CN110716503B - 一种高精度推力伺服控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度推力伺服控制器，其解决了现场推力校准系统高精度伺服控制器存在的成本高，结构复杂且激励电源和伺服控制电流稳定性较差，无法满足高准确度推力校准使用要求的问题。该控制器包括精密直流电源模块、标准力信号放大模块、伺服阀控制模块及数显表；精密直流电源模块分别与标准力传感器、标准力信号放大模块、伺服阀控制模块与数显表连接，用于向标准力传感器、标准力信号放大模块、伺服阀控制模块与数显表提供稳定电源；标准力信号放大模块的输入端接标准力传感器的输出信号，输出端与伺服阀控制模块输入端连接，伺服阀控制模块输出端与外部推力加载伺服阀连接。数显表用于电路参数可视，方便校准过程操作与控制。

Description

一种高精度推力伺服控制器

技术领域

本发明涉及一种控制器，特别涉及一种高精度推力伺服控制器。

背景技术

目前，在大量程推力自动校准系统中，一般采用伺服阀控制液压系统对标准力与测量力传感器施加力，根据标准力传感器在国家力源实验室检定数据完成预定档位加载，使用标准力传感器输出数据作为标准，结合测量力传感器输出数据，完成推力测量测量系统校准，该工作方式简单可靠，且准确度高，在工程现场应用广泛。

在推力现场原位自动校准系统中，伺服控制器完成标准力传感器的激励提供，伺服液压系统接收伺服控制器控制完成推力加载与状态变换，伺服控制器的性能直接关系到推力校准的准确度、可操作性及可靠性。

目前国内外伺服控制器产品中，当使用多路传感器时，每一路均需要一单独的激励电源，较多激励源不仅成本较高，且导致系统复杂，降低系统可靠性。并且现有传感器激励电源稳定性一般为0.05％，无法满足高精度推力校准使用要求。

发明内容

为解决现场推力校准系统高精度伺服控制器存在的成本高，结构复杂且激励电源和伺服控制电流稳定性较差，无法满足高准确度推力校准使用要求的问题，本发明设计了一种高精度推力伺服控制器。

本发明的具体技术解决方案如下：

本发明提供了一种高精度推力伺服控制器，包括精密直流电源模块、标准力信号放大模块、伺服阀控制模块及数显表；

精密直流电源模块包括直流电源、N+1个正电压精密直流电源和1个负电压精密直流电源；直流电源通过N个正电压精密直流电源与N个标准力传感器连接，用于向标准力传感器提供激励电源；直流电源通过1个正电压精密直流电源和1个负电压精密直流电源分别与标准力信号放大模块、伺服阀控制模块与数显表连接，用于向标准力信号放大模块、伺服阀控制模块与数显表提供稳定正负精密直流电压源；其中N≥1；

标准力信号放大模块的输入端接标准力传感器的输出信号，标准力信号放大模块的输出端与伺服阀控制模块输入端连接，伺服阀控制模块输出端与外部推力加载伺服阀连接；

所述数显表包括桥压表、毫伏表与毫安表；毫伏表与N个标准力传感器输出信号并联连接；桥压表通过转换开关与N个标准力传感器输出激励及回测激励连接；毫安表串联到V/I转换电路输出并与外部推力加载伺服阀连接。

进一步地，上述正电压精密直流电源包括负电压可调集成稳压芯片LM217、电解电容C1_X、电解电容C2_X、精密电阻R1_X、精密电阻R2_X以及可调电位器W_nV；

电解电容C1_X正端与所述正电压可调集成稳压芯片LM217的Vin端连接，另一端接地；电解电容C2_X正端与所述正电压可调集成稳压芯片LM217的Vout端连接，另一端接地；精密电阻R1_X一端接正电压可调集成稳压芯片LM217的Adj端连接,另一端与正电压可调集成稳压芯片LM217的Vout端连接；可调电位器W_XV一端接地，中心轴头串接精密电阻R2_X一端；精密电阻R2_X的另一端连接正电压可调集成稳压芯片LM217的Adj端；

所述负电压精密直流电源包括负电压可调集成稳压芯片LM237、电解电容C1G、电解电容C2G、精密电阻R1G、精密电阻R2G以及可调电位器WvG；

电解电容C1G负端与所述负电压可调集成稳压芯片LM237的Vin端连接，另一端接地；电解电容C2G负端与所述负电压可调集成稳压芯片LM237的Vout端连接，另一端接地；精密电阻R1G一端接负电压可调集成稳压芯片LM237的Adj端连接,另一端与负电压可调集成稳压芯片LM237的Vout端连接；可调电位器WvG一端接地，中心轴头端串接精密电阻R2G一端；精密电阻R2G另一端连接负电压可调集成稳压芯片LM237的Adj端。

