CN203366138U - 一种流量控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种流量控制系统，包括脉冲信号发生器、驱动器和电磁阀，驱动器与电磁阀连接，还包括控制器和流量传感器，控制器与脉冲信号发生器连接，脉冲信号发生器设置有PDM控制信号输出端，脉冲信号发生器的PDM控制信号输出端与驱动器连接，流量传感器分别与控制器和脉冲信号发生器连接，控制器中设定有标准流量值，流量传感器将提取到的控制对象的当前流量值反馈给控制器和脉冲信号发生器，控制器比较标准流量值和当前流量值后产生控制信号输送给脉冲信号发生器，脉冲信号发生器根据控制信号和当前流量值产生PDM控制信号控制驱动器；优点是不采用高精密的驱动源，也可实现对控制对象流量的高精度控制。

Description

一种流量控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种流量控制技术，尤其是涉及一种流量控制系统。

背景技术

现有的脉冲式流量控制系统一般包括脉冲信号发生器、驱动器及电磁阀，脉冲信号发生器的输出端与驱动器的输入端连接，驱动器的输出端与电磁阀的输入端连接，电磁阀的输出端与控制对象连接。其工作原理是：脉冲信号发生器的输入端接入目标流量值，脉冲信号发生器根据目标流量值得到脉冲控制信号输送给驱动器，驱动器驱动电磁阀工作。从理论上来说，对于一个调试好的系统，此时控制对象的流量应该与脉冲信号发生器中的目标流量值相同。但是，流量控制系统通常是为标称的控制对象而设计的，该标称控制对象中假设有定常的参数。在脉冲式流量控制系统中，对流量的控制是通过调整脉冲控制信号的占空比，也就是脉冲控制信号的导通时间与周期的比率来实现的。在控制对象的满度水平（即导通时间期间内通过电磁阀的流量）下，占空比的大小决定了流量的高低。在通常情况下，脉冲信号发生器提供给电磁阀的脉冲控制信号可以准确地生成。然而，满度水平的变化及控制对象参数的变化，都是对整个流量控制系统的扰动。如果扰动比控制对象的动力学特性要慢得多并且控制对象的变化很小，那么通常情况下流量控制系统能够纠正由这个变化引起的误差，并有效地减少其影响。然而，如果这个变化很大，那么就会在流量控制系统中产生一个显著的扰动，而如果这个变化很快，即使其很小，也会成为流量控制系统的噪声。虽然对于扰动，增加流量控制系统的鲁棒性可以提高其稳定性，或者压窄流量控制系统的带宽也会让其对系统噪声不敏感，然而所有这些方法都会导致流量控制系统的控制性能的恶化。在需要精确控制的流量控制系统中，需要将控制对象的变化控制在小范围内。然而，为了使变化较小，除了降低控制对象对影响因素的敏感性以外，还需要高精密的驱动源（驱动器和电磁阀），高精密的驱动源和对影响因素不敏感的鲁棒控制对象增加了系统成本，而且有时根本不存在满足要求的高精度的驱动源。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种不需采用高精密的驱动源，即可实现对控制对象流量的高精度控制的流量控制系统。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种流量控制系统，包括脉冲信号发生器、驱动器和电磁阀，所述的驱动器与所述的电磁阀连接，还包括控制器和用于提取控制对象的当前流量值的流量传感器，所述的控制器与所述的脉冲信号发生器连接，所述的脉冲信号发生器设置有PDM控制信号输出端，所述的脉冲信号发生器的PDM控制信号输出端与所述的驱动器连接，所述的流量传感器分别与所述的控制器和所述的脉冲信号发生器连接，所述的控制器中设定有标准流量值，所述的流量传感器将提取到的控制对象的当前流量值反馈给所述的控制器和所述的脉冲信号发生器，所述的控制器比较标准流量值和当前流量值后产生控制信号输送给脉冲信号发生器，脉冲信号发生器根据控制信号和当前流量值产生PDM控制信号来控制驱动器。

