CN2146024Y

CN2146024Y - 数字电液比例控制装置

Info

Publication number: CN2146024Y
Application number: CN 92245261
Authority: CN
Inventors: 路甬祥; 罗安; 王庆丰
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 1992-12-18
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1993-11-10
Anticipated expiration: 2002-12-18

Abstract

一种数字电液比例控制装置，包括电液比例控制阀、液压缸、光栅位移传感器及由大功率PWM驱动部件、单片机控制部件和小信号放大部件组成的控制系统。以单片机为核心，利用键盘设置参数，采用大功率PWM信号直接驱动电液比例阀，由电液比例阀位移内环和光栅位移传感器外环反馈信号控制液压缸位移，由数码管显示。还备有标准RS—232C 接口，与上位微机构成遥控或多缸协调控制系统。该装置可靠性好，结构大大简化，操作方便，能适用于不同的被控对象。

Description

本实用新型涉及流体控制系统中对流体实现比例控制装置。

在现有技术领域中，电液比例控制装置在整体设计上一般都采用IBM－PC机，A／D、D／A，光电隔离I／O，电液比例放大器或STD工业控制机系统，电液比例放大器组成。由于IBM－PC机和STD工业控制机都是通用型计算机，在设计上都不可能考虑到电液比例控制装置的特点，因而，采用上述两类系统构成的电液比例控制装置冗余较大，体积大，成本高。

本实用新型的目的是提供一种以单片机为核心，配以电液比例控制阀、液压缸、位移传感器及二次仪表、控制算法等，可以精确控制液压缸的位移，使液压缸按一定的波形（三角波、正弦波等）输出位移信号，使整个控制装置的结构大大简化。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是，采用包括电液比例控制阀、液压缸、光栅位移传感器及由大功率PWM驱动部件、单片机控制部件、小信号放大部件组成的控制系统。由键盘设置初始参数，控制系统输出控制电流给电液比例控制阀，使液压缸运动，由电液比例控制阀阀芯位移传感器和液压缸位移传感器产生位移电压信号，经放大、滤波、单片机内A／D采样，数字滤波，控制算法计算后，分别输出控制电流信号送至电液比例控制阀和数码管显示位移值。也可通过装置内RS－232C串行接口与上位微机通信，构成遥控和多缸协调控制。

本实用新型与现有技术相比其优点是：

（1）采用单片机产生的脉宽调制（PWM）信号，经功率驱动直接控制电液比例控制阀及用单片机构成专用电液比例控制系统，配以专用软件，使电液比例位置、速度、力控制系统大大简化，并提高装置的可靠性；

（2）控制参数全部以数字形式给定，操作方便；

（3）配有A／D，光电隔离I／O电路，可应用于小规模的过程控制装置中；

（4）固化PID、模糊、参数自整定和压力补偿等控制算法，能适用于不同的被控对象；

（5）备有RS－232C串行接口电路与上位微机构成遥控系统和多机协调控制。

因此，本装置适用于实验室或干扰严重的工厂现场，可应用于电液比例控制系统，发电机励磁系统，电炉温度控制系统，电机速度控制系统等工程领域中。

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1、本实用新型的结构示意图；

图2、本实用新型的控制系统框图；

图3、本实用新型电路原理图；

图4、大功率PWM驱动电路；

图5、小信号放大电路；

图6、本实用新型机壳外形图。

如图1、图2、图3所示，本装置包括电液比例控制阀、液压缸、光栅位移传感器、控制系统。控制系统19包括：大功率PWM驱动部件：由大功率PWM功率驱动电路3经电液比例控制阀4，液压缸5与光栅位移传感器17的光栅数字接口16连接；单片机控制部件：由电源18经16位单片机1，锁存器6、7，程序存储器8，数据存储器9，键盘控制电路10，键盘和数码显示管11，光电隔离输入／输出电路12，限位开关13，光栅位置传感器17与光栅数字接口电路16连接；小信号放大部件：由小信号放大电路15经模拟开关14与16位单片机1连接。