进一步地，上述伺服阀控制模块包括可调基准源电路、切换电路、第一缓冲电路、减法电路与V/I转换电路；

可调基准源电路输入为正负精密直流电源，输出连接到切换电路；

切换电路为两路输入，一路来自可调基准源电路，另一路来自外部标准电源，输出连接到第一缓冲电路的输入端，第一缓冲电路输出端连接减法电路输入正端，减法电路输入负端连接标准力信号放大模块的输出，减法电路输出端与V/I转换电路的信号输入端连接；V/I转换电路输出端通过毫安表与外部推力加载伺服阀连接。

进一步地，上述可调基准源电路包括电位器Wct、电位器Wxt、精密电阻R6以及精密电阻R7；精密电阻R7一端连接精密直流负电源，另一端连接电位器Wct一端，电位器Wct中心轴头连接切换电路，电位器Wct另一端连接电位器Wxt中心轴头；电位器Wxt一端连接精密电阻R6一端，精密电阻R6另一端连接精密直流正电源。

进一步地，上述切换电路包括双刀六段波段开关Sd1、涤纶电容C18以及涤纶电容C19；

双刀六段波段开关Sd1第1联的第一触点接外部标准电源正端，双刀六段波段开关Sd1第1联的第二触点接电位器Wct中心轴头，双刀六段波段开关Sd1第1联中心轴头接第一缓冲电路输入正；双刀六段波段开关Sd1第2联第一触点接外部标准电源负，双刀六段波段开关Sd1第2联第二触点接基准电源地，双刀六段波段开关Sd1第2联中心轴头接第一缓冲电路输入负；涤纶电容C18一端连接第一缓冲电路输入正，另一端接地；涤纶电容C19一端连接第一缓冲电路输入负，另一端接地。

进一步地，上述第一缓冲电路包括精密仪表放大器U5、涤纶电容C5、涤纶电容C6、精密电阻R8、精密电阻R9、精密电阻R10及精密电阻R11；

精密电阻R8一端与切换电路输出信号正短接，另一端与精密仪表放大器U5的正向输入端连接；精密电阻R9一端与切换电路输出信号负连接，另一端与精密仪表放大器U5的反向输入端连接；精密电阻R10一端与精密仪表放大器U5的反向输入端连接，另一端接地；精密电阻R11一端与精密仪表放大器U5的反向输入端连接，另一端与精密仪表放大器U5的输出端连接；涤纶电容C5一端与精密仪表放大器U5的正电源端连接，另一端接地；涤纶电容C6一端与精密仪表放大器U5的负电源端连接，另一端接地；精密仪表放大器U5的输出端与减法电路连接。

进一步地，上述减法电路包括精密仪表放大器U6、精密电阻R12、精密电阻R13、精密电阻R14、精密电阻R15、精密电阻R16、精密电阻R17以及可调电位器Wvo；

精密电阻R13一端与第一缓冲电路输出连接，另一端与精密仪表放大器U6的正向输入端连接；精密电阻R12一端与精密仪表放大器U6的正向输入端连接，另一端接地；精密电阻R14一端与精密仪表放大器U6的反向输入端连接，另一端接第一缓冲电路输出；精密电阻R15一端与精密仪表放大器U6的反向输入端连接，另一端与精密仪表放大器U6的输出端连接；精密电阻R16一端与电位器Wvo一端连接，另一端与精密仪表放大器U6的调零端连接；精密电阻R17一端与电位器Wvo另一端连接，精密电阻R17另一端与精密仪表放大器U6的另一个调零端连接；电位器Wvo中心轴头与精密仪表放大器U6的正电源端连接；精密仪表放大器U6的负电源端与精密直流负电源连接，精密仪表放大器U6的正电源端与精密直流正电源连接。

进一步地，上述V/I转换电路包括精密仪表放大器U7、涤纶电容C15、涤纶电容C16、精密电阻R25、精密电阻R26、精密电阻R27、精密电阻R28以及可调电位器WI；

