单元将装置上电控手柄处于不同位置的信号,发送到工程机械本机的车载无线接收单元,车载接收单元上的可编程逻辑控制器PLC或主控制器单元MCU根据接收到的电控手柄位置信号,输出脉宽调制PWM信号,占空比为0%-100%,通过该信号线性控制比例电磁阀的开度;然而由于使用的比例电磁阀是非线性器件,所以控制的液压动作输出存在非线性问题,表现为有的液压动作输出过快,有的液压动作输出过慢,或者在相同的控制动作中,手柄在不同区域的动作输出快慢手感也不同,从而难以精确控制机械设备动作位置,导致反复调整,控制精度差,控制效率低。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的不足,所要解决的技术问题为:提供一种电磁阀电控手柄线性校正方法的改进。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种电磁阀电控手柄线性校正装置,包括信号校正模块和信号处理模块;
所述信号校正模块包括霍尔传感器、模数转换控制器、第一控制器、第一通信模块,所述霍尔传感器安装在电控手柄的移动轴上,所述霍尔传感器的信号输出端经过模数转换控制器后与第一控制器相连,所述第一控制器的信号输出端通过导线与第一通信模块相连;
所述信号处理模块包括第二通信模块、第二控制器、信号放大模块、比例电磁阀,所述第二通信模块通过无线网络与第一通信模块无线连接,所述第二通信模块通过导线与第二控制器相连,所述第二控制器的信号输出端经过信号放大模块后与比例电磁阀相连,所述比例电磁阀的信号输出端控制液压油缸伸缩动作。
所述霍尔传感器内部使用的芯片型号为ACS712;
所述第一控制器和第二控制器内部使用的芯片型号为STC12C5A60S2。
一种电磁阀电控手柄线性校正方法,包括如下步骤:
步骤一:根据电控手柄和电磁阀性能,确定如下已知参数值,包括:
手柄原点偏移数据JoysticOffset,即手柄在归位状态时的原点与理论原点的差值;
电磁阀限幅数据ComatrolLimit,即电磁阀在100%开度时的值;
电磁阀死区数据ComatrolDeadZone,即电磁阀在0%开度时的值;
手柄死区数据JoysticDeadZone,即手柄在小幅度范围内不响应,防止误触发的区域;
缩放系数ZoomCoefficient,即用于补偿电控手柄和电磁阀的死区、限幅值的参数;
步骤二:由霍尔传感器采集电控手柄在X轴或Y轴上移动幅度,霍尔传感器将移动幅度转换为电压值输出至模数转换控制器,再由模数转换控制器将电压值数据转换为数字信号发送至第一控制器,该数据值为电控手柄修正前的数据值;
步骤三:第一控制器将接收到的数字信号作为信号输入值,根据电控手柄校正数据公式以及步骤一确定的参数值进行计算,得出相应的电控手柄信号修正后的数据值;
步骤四:第一控制器将校正后的数据进行打包处理,通过第一通信模块发送至信号处理模块,所述信号处理模块通过第二控制器对接收数据进行分析处理,对手柄数字量值经PWM信号变换发送至信号放大模块,所述信号放大模块对信号进行功率放大后发送至比例电磁阀进行相应功能动作控制,所述比例电磁阀将电控手柄指令转换成液压能量,驱动液压油缸执行相应动作。
所述步骤三中第一控制器计算电控手柄校正后的数据公式为:
上述PWM值为手柄输出校正后的数字量,即经过校正后输出至电磁阀的PWM数据值;
上述ADC输入值为采集手柄X轴或Y轴霍尔传感器的原始电压值;
上述PWMLimit为PWM限幅值,固定为100%;
上述ADCMax为ADC最大值转换值域,如果为12位的AD模块,则为212-1。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为:本发明提供一种电磁阀电控手柄的线性校正方法,通过该方法可以校正电控手柄的输出和液压比例电磁阀的线性关系,从而分别设置电控手柄的每个方向对应控制动作的速度,解决比例电磁阀控制过程中的非线性问题,将非线性问题进行线性校正,修正电控手柄输出的控制信号,避免工程机械液压动作输出过快或过慢,从而实现电控手柄精确控制工程机械的液压比例电磁阀,有效提高机械控制精度,提高工程效率。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明:
