CN202521031U - 单路数字比例阀放大器 - Google Patents

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崔剑
陈飞飞
张策
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Abstract

本实用新型涉及一种单路数字比例阀放大器，其特征在于：包括输入接口电路，用于将输入的电流和/或电压信号转换为适用于信号处理电路适用的电压信号，然后再送给信号处理电路中的A/D转换器进行模数转换；信号处理电路，输入接口电路的输出端与信号处理电路的输入端相连，该信号处理电路由ARM控制器实现；功率放大驱动电路，输入端与信号处理电路的输出端相连，输出端与比例阀相连，用于控制比例阀的电磁铁；电源电路源；电流测量反馈电路，用于测量比例阀线圈电路，输入端与比例阀线圈相连，输出端与信号处理电路相连。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：经济性高，可靠性好，操作灵活简单，使用维护简捷方便。

Description

单路数字比例阀放大器
技术领域
本实用新型涉及一种单路数字比例阀放大器。
背景技术
电液比例控制技术是在以开环传动为主要特征的传统液压传动技术和以闭环控制为特征的电液伺服控制技术基础上，为适应一般工程系统对传动与控制特性提出的更高的要求，从上个世纪六七十年代开始逐步发展起来的流体传动与控制领域中一个具有旺盛生命力的新分支。现今，电液比例技术已经成为了工业机械、工程建设机械及国防尖端产品不可或缺的重要手段，得到了相关工业界、技术界的格外重视。
电液比例阀(简称比例阀)，是电液比例控制技术的核心和主要功率放大元件。比例阀一般以比例电磁铁作为驱动装置的电-液信号转换元件，根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。阀芯位移也可以以机械、液压或电的形式进行反馈。比例阀放大器作为电液比例集成控制装置的一个重要组成元件，对于推动电液比例集成控制装置的技术进步举足轻重。目前比例阀放大器均采用大量的模拟电路实现各种功能控制，由于放大器需要调整参数较多，调整过程也比较繁琐，因此需要用到的模拟功能电路非常繁杂，控制精度不高，而成本却非常高昂。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种控制精度高、成本低、结构简单的单路数字比例阀放大器。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：该单路数字比例阀放大器，其特征在于：包括
输入接口电路，用于将输入的电流和/或电压信号转换为适用于信号处理电路所需的电压信号，然后再送给信号处理电路中的A/D转换器进行模数转换；
信号处理电路，输入接口电路的输出端与信号处理电路的输入端相连，该信号处理电路由ARM控制器实现，其包括斜坡发生器、阶跃发生器、颤振信号和线性度控制器，参数输入接口与上位机相连；
功率放大驱动电路，输入端与信号处理电路的输出端相连，输出端与比例阀相连，用于控制比例阀的电磁铁；
电源电路，为信号处理电路、输入接口电路和功率放大驱动电路提供所需的稳定电源；
电流测量反馈电路，用于测量比例阀线圈电路，输入端与比例阀线圈相连，输出端与信号处理电路相连。
为满足信号处理电路中ARM控制器控制程序存储数据的需要，本实用新型提供的单路数字比例阀放大器还包括外部存储器扩展电路，外扩的存储器方便存储比例放大器的各种参数，并且使比例放大器的运行状态在掉电后也能有效保存。
为了与上位机进行通信，本实用新型提供的单路数字比例阀放大器还包括串口通信电路和USB通信电路和CAN总线接口电路，ARM控制器芯片可以通过RS232串口通信接口与上位机进行通信，不仅可以将上位机界面设置的参数发送到ARM主控制芯片中，同时也能将当前的电磁铁运行各参数显示在上位机界面上，给工作人员了解比例阀运行状况、调试设备等带来极大的方便，此外，USB通信模块和CAN总线接口模块，以方便将来放大器功能升级和联机调试。
较好的，所述输入接口电路包括模拟量接口电路和数字量接口电路，模拟量接口电路可以接受4～20mA电流或者-10～+10V电压的模拟输入。由于ARM控制器芯片自带的A/D转换器只能输入较小电压，因此需要把输入4～20mA的电流信号转换为较小电压信号输入，然后再送给ARM控芯片的A/D转换器进行模数转换。同理，-10～+10V电压模拟量输入也需要先转换为较小电压信号输入，然后再送给ARM主控芯片的A/D转换器进行模数转换；数字量接口电路四路接口一共对应16种工作状态，四路数字量输入接口均采用+12V电压输入；当其中任意一位接+12V电压时，则该路被选通。选通路的设定值输入信号由变阻器调节得到。
再改进，所述功率放大驱动电路采用反接卸荷式功率驱动电路，反接卸荷式功率驱动电路代替传统的功率放大驱动电路，在未对供电电源、大功率整流元件及大功率功放管提出特殊要求的前提下，能显著提高比例电磁铁线圈电流的衰减速度，从而提高了比例电磁铁的动态频宽。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：采用ARM为主控制器，将斜坡、阶跃、线性度、颤振信号等环节通过ARM控制器来实现，其参数可以通过上位机软件来设定，同时部分参数也可以通过电位器来调节，不仅可以有效的解决上述传统模拟式比例放大器的弊端，而且经济性更高，可靠性更好，操作灵活简单，使用维护简捷方便，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型实施例中单路数字比例阀放大器的结构框图。
图2为本实用新型实施例中功率放大驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1所示的单路数字比例阀放大器，其以ARM为主要控制芯片，包括输入接口电路、信号处理电路、电源电路、外部存储器扩展电路、功率放大驱动电路、通信电路和用于测量比例阀线圈电路的电流测量反馈电路。
输入接口电路，用于将输入的电流和/或电压信号转换为适用于信号处理电路所需的电压信号，然后再送给信号处理电路中的A/D转换器进行模数转换；输入接口电路包括模拟量接口电路1和数字量接口电路2，模拟量接口电路1可以接受4～20mA电流或者-10～+10V电压的模拟输入；由于ARM主控制器芯片自带的A/D转换器只能输入较小电压，因此需要把输入4～20mA的电流信号转换为较小电压信号输入，然后再送给ARM主控芯片的A/D转换器进行模数转换；同理，-10～+10V电压模拟量输入也需要先转换为较小电压信号输入，然后再送给ARM主控芯片的A/D转换器进行模数转换；数字量接口电路四路接口一共对应16种工作状态，四路数字量输入接口均采用+12V电压输入；当其中任意一位接+12V电压时，则该路被选通；选通路的设定值输入信号由变阻器调节得到。
信号处理电路3，模拟量接口电路1和数字量接口电路2的输出端与信号处理电路3的输入端相连，该信号处理电路由ARM控制器实现，其包括斜坡发生器、阶跃发生器、颤振信号和线性度控制器；与传统模拟式比例阀放大器不同，信号处理电路均由ARM控制器内部处理，省去了大量的模拟电路；电流控制器亦由ARM控制器实现，其输入为信号处理模块和电流反馈信号的差值，内部为PI控制器以实现电流闭环控制，ARM控制器的参数输入接口与上位机相连；其参数可以通过上位机人机界面软件来设定，同时部分参数也可以通过电位器来调节，不仅可以有效的解决上述传统模拟式比例放大器的弊端，而且经济性更高，可靠性更好，操作灵活简单，使用维护简捷方便，具有广阔的应用前景。
功率放大驱动电路4采用反接卸荷式功率驱动电路，输入端与信号处理电路的输出端相连，输出端与比例阀相连，用于控制比例阀的电磁铁；功率放大驱动电路的输入信号PWM由ARM控制器产生，控制信号通过光耦进行放大控制MOS管，反相器、光耦和MOS管构成卸荷回路，参见图2所示；反接卸荷式功率放大级电路以代替传统的功率放大驱动电路，在未对供电电源、大功率整流元件及大功率功放管提出特殊要求的前提下，显著提高了比例电磁铁线圈电流的衰减速度，从而提高了比例电磁铁的动态频宽。
电源电路5，为信号处理电路、输入接口电路和功率放大驱动电路提供所需的稳定电源；电源电路模块的输入是24V直流电源，根据需要，输出电压可以提供主控芯片、运算放大器等器件正常工作所需的各种稳定电源，包括±12V、5V、3.3V、2.5V。
为满足ARM控制程序存储数据的需要，外扩了外部存储器扩展电路6，存储器方便存储比例放大器的各种参数，并且使比例放大器的运行状态在掉电后也能有效保存。
为了与上位机进行通信，本实施例设计了串口通信电路7，ARM主控制器芯片可以通过RS232串口通信接口与上位机进行通信，不仅可以将上位机界面设置的参数发送到ARM主控制芯片中，同时也能将当前的电磁铁运行各参数显示在上位机界面上，给工作人员了解比例阀运行状况、调试设备等带来极大的方便。此外，本实施例还设计了USB通信电路8和CAN总线接口电路9，以方便将来放大器功能升级和联机调试。
电流测量反馈电路10用于测量比例阀线圈电路反馈给ARM主控制器芯片，输入端与比例阀线圈相连，输出端与信号处理电路相连。