精密电阻R26一端与减法电路输出连接，另一端与精密仪表放大器U7的正向输入端连接；精密电阻R25一端与精密仪表放大器U7的反向输入端连接，另一端接地；精密电阻R27一端与电位器WI中心轴头连接，另一端接精密电阻R28一端；精密电阻R28一端与毫安表输入正连接，另一端接地；电位器WI一端与精密仪表放大器U7的反向输入端连接；精密仪表放大器U7的输出端通过毫安表与外部推力加载伺服阀连接；涤纶电容C15一端与精密仪表放大器U7的正电源端连接，另一端接地；涤纶电容C16一端与精密仪表放大器U7的负电源端连接，另一端接地；精密仪表放大器U7的4脚与精密直流电源负连接。

进一步地，上述标准力信号放大模块包括第二缓冲电路和信号放大电路，第二缓冲电路输入端与所述标准力传感器连接，第一缓冲电路输出端与信号放大电路输入端相连，信号放大电路输出端与减法电路负端连接。

进一步地，上述第二缓冲电路包括精密仪表放大器U3、涤纶电容C9、涤纶电容C10、涤纶电容C11、涤纶电容C12、精密电阻R18、精密电阻R19、精密电阻R20及精密电阻R21；

精密电阻R18一端与涤纶电容C11连接，并与标准力传感器输出信号正短接，另一端与精密仪表放大器U3的正向输入端连接；精密电阻R19一端与涤纶电容C12连接，并与标准力传感器输出信号负短接，另一端与精密仪表放大器U3的反向输入端连接；精密电阻R20一端与精密仪表放大器U3的正向输入端连接，另一端接地；精密电阻R21一端与精密仪表放大器U3的反向输入端连接，另一端与精密仪表放大器U3的输出端连接；涤纶电容C11另一端接地；涤纶电容C12另一端接地；涤纶电容C9一端与精密仪表放大器U3的正电源端连接，另一端接地；涤纶电容C10一端与精密仪表放大器U3的负电源端连接，另一端接地；精密仪表放大器U的负电源端与精密直流电源负连接；

所述信号放大电路包括精密仪表放大器U4、涤纶电容C13、涤纶电容C14、精密电阻R22、精密电阻R23、精密电阻R24以及可调电位器Wf。

精密电阻R22一端与第二缓冲电路输出连接，另一端与精密仪表放大器U4的正向输入端连接；精密电阻R23一端与精密仪表放大器U4的反向输入端连接，另一端接地；精密电阻R20一端与精密仪表放大器U4的正向输入端连接，另一端接地；电位器Wf一端与精密仪表放大器U4的反向输入端连接，中心轴头端与精密电阻R24连接；精密电阻R24另一端与精密仪表放大器U4的输出端连接；涤纶电容C13一端与精密仪表放大器U4的正电源端连接，另一端接地；涤纶电容C14一端与精密仪表放大器U4的负电源端连接，另一端接地；精密仪表放大器U4的7脚与精密直流电源正连接，精密仪表放大器U4的4脚与精密直流电源负连接。

本发明的优点如下：

1、本发明采用模块化设计方法，分模块相对独立，模块之间物理隔离，信号连接简单，避免了相互干扰，传感器激励电源稳定度均优于0.003％，控制电流输出稳定性优于0.01％。

2、本发明采用直流电源、N+1个正电压精密直流电源、1个负电压精密直流电源组成的激励电源，其电压调整率与电流调整率都优于常见的固定稳压器，使得激励电源更加稳定，并且该激励电源构成形式成本较低。

3、本发明标准力信号放大模块中第一级为第二缓冲电路，输入阻抗高，对标准力传感器输出信号无影响；信号放大倍数可调，可防止推力加载过程中超调或欠调，从技术上保证推力校准稳定性。

4、本发明在伺服阀控制模块中使用减法电路，被减数为控制电压通过第一缓冲电路输出，并加入电容，有力消除电磁干扰，减数为传感器放大信号，引入传感器信号作为负反馈，缩短推力校准稳定时间，并提高稳定度。

5、本发明控制器对伺服阀控制系统关键参数利用数显表进行直观显示，准确掌握推力校准过程状态，方便校准操作。

附图说明

图1为本发明提供的伺服控制器的系统原理框图；

图2为正电压可调集成稳压器的原理图；

图3为负电压可调集成稳压器的原理图；

图4为精密直流电源模块的实际电路图；

图5为第二缓冲电路的电路结构图；

图6为信号放大电路的电路图；

图7为可调基准源电路的电路图；

图8为切换电路的电路图；

图9为第一缓冲电路的电路图；

图10为减法电路的电路图；

图11为V-I转换电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种高精度推力伺服控制器作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分；再次，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

