CN219087026U - 一种角度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种角度控制系统。该角度控制系统包括电机、控制模块和阀门；控制模块与电机电连接，用于采集电机在运行过程中的实际角度，并根据实际角度和预先存储的目标角度，控制电机转动的角度；阀门与电机连接，阀门设置有多个通孔，通孔的排布方式为预设排布方式，控制模块还用于通过控制电机转动的角度，控制阀门的开关角度，以调节通孔的流量。本实用新型实施例提供的角度控制系统，能够提高控制可靠性。

Description

一种角度控制系统

技术领域

本实用新型实施例涉及自动控制技术，尤其涉及一种角度控制系统。

背景技术

对于角度控制系统，如控制电机转动的角度控制系统，可控制电机转动的角度。应用各个领域中的电机均需由角度控制系统进行电机的角度控制，若控制电机转动的角度不精确，可能影响需由电机带动的部件性能。因此，需对电机以及电机带动的部件进行可靠控制。

目前，现有的角度控制系统，在控制电机角度，如控制电机带动机械臂或冷却系统中的阀门转动时，控制效果较差，并且在控制电机带动阀门转动时，对流过阀门的流量控制效果不佳，影响控制的可靠性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种角度控制系统，以提高控制可靠性。

本实用新型实施例提供了一种角度控制系统，包括：

电机；

控制模块，与电机电连接，用于采集电机在运行过程中的实际角度，并根据实际角度和预先存储的目标角度，控制电机转动的角度；

阀门，与电机连接，阀门设置有多个通孔，通孔的排布方式为预设排布方式，控制模块还用于通过控制电机转动的角度，控制阀门的开关角度，以调节通孔的流量。

可选的，控制模块包括角度传感器、控制器和驱动器，角度传感器和驱动器均与控制器电连接；

角度传感器用于采集实际角度，控制器具体用于根据目标角度和实际角度，控制电机转动的角度，驱动器用于根据控制器发送的控制信号生成驱动信号，并通过驱动信号驱动电机。

可选的，角度控制系统还包括电源模块，电源模块与控制模块电连接。

可选的，预设排布方式为直线排布方式。

可选的，电机包括轴芯，阀门通过紧固件固定在轴芯。

可选的，角度控制系统还包括歧管，歧管连通阀门。

可选的，角度控制系统还包括流体导管和导管插头，导管插头设置在歧管，流体导管通过导管插头连通歧管。

可选的，角度控制系统还包括导热器，导热器靠近流体导管，用于将待冷却部件的热量传输至流体导管。

可选的，角度控制系统还包括密封圈，密封圈设置在阀门的两端。

可选的，电机为步进电机。

本实用新型实施例提供的角度控制系统，包括电机、控制模块和阀门；控制模块与电机电连接，用于采集电机在运行过程中的实际角度，并根据实际角度和预先存储的目标角度，控制电机转动的角度；阀门与电机连接，阀门设置有多个通孔，通孔的排布方式为预设排布方式，控制模块还用于通过控制电机转动的角度，控制阀门的开关角度，以调节通孔的流量。本实用新型实施例提供的角度控制系统，通过控制模块控制电机转动的角度，进而控制阀门的开关角度，调节流体可流过通孔的数量，从而调节阀门的流量，提高控制可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种角度控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种控制模块的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种阀门的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种电机和阀门的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种电机和阀门的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种角度控制系统的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的另一种阀门的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的一种角度和PWM信号关系的示意图；

图9是本实用新型实施例提供的一种转矩和速度关系的示意图；

图10是本实用新型实施例提供的一种频率和占空比关系的示意图；

图11是本实用新型实施例提供的一种流量系数和占空比关系的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种角度控制系统的结构示意图，该角度控制系统包括：电机10、控制模块20和阀门30；其中，控制模块20与电机10电连接，用于采集电机10在运行过程中的实际角度，并根据实际角度和预先存储的目标角度，控制电机10转动的角度；阀门30与电机10连接，阀门10设置有多个通孔31，通孔31的排布方式为预设排布方式，控制模块20还用于通过控制电机10转动的角度，控制阀门30的开关角度，以调节通孔31的流量。

具体的，阀门30可以是冷却系统中的阀门，阀门30可通过设置的通孔31，使流体由通孔31流过阀门30，从而使得阀门30通过调节流体流过的通孔31数量，控制流体流过阀门30的流量。当控制模块20控制电机运行时，控制模块20采集电机10在运行过程中的实际角度，并根据实际角度和预先存储的目标角度，控制电机10转动的角度。例如，电机10转动的实际角度与目标角度之间有角度差，则控制模块20根据该角度差控制电机10转动角度达到目标角度，使电机10带动阀门30转动至对应的开关角度，此时流体可流过的通孔31的数量为目标角度对应的目标数量，从而实现调节流体流过通孔31的流量，实现角度控制和流量控制。并且，阀门30上的通孔31按照预设排布方式排布，可以使控制模块20控制电机10的转动角度时，通过电机10带动阀门30转动，更好地控制流体可流过的通孔31的数量，提高控制可靠性。