Claims (5)

1.一种单路数字比例阀放大器，其特征在于：包括
输入接口电路，用于将输入的电流和/或电压信号转换为适用于信号处理电路所需的电压信号，然后再送给信号处理电路中的A/D转换器进行模数转换；
信号处理电路，输入接口电路的输出端与信号处理电路的输入端相连，该信号处理电路由ARM控制器实现，其包括斜坡发生器、阶跃发生器、颤振信号和线性度控制器，参数输入接口与上位机相连；
功率放大驱动电路，输入端与信号处理电路的输出端相连，输出端与比例阀相连，用于控制比例阀的电磁铁；
电源电路，为信号处理电路、输入接口电路和功率放大驱动电路提供所需的稳定电源；
电流测量反馈电路，用于测量比例阀线圈电路，输入端与比例阀线圈相连，输出端与信号处理电路相连。
2.根据权利要求1所述的单路数字比例阀放大器，其特征在于：还包括外部存储器扩展电路。
3.根据权利要求1所述的单路数字比例阀放大器，其特征在于：还包括串口通信电路和/或USB通信电路和/或CAN总线接口电路。
4.根据权利要求1所述的单路数字比例阀放大器，其特征在于：所述输入接口电路包括模拟量接口电路和数字量接口电路。
5.根据权利要求1所述的单路数字比例阀放大器，其特征在于：所述功率放大驱动电路采用反接卸荷式功率驱动电路。
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