伺服控制器总体架构

本发明提供的高精度推力伺服控制器总体架构如图1所示，包括精密直流电源模块、标准力信号放大模块、伺服阀控制模块及数显表；

精密直流电源模块包括直流电源、N+1个正电压精密直流电源和1个负电压精密直流电源；直流电源通过N个正电压精密直流电源与N个标准力传感器连接，用于向标准力传感器提供激励电源；直流电源通过1个正电压精密直流电源和1个负电压精密直流电源分别与标准力信号放大模块、伺服阀控制模块与数显表连接，用于向标准力信号放大模块、伺服阀控制模块与数显表提供稳定正负精密直流电压源；其中N≥1；

标准力信号放大模块的输入端接标准力传感器的输出信号，标准力信号放大模块的输出端与伺服阀控制模块输入端连接，伺服阀控制模块输出端与外部推力加载伺服阀连接；

数显表包括桥压表、毫伏表与毫安表；毫伏表与N个标准力传感器输出信号并联连接；桥压表通过转换开关与N个标准力传感器输出激励及回测激励连接；毫安表串联到V/I转换电路输出并与外部推力加载伺服阀连接。

直流电源完成控制器基本电源提供；

N+1个正电压精密直流电源和1个负电压精密直流电源完成标准力传感器激励电源提供，以及向标准力信号放大模块、伺服阀控制模块及数显表提供稳定的正负精密直流电压源。

标准力信号放大模块完成外接标准力传感器与本控制器阻抗匹配，以及标准力传感器微小信号的放大。

数显表实现关键电路参数可视，方便校准过程操作与控制。

精密直流电源模块的设计

在精密直流电源模块设计中，以正电压可调集成稳压芯片LM217、负电压可调集成稳压芯片LM237为基准，外电路仅用两只精密电阻便可调整输出电压，其电压调整率与电流调整率都优于常见的固定稳压器。正电压可调集成稳压器和负电压可调集成稳压器原理如图2和图3所示，输出电压V_O按下面公式(1)计算：

其中U_REF为参考电压1.25V，I_AD为微调电流，其值为(50～100)微安，由公式(1)可知，当R1固定(通常取240欧姆)，输出电压V_O随R2值变化。为得到稳定且可变的输出电压，将R2拆分成可调电位器W_V与固定精密电阻R_2A，当分别取200、2000欧姆时，输出电压为(11.6～12.7)V。根据仿真数据及经验，Ci取0.33uF/50V，Co取1uF/50V。

具体电路连接关系如图3所示，

正电压精密直流电源包括正电压可调集成稳压芯片LM217、电解电容C1_X(0.33u/50V)、电解电容C2_X(1u/50V)、精密电阻R1_X(240Ω)、精密电阻R2_X(2kΩ)以及可调电位器W_nV(200Ω)；本实施例中，标准力传感器为4个，因此，正电压精密直流电源为5个，X指代图中A、B、C、D、E，n指代图中1、2、3、4、5；

电解电容C1_X正端与所述正电压可调集成稳压芯片LM217的Vin端连接，另一端接地；电解电容C2_X正端与所述正电压可调集成稳压芯片LM217的Vout端连接，另一端接地；精密电阻R1_X一端接正电压可调集成稳压芯片LM217的Adj端连接,另一端与正电压可调集成稳压芯片LM217的Vout端连接；可调电位器W_XV一端接地，中心轴头串接精密电阻R2_X一端；精密电阻R2_X的另一端连接正电压可调集成稳压芯片LM217的Adj端；

负电压精密直流电源包括负电压可调集成稳压芯片LM237、电解电容C1G(0.33u/50V)、电解电容C2G(1u/50V)、精密电阻R1G(240Ω)、精密电阻R2G(2kΩ)以及可调电位器Wv2(200Ω)；

电解电容C1 G负端与所述负电压可调集成稳压芯片LM237的Vin端连接，另一端接地；电解电容C2G负端与所述负电压可调集成稳压芯片LM237的Vout端连接，另一端接地；精密电阻R1G一端接负电压可调集成稳压芯片LM237的Adj端连接,另一端与负电压可调集成稳压芯片LM237的Vout端连接；可调电位器Wv G一端接地，中心轴头端串接精密电阻R2 G一端；精密电阻R2 G另一端连接负电压可调集成稳压芯片LM237的Adj端。