图1为本发明的电路结构示意图;
图2为本发明手柄控制校正示意图;
图3为本发明信号校正前后控制信号输入和输出走势图;
图4为本发明线性校正步骤流程图;
图中:1为信号校正模块、2为信号处理模块、3为霍尔传感器、4为模数转换控制器、5为第一控制器、6为第一通信模块、7为第二通信模块、8为第二控制器、9为信号放大模块、10为比例电磁阀、11为液压油缸。
具体实施方式
如图1至图4所示,本发明一种电磁阀电控手柄线性校正装置,包括信号校正模块(1)和信号处理模块(2);
所述信号校正模块(1)包括霍尔传感器(3)、模数转换控制器(4)、第一控制器(5)、第一通信模块(6),所述霍尔传感器(3)安装在电控手柄的移动轴上,所述霍尔传感器(3)的信号输出端经过模数转换控制器(4)后与第一控制器(5)相连,所述第一控制器(5)的信号输出端通过导线与第一通信模块(6)相连;
所述信号处理模块(2)包括第二通信模块(7)、第二控制器(8)、信号放大模块(9)、比例电磁阀(10),所述第二通信模块(7)通过无线网络与第一通信模块(6)无线连接,所述第二通信模块(7)通过导线与第二控制器(8)相连,所述第二控制器(8)的信号输出端经过信号放大模块(9)后与比例电磁阀(10)相连,所述比例电磁阀(10)的信号输出端控制液压油缸(11)伸缩动作。
所述霍尔传感器(3)内部使用的芯片型号为ACS712;
所述第一控制器(5)和第二控制器(8)内部使用的芯片型号为STC12C5A60S2。
一种电磁阀电控手柄线性校正方法,包括如下步骤:
步骤一:根据电控手柄和电磁阀性能,确定如下已知参数值,包括:
手柄原点偏移数据JoysticOffset,即手柄在归位状态时的原点与理论原点的差值;
电磁阀限幅数据ComatrolLimit,即电磁阀在100%开度时的值;
电磁阀死区数据ComatrolDeadZone,即电磁阀在0%开度时的值;
手柄死区数据JoysticDeadZone,即手柄在小幅度范围内不响应,防止误触发的区域;
缩放系数ZoomCoefficient,即用于补偿电控手柄和电磁阀的死区、限幅值的参数;
步骤二:由霍尔传感器(3)采集电控手柄在X轴或Y轴上移动幅度,霍尔传感器(3)将移动幅度转换为电压值输出至模数转换控制器(4),再由模数转换控制器(4)将电压值数据转换为数字信号发送至第一控制器(5),该数据值为电控手柄修正前的数据值;
步骤三:第一控制器(5)将接收到的数字信号作为信号输入值,根据电控手柄校正数据公式以及步骤一确定的参数值进行计算,得出相应的电控手柄信号修正后的数据值;
步骤四:第一控制器(5)将校正后的数据进行打包处理,通过第一通信模块(6)发送至信号处理模块(2),所述信号处理模块(2)通过第二控制器(8)对接收数据进行分析处理,对手柄数字量值经PWM信号变换发送至信号放大模块(9),所述信号放大模块(9)对信号进行功率放大后发送至比例电磁阀(10)进行相应功能动作控制,所述比例电磁阀(10)将电控手柄指令转换成液压能量,驱动液压油缸(11)执行相应动作。
本发明涉及电控手柄数据解算、电磁阀线性校正,属于自动化技术领域,适用于工程机械中液压电磁阀的控制。
在使用时,单片机内部的模数转换控制器(ADC)采集电控手柄X轴或Y轴的霍尔元件输出电压,根据提前设置好的手柄及比例电磁阀参数,包括:手柄死区、电磁阀死区、缩放系数,经过正负半轴分离、归一化、死区偏移、限幅、校正运算后得到相应手柄在X轴或Y轴的数字量值。
其中手柄原点偏移JoysticOffset为手柄在归位状态时的原点与理论原点的差值,手柄死区JoysticDeadZone为手柄在小幅度范围内不响应,防止误触发的区域;电磁阀的性能参数包括:电磁阀限幅ComatrolLimit为电磁阀在100%开度时的值,电磁阀死区ComatrolDeadZone为电磁阀在0%开度时的值,缩放系数ZoomCoefficient为用于补偿电控手柄和电磁阀的死区、限幅值的参数,最终实现对电控手柄的输出数据进行校正计算,输出校正后的数据。
信号校正模块将输出的校正值发送到遥控车载接收器进行信号处理,遥控车载接收器上的PLC或MCU即第二控制器根据接收到的手柄数字量值,再经过PWM变换、功率放大器件放大,送至比例电磁阀进行相应功能动作控制,即将电控手柄指令转换成液压能量,驱动执行机构实现设备动作功能。