所述的脉冲信号发生器由脉冲控制模块和脉冲信号生成模块组成，所述的脉冲信号生成模块包括周期寄存器、周期计数器、导通时间寄存器、导通时间计数器、睡眠时间寄存器、睡眠时间计数器、时钟控制逻辑模块、负载控制逻辑模块和信号控制逻辑模块，所述的脉冲控制模块的信号输出端分别与所述的周期寄存器的信号输入端、所述的导通时间寄存器的信号输入端和所述的睡眠时间寄存器的信号输入端连接，所述的周期寄存器的信号输出端分别与所述的周期计数器的信号输入端和所述的信号控制逻辑模块的信号输入端连接，所述的导通时间寄存器的信号输出端分别与所述的导通时间计数器和所述的信号控制逻辑模块的信号输入端连接，所述的睡眠时间寄存器的信号输出端与所述的睡眠时间计数器的信号输入端连接，所述的周期计数器的信号输出端分别与所述的负载控制逻辑模块和所述的信号控制逻辑模块连接，所述的导通时间计数器的信号输出端与所述的信号控制逻辑模块连接，所述的睡眠时间计数器的信号输出端与所述的时钟控制逻辑模块连接。

所述的脉冲控制模块包括反馈值计算模块、第一级占空比决定模块、第一级周期决定模块、目标值计算模块、比较器、第二级周期决定模块和第二级导通时间计算模块，所述的反馈值计算模块的信号输入端与所述的流量传感器的信号输出端连接，所述的第一级占空比决定模块的信号输入端、所述的第一级周期决定模块的信号输入端和所述的第二级周期决定模块的信号输入端分别与所述的控制器的信号输出端连接，所述的第一级占空比决定模块的信号输出端和所述的第一级周期决定模块的信号输出端分别与所述的目标值计算模块的信号输入端连接，所述的目标值计算模块的信号输出端和所述的反馈值计算模块的信号输出端分别与所述的比较器的信号输入端连接，所述的比较器的信号输出端与所述的第二级导通时间计算模块的信号输入端连接。

所述的控制器为PID控制器，所述的驱动器为开关控制电路。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于通过控制器中设定有标准流量值，流量传感器将提取到的控制对象的当前流量值反馈给控制器和脉冲信号发生器，控制器比较标准流量值和当前流量值后产生控制信号输送给脉冲信号发生器，脉冲信号发生器根据控制信号和当前流量值产生PDM控制信号驱动驱动器，构建了一个内闭环实现对流量控制系统中满度水平变化和参数变化的补偿，在这个内闭环的作用下，不采用高精密的驱动源，也可实现对控制对象流量的高精度控制；同时，内闭环的引入大大降低了摄动对流量控制系统的影响，提高了流量控制系统的鲁棒性。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为实施例的结构示意图；

图3为实施例的脉冲信号发生器的原理框图；

图4为实施例的脉冲信号生成模块的原理框图；

图5为实施例的脉冲控制模块的原理框图。

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，一种流量控制系统，包括控制器1、脉冲信号发生器2、驱动器3、电磁阀4和用于提取控制对象的当前流量值的流量传感器5，控制器1为PID控制器，驱动器3为开关控制电路，控制器1与脉冲信号发生器2连接，驱动器3与电磁阀4连接，脉冲信号发生器2设置有PDM控制信号输出端，该PDM控制信号输出端与驱动器3连接，流量传感器5分别与控制器1和脉冲信号发生器2连接，控制器1中设定有标准流量值，流量传感器5将提取到的控制对象的当前流量值反馈给控制器1和脉冲信号发生器2，控制器1比较标准流量值和当前流量值后产生控制信号输送给脉冲信号发生器2，脉冲信号发生器2根据控制信号和当前流量值产生PDM控制信号控制驱动器3。

如图2所示，本实施例中，控制对象为共轨6，共轨6上设置有喷射器7，电磁阀4设置在喷射器7上，工作流体被泵入到共轨6中，从而创建一个高压，当电磁阀4加电时，工作流体在共轨6内高压作用下流出共轨6，当电磁阀3断电关闭时，工作流体的流量可由脉冲信号发生器2产生的PWM控制信号调整电磁阀3的平均开通时间来控制。