示例性地，电机10通过连接线11与控制模块20电连接，电机的端盖12有固定的螺丝位，端盖12的孔位和电机的螺丝位对准，锁上定位螺丝。阀门30可以用治具固定到预设零点位置，通电校零，这样电机就有了固定的零点位置。确认功能正常后，用螺丝锁上端盖12。电机10中设置矽钢片13可以提高电机10中铁芯的电阻率和最大磁导率，降低铁芯损耗。

另外，本实施例中的电机10和控制模块20也可应用于机械臂，电机10转动时带动机械臂运动，控制模块20可通过控制电机的转动角度，调整机械臂的运动角度。

本实施例提供的角度控制系统，包括电机、控制模块和阀门；控制模块与电机电连接，用于采集电机在运行过程中的实际角度，并根据实际角度和预先存储的目标角度，控制电机转动的角度；阀门与电机连接，阀门设置有多个通孔，通孔的排布方式为预设排布方式，控制模块还用于通过控制电机转动的角度，控制阀门的开关角度，以调节通孔的流量。本实施例提供的角度控制系统，通过控制模块控制电机转动的角度，进而控制阀门的开关角度，调节流体可流过通孔的数量，从而调节阀门的流量，提高控制可靠性。

可选的，控制模块20包括角度传感器21、控制器22和驱动器23，角度传感器21和驱动器23均与控制器22电连接；角度传感器21用于采集实际角度，控制器22具体用于根据目标角度和实际角度，控制电机10转动的角度，驱动器23用于根据控制器22发送的控制信号生成驱动信号，并通过驱动信号驱动电机10。

具体的，控制器22可根据目标角度和实际角度生成控制信号，驱动器23根据控制器22发送的控制信号生成驱动信号，并通过驱动信号驱动电机10，依此控制电机10转动的角度。示例性地，图2是本实用新型实施例提供的一种控制模块的结构示意图，角度传感器21包括角度传感器芯片U1，控制器22包括控制芯片U2，驱动器23包括驱动芯片U3，各芯片的各引脚连接如图2所示。

其中，控制芯片U2读取当前输入信号的PWM占空比，计算由当前角度到达目标角度所需要的脉冲步数，并把脉冲步数信息输出到驱动芯片U3，通过驱动芯片U3驱动电机转动到目标角度，并实时输出角度位置信息。同时，角度传感器芯片U1实时侦测电机的实际角度，并将当前角度和目标角度对比，持续反馈当前角度和目标角度的对比信息，直到电机达到目标角度。如果电机在执行脉冲信号的时候卡住，控制器22通过驱动芯片U3在短时间内加大电机的驱动电流，直到克服阻力，使电机到达目标角度。

进一步地，图2中的PWM_IN为输入信号，CLK_OUT为输出脉冲信号，VDD代表芯片供电，GND代表芯片的接地。角度传感器芯片U1可以实时侦测步进电机轴承端部的磁钢角度，以便控制芯片U2随时读取电机的角度信息。控制芯片U2可以根据输入信号控制电机，输出相应的角度信息。驱动芯片U3用来驱动电机运转。角度传感器芯片U1的脚位说明：VG表示低压侧MOSFET栅极驱动电压，nSLEEP为睡眠模式输入引脚，nENBL为输入使能引脚，AOUT1和AOUT 2为电桥的两个输出端，VIN为电源输入引脚，DIR为方向输入引脚，nFAULT为故障指示引脚，VSET为电流设置引脚，AGND为模拟信号接地引脚，ROSC为恒定关闭时间设置引脚，MS2,MS1为模式选择引脚，BOUT1和BOUT12为另一电桥的两个输出端，STEP为电机的步数输入引脚，用来控制电机转速，VCP为电荷泵输出引脚，CP1和CP12为充电泵电容连接引脚，需要接外接电容。控制芯片U2的脚位PA02-11，PA14-17，PA22-25，PA27，PA28，PA30，PA31为输入/输出引脚。驱动芯片U3的脚位说明：MOSI代表串口(SPI)数据输入，CS代表片选信号，MISO代表串口(SPI)数据输出，GND代表地线，SCLK代表串口(SPI)时钟信号，V、A、Z、B、W、TEST、MGL、NC、U、MGH脚位空接。

