CN204961964U - 一种新型电液比例阀线性化控制器 - Google Patents
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Abstract
一种新型电液比例阀线性化控制器，包括A/D转换模块、通讯模块、中央处理器、D/A转换模块和线性U-I转换模块，其中A/D转换模块、通讯模块分别连接到中央处理器，中央处理器连接D/A转换模块，D/A转换模块连接线性U-I转换模块，线性U-I转换模块连接电液比例阀；中央处理器通过A/D转换模块和/或通讯模块接收控制电压值，并通过程序进行线性变换，将控制电压值变换为线性化后的电压值；线性化后的电压值通过D/A转换模块输出到线性U-I转换模块，得到驱动电流信号，驱动电流信号控制电液比例阀。本实用新型控制器构造简单，成本低，控制精度高，线性化程度高，适用性强，实际使用中效果好。
Description
技术领域
本实用新型涉及电液比例阀控制领域，尤其涉及一种新型电液比例阀线性化控制器。
背景技术
电液比例阀是阀内比例电磁铁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。电液比例阀中的核心元件是比例电磁铁，电液比例阀是依靠比例电磁铁来产生位移来调节控制对象的，比例电磁铁的位移是由电流决定的，电流和控制电压信号成正比例关系。电液比例阀的控制电压信号和比例电磁铁的位移如图2所示，从电液比例阀的特性曲线图可以看到，比例电磁铁的控制特性曲线近似一条折线，是非线性的，存在明显的工作死区，在工作死区内位移基本不变。
现有的大部分电液比例阀控制中给定信号和最终的控制变量是非线性的，造成控制滞后。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种新型电液比例阀线性化控制器，通过线性变换，使控制信号和控制变量成线性关系，有效的避免了电液比例阀的工作死区。
为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种新型电液比例阀线性化控制器，包括A/D转换模块、通讯模块、中央处理器、D/A转换模块和线性U-I转换模块，其中A/D转换模块、通讯模块分别连接到中央处理器，中央处理器连接D/A转换模块，D/A转换模块连接线性U-I转换模块，线性U-I转换模块连接电液比例阀；
中央处理器通过A/D转换模块和/或通讯模块接收控制电压值，并通过程序进行线性变换，将控制电压值变换为线性化后的电压值；
线性化后的电压值通过D/A转换模块输出到线性U-I转换模块，得到驱动电流信号，驱动电流信号控制电液比例阀。
进一步地，新型电液比例阀线性化控制器还包括存储器。
进一步地，存储器存储控制电压值。
进一步地，通讯模块用于和上一级控制器通讯。
进一步地，通讯模块用于远程设定。
本实用新型提供的新型电液比例阀线性化控制器，支持Modbus通讯和电位器给定控制信号两种输入方式，中央处理器将输入的控制电压值程序线性变换为线性化后的输出电压值后，通过D/A转换模块输出到线性U-I转换模块，得到驱动电流信号，从而使最终的控制变量和给定的控制电压信号成线性关系，实现对电液比例阀的线性化控制，有效避免电液比例阀的工作死区，使电液比例阀工作全程无死区，大大改善了对电液比例阀控制的速度、精度及稳定性。本实用新型的控制器构造简单，成本低，控制精度高，线性化程度高，适用性强，实际使用中效果好。
附图说明
图1是本实用新型的新型电液比例阀线性化控制器的结构示意图；
图2是现有的电液比例阀的特性曲线图；
图3是本实用新型的新型电液比例阀线性化控制器的中央控制器的线性化计算原理图；
图4是本实用新型的新型电液比例阀线性化控制器的中央控制器的程序内参数设定图；
图5是本实用新型的新型电液比例阀线性化控制器的中央控制器的程序构造的折线图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型提供的新型电液比例阀线性化控制器(以下简称控制器)，如图1所示，主要包括A/D转换模块1、通讯模块2、中央处理器(CPU)3、D/A转换模块4和线性U-I转换模块5。其中A/D转换模块1、通讯模块2分别直接连接到中央处理器3，中央处理器3直接连接D/A转换模块4，D/A转换模块4直接连接线性U-I转换模块5，线性U-I转换模块5直接连接电液比例阀7。
A/D转换模块1将模拟信号转换成数字信号。在一实施例中，A/D转换模块1将输入的电压信号转换成电压值，电压信号是电位器(未示出)给定的控制电压信号6。A/D转换模块1可以采用12位A/D转换模块，将接收到的控制电压信号6转换为控制电压值U1。
本实用新型的控制器还可以包括存储器(未示出)，在一实施例中，存储器为16位的存储单元，用于存储A/D转换模块1转换后的控制电压值U1。
通讯模块2用于和其他设备(未示出)通讯，其他设备可以通讯给出控制信号，控制信号通过通讯模块2后以数字信号形式存储于存储器中，供中央控制器3使用。在一实施例中，上一级控制器(未示出)可以通过Modbus(网络通讯协议)通讯给出控制电压信号6，控制电压信号6通过通讯模块2后以控制电压值U1的形式存储于存储器中，中央控制器3对控制电压值U1进行计算。通讯模块2也可以用于远程设定，上一级控制器可以通过通讯模块2设定本实用新型的控制器的相关参数。在一实施例中，上一级控制器可以通过通讯模块2设定电液比例阀7的特性曲线的工作死区的转折点的坐标。
中央处理器3通过程序进行线性变换，实现接收的控制电压信号6与控制变量的线性化。本实用新型的控制器首先接收到控制电压信号6，可以通过A/D转换模块1，也可以通过Modbus从上一级控制器得到控制电压值，并将控制电压值存储在存储器中。