本实施例中，脉冲信号发生器2由脉冲控制模块22和脉冲信号生成模块21组成，如图3所示。如图4所示，脉冲信号生成模块21包括周期寄存器211、周期计数器212、导通时间寄存器213、导通时间计数器214、负载控制逻辑模块215、信号控制逻辑模块216，睡眠时间寄存器217、睡眠时间计数器218和时钟控制逻辑模块219，脉冲控制模块22的信号输出端分别与周期寄存器211的信号输入端、导通时间寄存器214的信号输入端和睡眠时间寄存器217的信号输入端连接，周期寄存器211的信号输出端分别与周期计数器212的信号输入端和信号控制逻辑模块216的信号输入端连接，导通时间寄存器213的信号输出端分别与导通时间计数器214的信号输入端和信号控制逻辑模块216的信号输入端连接，睡眠时间寄存器217的信号输出端与睡眠时间计数器218的信号输入端连接，周期计数器212的信号输出端分别与负载控制逻辑模块215和信号控制逻辑模块216连接，导通时间计数器214的信号输出端与信号控制逻辑模块216连接，睡眠时间计数器218的信号输出端与时钟控制逻辑模块219连接。

本实施例中，周期计数器212、导通时间计数器214、负载控制逻辑模块215、信号控制逻辑模块216和睡眠时间计数器218均设置有置位端，时钟控制逻辑模块219分别设置有时钟信号输入端和时钟控制信号输出端，周期计数器212和导通时间计数器214设置有时钟控制信号输入端，负载控制逻辑模块215和信号控制逻辑模块216设置有时钟信号输入端，周期计数器212、导通时间计数器214、负载控制逻辑模块215、信号控制逻辑模块216和睡眠时间计数器218的置位端连接并接入置位信号LD，负载控制逻辑模块215、信号控制逻辑模块216和时钟控制逻辑模块219的时钟信号输入端连接并接入时钟信号CLK，时钟控制逻辑模块219的时钟控制信号输出端分别与周期计数器212和导通时间计数器214的时钟控制信号输入端连接，时钟控制逻辑模块219的时钟控制信号输出端输出时钟控制信号CLKctrl，周期计数器212的输出信号记为DA，周期寄存器211的输出信号记为DB，导通时间寄存器213的输出信号记为DC，导通时间计数器214的输出信号记为DD。

本实施例中，周期计数器212、睡眠时间计数器218和导通时间计数器214均为递减计数器，睡眠时间计数器218的最低值被钳位在0。在脉冲信号生成模块21中，一个PDM信号的周期被设定到周期寄存器211中，一个PDM信号的导通时间被设定到导通时间寄存器213中，在控制睡眠时间时，首先将一个PDM周期的睡眠时间保存在睡眠时间寄存器217中，然后在置位信号LD的下降沿，睡眠时间的值被加载到睡眠时间计数器218中并随着时钟信号CLK而递减，当睡眠时间计数器218的计数值达到0时，时钟控制逻辑模块219产生时钟控制信号CLKctrl使能周期计数器212和导通时间计数器214，开始一个PDM周期。在置位信号LD的下降沿，周期寄存器211中的周期值被进一步加载到周期计数器212中，导通时间寄存器213中的导通时间值被进一步加载到导通时间计数器214中。周期计数器212和导通时间计数器214通过时钟控制信号CLKctrl同步。当周期计数器212的计数为零时，在负载控制逻辑模块215中，一个置位信号LD（脉冲信号）伴随着时钟信号CLK而产生，并在该置位信号LD的下降沿开始一个新的周期。信号控制逻辑模块216采用周期计数器212的输出信号DA、周期寄存器211的输出信号DB、导通时间寄存器213的输出信号DC、导通时间计数器214的输出信号DD、置位信号LD和时钟信号CLK来产生PDM信号。