标准力信号放大模块设计

标准力信号放大模块由两部分组成，第一部分为第二缓冲电路，第二部分为信号放大电路，标准力传感器输出的信号一方面送毫伏表显示，另一方面送至第一缓冲电路；

如图4所示，第一缓冲电路包括精密仪表放大器U3(OPA277)、涤纶电容C9(0.1u)、C10(0.1u)、C11(0.1u)、C12(0.1u)、精密电阻R18(10k)、R19(10k)、R20(10k)及R21(10k)；

精密电阻R18一端与电容C11连接，并与标准力传感器输出信号正短接，另一端与放大器U3的3脚连接；精密电阻R19(10k)一端与电容C12连接，并与标准力传感器输出信号负短接，另一端与放大器U3的2脚连接；精密电阻R20一端与放大器U3的3脚连接，另一端接地；精密电阻R21一端与放大器U3的2脚连接，另一端与放大器U3的6脚连接；涤纶电容C11一端与精密电阻R18连接，另一端接地；涤纶电容C12一端与精密电阻R19连接，另一端接地；涤纶电容C9一端与放大器U3的7脚连接，另一端接地；涤纶电容C10一端与放大器U3的4脚连接，另一端接地；放大器U3的3脚与精密电阻R18一端连接，放大器U3的2脚与精密电阻R19一端连接，放大器U3的7脚与精密直流电源正连接，放大器U3的4脚与精密直流电源负连接，放大器U3的6脚输出。

如图5所示，信号放大电路包括精密仪表放大器U4(OPA277)、涤纶电容C13(0.1u)、C14(0.1u)、精密电阻R22(3.9k)、R23(4.7k)、R24(360k)以及可调电位器Wf(100k)；

精密电阻R22一端与第二缓冲电路输出(放大器U3的6脚)连接，另一端与放大器U4的3脚连接；精密电阻R23一端与放大器U4的2脚连接，另一端接地；精密电阻R20一端与放大器U4的3脚连接，另一端接地；电位器Wf一端与放大器U4的2脚连接，中心轴头与精密电阻R24连接；精密电阻R24一端与电位器Wf中心轴头连接，另一端与放大器U4的6脚连接；涤纶电容C13一端与放大器U4的7脚连接，另一端接地；涤纶电容C14一端与放大器U4的4脚连接，另一端接地；放大器U4的3脚与精密电阻R22一端连接，放大器U4的2脚与精密电阻R23一端连接，放大器U4的7脚与精密直流电源正连接，放大器U4的4脚与精密直流电源负连接，放大器U4的6脚连接精密电阻R24一端输出。

该模块放大倍数由可调电位器Wf调整，可根据液压系统力加载速度及工程经验，倍数调整范围设计为77至99倍。

伺服阀控制模块设计

伺服阀控制电路由五部分组成，具体电路为如图5所示。包括可调基准源电路、切换电路、第一缓冲电路、减法电路与V/I转换电路；上述五部分的基本电路连接关系是：

可调基准源电路输入为正负精密直流电源，输出连接到切换电路；

切换电路为两路输入，一路来自可调基准源电路，另一路来自外部标准电源，输出连接到第一缓冲电路的输入端，第一缓冲电路输出端连接减法电路输入正端，减法电路输入负端连接标准力信号放大模块的输出，减法电路输出端与V/I转换电路的信号输入端连接；V/I转换电路输出端通过毫安表与外部推力加载伺服阀连接。

具体的：

第一部分为可调基准源电路，完成连续电压输出，实现手动推力校验。如图6所示，可调基准源电路包括电位器Wct(10k)、电位器Wxt(1k)、精密电阻R6(1k)、精密电阻R7(1k)；

精密电阻R7一端连接精密直流负电源，另一端连接电位器Wct一端，电位器Wct中心轴头连接切换电路，电位器Wct另一端连接电位器Wxt中心轴头；电位器Wxt一端连接精密电阻R6一端，精密电阻R6另一端连接精密直流正电源。

第二部分切换电路，通过双刀六段波段开关Sd1完成本地标准与外加程控标准源的切换。如图7所示，切换电路包括双刀六段波段开关Sd1、涤纶电容C18(0.1u)、涤纶电容C19(0.1u)。双刀六段波段开关Sd1-1(第1联)触点1接外部标准电源正，触点2接电位器Wct中心轴头，双刀六段波段开关Sd1-1中心轴头接缓冲电路输入正；双刀六段波段开关Sd1-2(第2联)触点1接外部标准电源负，触点2接基准电源地，双刀六段波段开关Sd1-2中心轴头接缓冲电路输入负；电容C18一端连接第一缓冲电路输入正，另一端接地；电容C19一端连接缓冲电路输入负，另一端接地。