中央处理器3计算存储在存储器中的控制电压值U1，得到线性化后的电压值U2，具体计算原理如图3所示，图中的L2为比例电磁铁的近似特性曲线，L1是最终得到的控制特性曲线，X轴代表控制电压，Y轴代表控制变量。
假设直线L1的解析函数为y1＝f(x1),折线L2的解析函数为y2＝f(x2)。中央处理器3计算时，是要将折线L2投影到直线L1上，因此需要得到x2和x1的函数关系。
如图3中所示，直线L1和折线L2的起点都是零点，终点是点(x0，y0)，折线L2的折点坐标是点(a，b)。
则直线L1的表达式为：
折线L2的表达式为：
当0≤x2≤a时，若y1＝y2，可以得到x2和x1的函数关系式为：
当a≤x2≤x0时，若y1＝y2，可以得到x2和x1的函数关系式为：
因此最终得到的x2和x1的函数关系式为：
不同的电液比例阀7的比例电磁铁的控制特性曲线的工作死区的转折点坐标不同，所以本实用新型的控制器将比例电磁铁的控制特性曲线的工作死区的转折点的坐标设定为(a，b)，其中a、b均是变量。上一级控制器也可以对工作死区的转折点的坐标(a，b)中的a、b两个变量进行远程设定。A/D转换模块1采用12位A/D转换模块，用16位的存储器来存储A/D转换模块1转换后的值，为了保证计算精度，终点坐标(x0，y0)取为(10000，10000)，如图4所示。
U1为输入的控制电压值，U2为经过线性化后的需要输出的电压值，则可以得到输入的控制电压值U1、需要输出的电压值U2的关系式为：
通过程序得到的折线图如图5所示。
将中央处理器3计算得到的图5所示的需要输出的电压值U2通过D/A转换模块4转换为模拟信号，并将D/A转换模块4转换后的模拟信号输出到线性U-I转换模块5，线性U-I转换模块5将模拟信号转换为驱动电流信号I，驱动电流信号I控制电液比例阀7比例电磁铁的位移，从而控制电液比例阀7。
本实用新型的控制器支持Modbus通讯和电位器给定控制信号两种输入方式，中央处理器3将输入的控制电压值U1程序线性变换为线性化后的输出电压值U2后，通过D/A转换模块4输出到线性U-I转换模块5，得到驱动电流信号I，从而使最终的控制变量和给定的控制电压信号成线性关系，实现对电液比例阀7的线性化控制，有效避免电液比例阀的工作死区，使电液比例阀工作全程无死区，大大改善了对电液比例阀7控制的速度、精度及稳定性。本实用新型的控制器构造简单，成本低，控制精度高，线性化程度高，适用性强，实际使用中效果好。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种新型电液比例阀线性化控制器，其特征在于，包括A/D转换模块、通讯模块、中央处理器、D/A转换模块和线性U-I转换模块，其中所述A/D转换模块、通讯模块分别连接到所述中央处理器，所述中央处理器连接所述D/A转换模块，所述D/A转换模块连接所述线性U-I转换模块，所述线性U-I转换模块连接电液比例阀；
所述中央处理器通过所述A/D转换模块和/或所述通讯模块接收控制电压值，并通过程序进行线性变换，将控制电压值变换为线性化后的电压值；
所述线性化后的电压值通过所述D/A转换模块输出到所述线性U-I转换模块，得到驱动电流信号，所述驱动电流信号控制所述电液比例阀。
2.根据权利要求1所述的新型电液比例阀线性化控制器，其特征在于，所述新型电液比例阀线性化控制器还包括存储器。
3.根据权利要求2所述的新型电液比例阀线性化控制器，其特征在于，所述存储器存储所述控制电压值。
4.根据权利要求1所述的新型电液比例阀线性化控制器，其特征在于，所述通讯模块用于和上一级控制器通讯。
5.根据权利要求1所述的新型电液比例阀线性化控制器，其特征在于，所述通讯模块用于远程设定。
Priority Applications (1)
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| CN201520650965.5U CN204961964U (zh) | 2015-08-26 | 2015-08-26 | 一种新型电液比例阀线性化控制器 |
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Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105864482A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-08-17 | 颜愚极 | 一种阀门执行系统 |
| CN108223898A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-29 | 南京钢铁股份有限公司 | 电流型电液比例阀电流反馈系统 |
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2015
- 2015-08-26 CN CN201520650965.5U patent/CN204961964U/zh active Active
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| CN105864482B (zh) * | 2016-06-01 | 2019-03-08 | 颜愚极 | 一种阀门执行系统 |
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