第一控制器在处理电控手柄校正数据过程中,采用如下输出值计算公式:
其中:PWM为手柄输出数字量,即输出至电磁阀的模拟量(单位:占空比,值域:0-100);
ADC输入值:采集手柄X轴或Y轴霍尔元件的原始值(单位:无,值域:0-ADCMax);
PWMLimit为PWM限幅:固定为100%(单位:百分比,值域:100);
ADCMax为ADC最大值转换值域:如12bit ADC最大值=2的12次方=4096(单位:无,值域:ADCMax);
JoysticOffset为手柄原点偏移:手柄在归位状态时的原点与理论原点的差值(单位:百分比,值域:0-100);
JoysticDeadZone为手柄死区:设置手柄在小幅度范围内微动不做出响应,防止误触发(单位:百分比,值域:0-100);
ComatrolLimit为电磁阀限幅:电磁阀接近100%开度时的值(单位:百分比,值域:0-100);
ComatrolDeadZone为电磁阀死区:电磁阀接近0%开度时的值(单位:百分比,值域:0-100);
ZoomCoefficient为缩放系数:用于补偿手柄及电磁阀的死区、限幅值(单位:百分比,值域:0-100);
为验证上述校正方法,本发明随机对电控手柄的霍尔元件输出电压进行采集,并输入如下参数:
JoysticOffset=0,JoysticDeadZone=18%,ComatrolLimit=80%,ComatrolDeadZone=20%,ZoomCoefficient=1;
由图3信号校正前控制信号输入和输出走势图可知,在输入信号值分别为:0 5 1015 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100时,未校正时的输出值为:05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100;
根据上述校正数据计算方法,将上述参数代入公式进行计算,获得校正后的输出值:20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 80 80 80 80 80 80 80 80;
将上述校正后数据输入遥控车载接收器,控制比例电磁阀,经过实际操作及测试应用,可以有效提高对液压油缸的控制精度,多数情况电控手柄可以控制油缸动作一次就位,有效提高了控制效率。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (1)
1.一种电磁阀电控手柄线性校正方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一:根据电控手柄和电磁阀性能,确定如下已知参数值,包括:
手柄原点偏移数据JoysticOffset,即手柄在归位状态时的原点与理论原点的差值;
电磁阀限幅数据ComatrolLimit,即电磁阀在100%开度时的值;
电磁阀死区数据ComatrolDeadZone,即电磁阀在0%开度时的值;
手柄死区数据JoysticDeadZone,即手柄在小幅度范围内不响应,防止误触发的区域;
缩放系数ZoomCoefficient,即用于补偿电控手柄和电磁阀的死区、限幅值的参数;
步骤二:由霍尔传感器(3)采集电控手柄在X轴或Y轴上移动幅度,霍尔传感器(3)将移动幅度转换为电压值输出至模数转换控制器(4),再由模数转换控制器(4)将电压值数据转换为数字信号发送至第一控制器(5),该数据值为电控手柄修正前的数据值;
步骤三:第一控制器(5)将接收到的数字信号作为信号输入值,根据电控手柄校正数据公式以及步骤一确定的参数值进行计算,得出相应的电控手柄信号修正后的数据值;
所述第一控制器(5)计算电控手柄校正后的数据公式为:
上述PWM值为手柄输出校正后的数字量,即经过校正后输出至电磁阀的PWM数据值;
上述ADC输入值为采集手柄X轴或Y轴霍尔传感器的原始电压值;
上述PWMLimit为PWM限幅值,固定为100%;
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