第三部分为第一缓冲电路，实现阻抗匹配。如图8所示，第一缓冲电路精密仪表放大器U5(OPA277)、涤纶电容C5(0.1u)、C6(0.1u)、精密电阻R8(10k)、R9(10k)、R10(10k)及R11(10k)；

精密电阻R8一端与切换电路输出信号正短接，另一端与精密仪表放大器U5的正向输入端连接；精密电阻R9一端与切换电路输出信号负连接，另一端与精密仪表放大器U5的反向输入端连接；精密电阻R10一端与精密仪表放大器U5的反向输入端连接，另一端接地；精密电阻R11一端与精密仪表放大器U5的反向输入端连接，另一端与精密仪表放大器U5的输出端连接；涤纶电容C5一端与精密仪表放大器U5的7脚连接，另一端接地；涤纶电容C6一端与精密仪表放大器U5的4脚连接，另一端接地；精密仪表放大器U5的输出端与减法电路连接。

第四部分为减法电路，用于推力校准过程中标准推力的负反馈，实现加载推力快速恒定；如图9所示，减法电路包括精密仪表放大器U6(OPA277)、精密电阻R12(10k)、R13(10k)、R14(10k)、R15(10k)、R16(1k)、R17(1k)以及可调电位器Wvo(10k)；

精密电阻R13一端与第一缓冲电路输出连接，另一端与精密仪表放大器U6的正向输入端连接；精密电阻R12一端与精密仪表放大器U6的正向输入端连接，另一端接地；精密电阻R14一端与精密仪表放大器U6的反向输入端连接，另一端接第一缓冲电路输出；精密电阻R15一端与精密仪表放大器U6的反向输入端连接，另一端与精密仪表放大器U6的输出端连接；精密电阻R16一端与电位器Wvo一端连接，另一端与精密仪表放大器U6的1脚连接；精密电阻R17一端与电位器Wvo另一端连接，精密电阻R17另一端与精密仪表放大器U6的8脚连接；电位器Wvo中心轴头与精密仪表放大器U6的7脚连接；精密仪表放大器U6的4脚与精密直流负电源连接，精密仪表放大器U6的7脚与精密直流正电源连接。

第五部分为V/I转换电路，实现电压信号到伺服阀需要的电流信号的转换。如图10所示，V/I转换电路包括精密仪表放大器U7(OPA277)、涤纶电容C15(0.1u)、C16(0.1u)、精密电阻R25(10k)、R26(3.9k)、R27(1.5k)、R28(100)以及可调电位器WI(2k)；

精密电阻R26一端与减法电路输出连接，另一端与精密仪表放大器U7的正向输入端连接；精密电阻R25一端与精密仪表放大器U7的反向输入端连接，另一端接地；精密电阻R27一端与电位器WI中心轴头连接，另一端接精密电阻R28一端；精密电阻R28一端与毫安表输入正连接，另一端接地；电位器WI一端与精密仪表放大器U7的反向输入端连接；精密仪表放大器U7的输出端通过毫安表与外部推力加载伺服阀连接；涤纶电容C15一端与精密仪表放大器U7的7脚连接，另一端接地；涤纶电容C16一端与精密仪表放大器U7的4脚连接，另一端接地；精密仪表放大器U7的4脚与精密直流电源负连接。

注：本实施例中精密仪表放大器U3至U7中，3脚代表正向输入端，2脚代表反向输入端，4脚代表反向电压端，7脚代表正电源端，6脚代表输出端，1脚、8脚均代表调零端。

试验验证

高精度伺服控制器研制完成后，通过计量部门第三方校准，其校准结果如下表所示，数据表明传感器激励电源稳定度均优于0.003％，控制电流输出稳定性优于0.01％。现场工程应用表明：控制器操作简单，工作可靠。

表1稳定性校准结果

最后所应说明的是，上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (3)

1.一种高精度推力伺服控制器，其特征在于：包括精密直流电源模块、标准力信号放大模块、伺服阀控制模块及数显表；

精密直流电源模块包括直流电源、N+1个正电压精密直流电源和1个负电压精密直流电源；直流电源通过N个正电压精密直流电源与N个标准力传感器连接，用于向标准力传感器提供激励电源；直流电源通过1个正电压精密直流电源和1个负电压精密直流电源分别与标准力信号放大模块、伺服阀控制模块与数显表连接，用于向标准力信号放大模块、伺服阀控制模块与数显表提供稳定正负精密直流电压源；其中N≥1；