如图4所示，大功率PWM功率驱动电路，由集电极开路非门U₁，限流电阻R₁，发光二极管D₁，光电隔离驱动芯片U₂，大功率三极管T₁，续流二极管D₂与电液比例控制阀的比例电磁线圈L₁连接。工作过程是：由单片机产生的PWM信号经U₁放大，驱动光电隔离芯片U₂，由该芯片驱动大功率晶体管产生足够的PWM驱动比例电磁铁线圈，使电液比例控制阀工作，二极管D₁的作用是PWM输出供显示，二极管D₂起续流作用，防止L₁产生高压损坏T₁。

如图5所示，小信号放大电路，由工业级运算放大器U₁、U₂、U₃、电阻R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈组成。当R₃＝R₄，R₅＝R₆时，该电路的放大倍数为：Vout／（V₁－V₂）＝R₈／R₅（1＋2R₃／R₂）。

如图6所示，控制系统机壳外形图中，包括由20个键组成的键盘20，由它向控制系统输入数据。8位7段数码管21，它显示被控对象的输出情况。22是RS－232C标准接口输出插座，23是电液比例阀位移信号输入插头，24是PWM大功率输出插座，25是光栅位移传感器接口插座，26是光电隔离I／O插头，27是电源插座。

本实用新型选用MCS－96系列8098芯片的16位单片机1，MC1488和MC1489构成的RS－232C标准串行接口电路2，74LS373锁存器6、7，EPROM2764程序贮储器8，6264数据存储器9，8279键盘控制电路10，TLP521－4光电隔离输入／输出电路12，CD4051模拟开关14，LM224小信号放大电路15，8255光栅位移传感器接口电路16，BU407大功率PWM驱动电路3。

本实用新型的工作过程：在接受从键盘送入的数据（指令信号）后，由单片机产生PWM信号，经PWM功率驱动电路3，驱动电液比例阀4，使液压缸5开始运动，液压缸的位移信号由位移传感器经光栅位移传感17测量，变换成与位移相对应的数字信号，经光栅位移传感器接口16送给单片机，单片机根据该位移反馈信号，采用控制算法使液压缸到达指令给定的位移。小信号放大电路15将电液比例控制阀的阀位移信号放大，然后将此信号经模拟开关送至单片机，构成电液比例阀内环反馈，改善系统的调节性能。控制算法固化在程序存贮器中。数码显示管11随时显示液压缸的位移信号，RS－232C串行接口电路2与有标准接口的上位微机进行数据通信，构成遥控或多缸协调控制系统，限位开关13起限位作用。

Claims

1、一种数字电液比例控制装置，包括电液比例控制阀、液压缸、光栅位移传感器、控制系统，本实用新型的特征是控制系统，它包括：

a.大功率PWM驱动部件：由大功率PWM功率驱动电路[3]经电液比例控制阀[4]，液压缸[5]与光栅位移传感器[17]的光栅数字接口[16]连接；

b.单片机控制部件：由电源[18]经16位单片机[1]，锁存器[6]、[7]，程序存储器[8]，数据存储器[9]，键盘控制电路[10]，键盘和数码显示管[11]，光电隔离输入/输出电路[12]，限位开关[13]，模拟开关[14]与光栅数字接口电路[16]连接；

c.小信号放大部件：包括小信号放大电路[15]经模拟开关[14]与16位单片机[1]连接。

2、根据权利要求1所述的数字电液比例控制装置，其特征是：大功率PWM功率驱动电路〔3〕由集电极开路非门U₁，限流电阻R₁，发光二极管D₁，光电隔离驱动芯片U₂，大功率三极管T₁，续流二极管D₂与电液比例控制阀的比例电磁线圈L₁连接。

3、根据权利要求1所述的数字电液比例控制装置，其特征是：小信号放大电路〔15〕，由U₁、U₂、U₃工业级运算放大器，电阻R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈组成，当R₃＝R₄，R₅＝R₆时，该电路的放大倍数为Vout／（V₁－V₂）＝R₈／R₅（1＋2R₃／R₂）。

4、根据权利要求1所述的数字电液比例控制装置，其特征是：通过装置内RS－232C串行接口电路〔2〕与有标准接口的上位微机进行数据通信。