可选的，角度控制系统还包括电源模块40，电源模块40与控制模块20电连接。

具体的，参考图2，电源模块40包括电源芯片U4，电源芯片U4与控制芯片U2以及驱动芯片U3电连接，电源模块40输出的电压VDD为控制模块20以及驱动芯片U3供电。例如，电源芯片U4可以输入24V直流电，输出3.3V稳压直流电，供给角度传感器芯片U1、控制芯片U2和驱动芯片U3。其中，电源芯片U4的引脚FB为反馈引脚，AGND为模拟信号接地引脚，SW为开关输出引脚，OUT为电源输出引脚，PGND为功率地接地引脚，IN为供电电压输入引脚，EN/SYNC为使能/同步引脚。

可选的，预设排布方式为直线排布方式。

示例性地，图3是本发明实施例提供的一种阀门的结构示意图，参考图3，通孔31的排布方式为直线排布，排布方式规则，在阀门30的开关角度调整时，便于调整流体可流过的通孔31的数量，以便于流量控制。另外，预设排布方式还可以是其他排布方式，本实施例中的具体排布方式仅为示意性说明，在此不做限定。

可选的，电机10包括轴芯14，阀门30通过紧固件固定在轴芯14。

示例性地，图4是本发明实施例提供的一种电机和阀门的结构示意图，参考图4，电机10的轴芯14与阀门30通过紧固件固定在一起，电机10转动时，电机10的轴芯14所在的轴带动阀门30转动，改变流体可流过的通孔31的数量，以调节流体流过阀门30的流量。

可选的，角度控制系统还包括歧管50，歧管50连通阀门30。

具体的，如图4所示，阀门30位于歧管50的中部，歧管50连通阀门30，使得流过阀门30的流体流至歧管50，从而使流体通过歧管50流通。歧管50和阀门30的具体连通方式可参照现有技术，在此不再赘述。

可选的，角度控制系统还包括流体导管60和导管插头70，导管插头70设置在歧管50，流体导管60通过导管插头70连通歧管50。

示例性地，图5是本发明实施例提供的另一种电机和阀门的结构示意图，参考图5，歧管50连通多个导管插头70，多个流体导管60与多个导管插头70一一对应。流体导管60包括流入导管61和流出导管62。多个导管插头70可以较为均匀地分布，歧管50的两端均连通有导管插头70，歧管50的两端之间的位置连通多个导管插头70，以使歧管50中的流体流至多个流体导管60。

可选的，角度控制系统还包括导热器80，导热器80靠近流体导管60，用于将待冷却部件的热量传输至流体导管60。

示例性地，图6是本发明实施例提供的另一种角度控制系统的结构示意图，参考图6，待冷却部件可固定于导热器80，通过导热器80将待冷却部件产生的热量传输至流体导管60，以通过流体导通60中的流体散热。

可选的，角度控制系统还包括密封圈90，密封圈90设置在阀门30的两端。

示例性地，图7是本发明实施例提供的另一种阀门的结构示意图，参考图7，阀门30的两端均设置有密封圈90，阀门30的定位凹槽32处需要安装密封圈90。密封圈90可以起密封作用，防止在阀门30关闭时因密封不严而导致流体泄漏。

可选的，电机10为步进电机。

示例性地，步进电机的规格：外形尺寸为42*42*48mm，2相，步距角1.8°，轴芯14的一端底部带有磁钢，磁钢为圆柱形，均匀分布N、S两个磁极，轴芯14的另一端设置有键槽，传动键安放在键槽内，对准键槽，阀门30通过紧固螺丝和步进电机的轴芯14固定在一起，并可以用治具控制阀门30安装的高度。步进电机的输入信号采用25KHz的频率，PWM信号的占空比范围为0-100％，控制角度范围为0-81°。驱动器23采用1/8细分，即把1.8°细分为8步，每个驱动脉冲可驱动步进电机转动0.225°。这样设置，角度传感器21的精度可以到达0.225°。步进电机转动81°，共需360个脉冲信号。PWM信号由角度传感器21读取采样，控制器22中控制芯片的采样引脚的AD寄存器可以达到9个数位，可以实现采样的分辨率达到2^9＝512个粒度。每增减0.25％的duty值，步进电机可以走一个细分步，一个细分步为90％/360＝0.25％即0.225°，从而实现对步进电机的高精度控制。