标准力信号放大模块的输入端接标准力传感器的输出信号，标准力信号放大模块的输出端与伺服阀控制模块输入端连接，伺服阀控制模块输出端与外部推力加载伺服阀连接；

所述数显表包括桥压表、毫伏表与毫安表；毫伏表与N个标准力传感器输出信号并联连接；桥压表通过转换开关与N个标准力传感器输出激励及回测激励连接；毫安表串联到V/I转换电路输出并与外部推力加载伺服阀连接；

所述正电压精密直流电源包括正电压可调集成稳压芯片LM217、电解电容C1_X、电解电容C2_X、精密电阻R1_X、精密电阻R2_X以及可调电位器W_nV；

电解电容C1_X正端与所述正电压可调集成稳压芯片LM217的Vin端连接，另一端接地；电解电容C2_X正端与所述正电压可调集成稳压芯片LM217的Vout端连接，另一端接地；精密电阻R1_X一端接正电压可调集成稳压芯片LM217的Adj端连接,另一端与正电压可调集成稳压芯片LM217的Vout端连接；可调电位器W_XV一端接地，中心轴头串接精密电阻R2_X一端；精密电阻R2_X的另一端连接正电压可调集成稳压芯片LM217的Adj端；

所述负电压精密直流电源包括负电压可调集成稳压芯片LM237、电解电容C1G、电解电容C2G、精密电阻R1G、精密电阻R2G以及可调电位器WvG；

电解电容C1G负端与所述负电压可调集成稳压芯片LM237的Vin端连接，另一端接地；电解电容C2G负端与所述负电压可调集成稳压芯片LM237的Vout端连接，另一端接地；精密电阻R1G一端接负电压可调集成稳压芯片LM237的Adj端连接,另一端与负电压可调集成稳压芯片LM237的Vout端连接；可调电位器WvG一端接地，中心轴头端串接精密电阻R2G一端；精密电阻R2G另一端连接负电压可调集成稳压芯片LM237的Adj端；

所述伺服阀控制模块包括可调基准源电路、切换电路、第一缓冲电路、减法电路与V/I转换电路；

可调基准源电路输入为正负精密直流电源，输出连接到切换电路；

切换电路为两路输入，一路来自可调基准源电路，另一路来自外部标准电源，输出连接到第一缓冲电路的输入端，第一缓冲电路输出端连接减法电路输入正端，减法电路输入负端连接标准力信号放大模块的输出，减法电路输出端与V/I转换电路的信号输入端连接；V/I转换电路输出端通过毫安表与外部推力加载伺服阀连接；

所述可调基准源电路包括电位器Wct、电位器Wxt、精密电阻R6以及精密电阻R7；精密电阻R7一端连接精密直流负电源，另一端连接电位器Wct一端，电位器Wct中心轴头连接切换电路，电位器Wct另一端连接电位器Wxt中心轴头；电位器Wxt一端连接精密电阻R6一端，精密电阻R6另一端连接精密直流正电源；

所述切换电路包括双刀六段波段开关Sd1、涤纶电容C18以及涤纶电容C19；

双刀六段波段开关Sd1第1联的第一触点接外部标准电源正端，双刀六段波段开关Sd1第1联的第二触点接电位器Wct中心轴头，双刀六段波段开关Sd1第1联中心轴头接第一缓冲电路输入正；双刀六段波段开关Sd1第2联第一触点接外部标准电源负，双刀六段波段开关Sd1第2联第二触点接基准电源地，双刀六段波段开关Sd1第2联中心轴头接第一缓冲电路输入负；涤纶电容C18一端连接第一缓冲电路输入正，另一端接地；涤纶电容C19一端连接第一缓冲电路输入负，另一端接地；

所述第一缓冲电路包括精密仪表放大器U5、涤纶电容C5、涤纶电容C6、精密电阻R8、精密电阻R9、精密电阻R10及精密电阻R11；

精密电阻R8一端与切换电路输出信号正短接，另一端与精密仪表放大器U5的正向输入端连接；精密电阻R9一端与切换电路输出信号负连接，另一端与精密仪表放大器U5的反向输入端连接；精密电阻R10一端与精密仪表放大器U5的反向输入端连接，另一端接地；精密电阻R11一端与精密仪表放大器U5的反向输入端连接，另一端与精密仪表放大器U5的输出端连接；涤纶电容C5一端与精密仪表放大器U5的正电源端连接，另一端接地；涤纶电容C6一端与精密仪表放大器U5的负电源端连接，另一端接地；精密仪表放大器U5的输出端与减法电路连接；