如图5所示，本实施例中，脉冲控制模块22包括反馈值计算模块221、第一级占空比决定模块222、第一级周期决定模块223、目标值计算模块224、比较器225、第二级周期决定模块226和第二级导通时间计算模块227，反馈值计算模块221的信号输入端与流量传感器5的信号输出端连接，第一级占空比决定模块222的信号输入端、第一级周期决定模块223的信号输入端和第二级周期决定模块226的信号输入端分别与控制器1的信号输出端连接，第一级占空比决定模块222的信号输出端和第一级周期决定模块223的信号输出端分别与目标值计算模块224的信号输入端连接，目标值计算模块224的信号输出端和反馈值计算模块221的信号输出端分别与比较器225的信号输入端连接，比较器225的信号输出端与第二级导通时间计算模块227的信号输入端连接。

Claims (4)

1.一种流量控制系统，包括脉冲信号发生器、驱动器和电磁阀，所述的驱动器与所述的电磁阀连接，其特征在于还包括控制器和用于提取控制对象的当前流量值的流量传感器，所述的控制器与所述的脉冲信号发生器连接，所述的脉冲信号发生器设置有PDM控制信号输出端，所述的脉冲信号发生器的PDM控制信号输出端与所述的驱动器连接，所述的流量传感器分别与所述的控制器和所述的脉冲信号发生器连接，所述的控制器中设定有标准流量值，所述的流量传感器将提取到的控制对象的当前流量值反馈给所述的控制器和所述的脉冲信号发生器，所述的控制器比较标准流量值和当前流量值后产生控制信号输送给脉冲信号发生器，脉冲信号发生器根据控制信号和当前流量值产生PDM控制信号控制驱动器。

2.根据权利要求1所述的一种流量控制系统，其特征在于所述的脉冲信号发生器由脉冲控制模块和脉冲信号生成模块组成，所述的脉冲信号生成模块包括周期寄存器、周期计数器、导通时间寄存器、导通时间计数器、睡眠时间寄存器、睡眠时间计数器、时钟控制逻辑模块、负载控制逻辑模块和信号控制逻辑模块，所述的脉冲控制模块的信号输出端分别与所述的周期寄存器的信号输入端、所述的导通时间寄存器的信号输入端和所述的睡眠时间寄存器的信号输入端连接，所述的周期寄存器的信号输出端分别与所述的周期计数器的信号输入端和所述的信号控制逻辑模块的信号输入端连接，所述的导通时间寄存器的信号输出端分别与所述的导通时间计数器和所述的信号控制逻辑模块的信号输入端连接，所述的睡眠时间寄存器的信号输出端与所述的睡眠时间计数器的信号输入端连接，所述的周期计数器的信号输出端分别与所述的负载控制逻辑模块和所述的信号控制逻辑模块连接，所述的导通时间计数器的信号输出端与所述的信号控制逻辑模块连接，所述的睡眠时间计数器的信号输出端与所述的时钟控制逻辑模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种流量控制系统，其特征在于所述的脉冲控制模块包括反馈值计算模块、第一级占空比决定模块、第一级周期决定模块、目标值计算模块、比较器、第二级周期决定模块和第二级导通时间计算模块，所述的反馈值计算模块的信号输入端与所述的流量传感器的信号输出端连接，所述的第一级占空比决定模块的信号输入端、所述的第一级周期决定模块的信号输入端和所述的第二级周期决定模块的信号输入端分别与所述的控制器的信号输出端连接，所述的第一级占空比决定模块的信号输出端和所述的第一级周期决定模块的信号输出端分别与所述的目标值计算模块的信号输入端连接，所述的目标值计算模块的信号输出端和所述的反馈值计算模块的信号输出端分别与所述的比较器的信号输入端连接，所述的比较器的信号输出端与所述的第二级导通时间计算模块的信号输入端连接。

4.根据权利要求1所述的一种流量控制系统，其特征在于所述的控制器为PID控制器，所述的驱动器为开关控制电路。

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