具体地，图8是本发明实施例提供的一种角度和PWM信号关系的示意图，参考图8，电机正转且PWM信号的占空比在10％到100％之间变化时，角度随着占空比增大而增大。步进电机响应时间，如从0°到81°所需要的时间为：步进电机共需要走360细步，如果按照1000步每秒的速度，360/1000＝0.36秒，则步进电机从0°角走到81°共需要0.36秒。图9是本发明实施例提供的一种转矩和速度关系的示意图，参考图9，步进电机输出转矩的计算：360°/0.225°＝1600步，1600步/1000(步/秒)＝1.6S，此时电机的转速为37.5RPM，该转速下对应的电机的输出转矩接近电机的堵转转矩。

示例性地，图10是本发明实施例提供的一种频率和占空比关系的示意图，参考图10，步进电机的轴芯端部，安装有磁钢，角度传感器21通过感应磁钢的磁场，实时侦测步进电机所处的角度，并可通过控制器22将该角度信息通过脉冲信号输出给用户。在本实施例中，当步进电机处于0°角时，输出脉冲的频率为83.3Hz，当步进电机处于81°角时，输出脉冲的频率为533.3Hz。也就是说，步进电机每走一步，即0.225°角，输出脉冲的频率就增减1.25Hz。图10是本发明实施例提供的一种频率和占空比关系的示意图，参考图10，步进电机角度侦测的精度计算：角度传感器21可以检测永磁体的绝对角位置，具体可以通过感应旋转轴上的径向磁钢，快速的数据采集和处理提供精确的角度测量，可测量从0到60000RPM的速度范围，角度传感器21拥有12位分辨率的绝对角编码器，360/2^12＝0.087°，分辨率可达0.087°。

进一步地，步进电机遇到大负载的处理：当步进电机在转动到目标角度的过程中，遇到大的负载或者卡死的情况，控制器22可将步进电机的驱动电流增大到1.8A，并且持续3S，以此来输出大的转矩，带动大的负载，克服阻力。如果3S之内仍然不能到达目标角度，则控制器22控制步进电机暂停，给步进电机30S的待机冷却时间，之后再将步进电机的驱动电流增大到1.8A，并且持续3S，如此循环，直到电机达到目标角度。步进电机角度校零原理：由于步进电机轴承端部的磁钢的角度是随机的，若要得到一致的电机角度，则需对步进电机进行校零，使步进电机的初始位置固定。可以用治具将步进电机的轴承固定在一个零点位置，由控制器22存储电机的初始位置即零点位置，将该零点位置信息记录下来。

示例性地，图11是本发明实施例提供的一种流量系数和占空比关系的示意图，参考图11，阀门30对管道流体的控制：流量系数Cv(或阀门的流量额定值)可以表示为：

其中，Q代表流速(单位：加仑/分钟)，SG代表流体的比重，ΔP代表通过阀门的压降(单位：psi)。这样可以测得如图11所示的PWM信号的占空比与流量系数Cv的关系，实现了用户利用PWM信号的占空比来对管道内流体的控制。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种角度控制系统，其特征在于，包括：

电机；

控制模块，与所述电机电连接，用于采集所述电机在运行过程中的实际角度，并根据所述实际角度和预先存储的目标角度，控制所述电机转动的角度；

阀门，与所述电机连接，所述阀门设置有多个通孔，所述通孔的排布方式为预设排布方式，所述控制模块还用于通过控制所述电机转动的角度，控制所述阀门的开关角度，以调节所述通孔的流量。

2.根据权利要求1所述的角度控制系统，其特征在于，所述控制模块包括角度传感器、控制器和驱动器，所述角度传感器和所述驱动器均与所述控制器电连接；

所述角度传感器用于采集所述实际角度，所述控制器具体用于根据所述目标角度和所述实际角度，控制所述电机转动的角度，所述驱动器用于根据所述控制器发送的控制信号生成驱动信号，并通过所述驱动信号驱动所述电机。

3.根据权利要求2所述的角度控制系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块与所述控制模块电连接。

4.根据权利要求1所述的角度控制系统，其特征在于，所述预设排布方式为直线排布方式。

5.根据权利要求1所述的角度控制系统，其特征在于，所述电机包括轴芯，所述阀门通过紧固件固定在所述轴芯。

6.根据权利要求1所述的角度控制系统，其特征在于，还包括歧管，所述歧管连通所述阀门。

7.根据权利要求6所述的角度控制系统，其特征在于，还包括流体导管和导管插头，所述导管插头设置在所述歧管，所述流体导管通过所述导管插头连通所述歧管。

8.根据权利要求7所述的角度控制系统，其特征在于，还包括导热器，所述导热器靠近所述流体导管，用于将待冷却部件的热量传输至所述流体导管。

9.根据权利要求1所述的角度控制系统，其特征在于，还包括密封圈，所述密封圈设置在所述阀门的两端。

10.根据权利要求1所述的角度控制系统，其特征在于，所述电机为步进电机。

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