所述减法电路包括精密仪表放大器U6、精密电阻R12、精密电阻R13、精密电阻R14、精密电阻R15、精密电阻R16、精密电阻R17以及可调电位器Wvo；

精密电阻R13一端与第一缓冲电路输出连接，另一端与精密仪表放大器U6的正向输入端连接；精密电阻R12一端与精密仪表放大器U6的正向输入端连接，另一端接地；精密电阻R14一端与精密仪表放大器U6的反向输入端连接，另一端接第一缓冲电路输出；精密电阻R15一端与精密仪表放大器U6的反向输入端连接，另一端与精密仪表放大器U6的输出端连接；精密电阻R16一端与电位器Wvo一端连接，另一端与精密仪表放大器U6的调零端连接；精密电阻R17一端与电位器Wvo另一端连接，精密电阻R17另一端与精密仪表放大器U6的另一个调零端连接；电位器Wvo中心轴头与精密仪表放大器U6的正电源端连接；精密仪表放大器U6的负电源端与精密直流负电源连接，精密仪表放大器U6的正电源端与精密直流正电源连接；

所述V/I转换电路包括精密仪表放大器U7、涤纶电容C15、涤纶电容C16、精密电阻R25、精密电阻R26、精密电阻R27、精密电阻R28以及可调电位器WI；

精密电阻R26一端与减法电路输出连接，另一端与精密仪表放大器U7的正向输入端连接；精密电阻R25一端与精密仪表放大器U7的反向输入端连接，另一端接地；精密电阻R27一端与电位器WI中心轴头连接，另一端接精密电阻R28一端；精密电阻R28一端与毫安表输入正连接，另一端接地；电位器WI一端与精密仪表放大器U7的反向输入端连接；精密仪表放大器U7的输出端通过毫安表与外部推力加载伺服阀连接；涤纶电容C15一端与精密仪表放大器U7的正电源端连接，另一端接地；涤纶电容C16一端与精密仪表放大器U7的负电源端连接，另一端接地；精密仪表放大器U7的4脚与精密直流电源负连接。

2.根据权利要求1所述的高精度推力伺服控制器，其特征在于：所述标准力信号放大模块包括第二缓冲电路和信号放大电路，第二缓冲电路输入端与所述标准力传感器连接，第二缓冲电路输出端与信号放大电路输入端相连，信号放大电路输出端与减法电路负端连接。

3.根据权利要求2所述的高精度推力伺服控制器，其特征在于：第二缓冲电路包括精密仪表放大器U3、涤纶电容C9、涤纶电容C10、涤纶电容C11、涤纶电容C12、精密电阻R18、精密电阻R19、精密电阻R20及精密电阻R21；

精密电阻R18一端与涤纶电容C11连接，并与标准力传感器输出信号正短接，另一端与精密仪表放大器U3的正向输入端连接；精密电阻R19一端与涤纶电容C12连接，并与标准力传感器输出信号负短接，另一端与精密仪表放大器U3的反向输入端连接；精密电阻R20一端与精密仪表放大器U3的正向输入端连接，另一端接地；精密电阻R21一端与精密仪表放大器U3的反向输入端连接，另一端与精密仪表放大器U3的输出端连接；涤纶电容C11另一端接地；涤纶电容C12另一端接地；涤纶电容C9一端与精密仪表放大器U3的正电源端连接，另一端接地；涤纶电容C10一端与精密仪表放大器U3的负电源端连接，另一端接地；精密仪表放大器U的负电源端与精密直流电源负连接；

所述信号放大电路包括精密仪表放大器U4、涤纶电容C13、涤纶电容C14、精密电阻R22、精密电阻R23、精密电阻R24以及可调电位器Wf；

精密电阻R22一端与第二缓冲电路输出连接，另一端与精密仪表放大器U4的正向输入端连接；精密电阻R23一端与精密仪表放大器U4的反向输入端连接，另一端接地；精密电阻R20一端与精密仪表放大器U4的正向输入端连接，另一端接地；电位器Wf一端与精密仪表放大器U4的反向输入端连接，中心轴头端与精密电阻R24连接；精密电阻R24另一端与精密仪表放大器U4的输出端连接；涤纶电容C13一端与精密仪表放大器U4的正电源端连接，另一端接地；涤纶电容C14一端与精密仪表放大器U4的负电源端连接，另一端接地；精密仪表放大器U4的7脚与精密直流电源正连接，精密仪表放大器U4的4脚与精密直流电源负连接。

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