TWM651861U - 帶閉環控制的電動比例閥 - Google Patents
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Abstract
本創作涉及電動比例閥技術領域，且公開了帶閉環控制的電動比例閥，包括有電動比例閥本體；磁性編碼器和近伺服閉環系統，所述磁性編碼器和近伺服閉環系統設置在電動比例閥本體上，用於實現精確的定位精度；步進馬達，所述步進馬達設置在電動比例閥本體右端的中部；電路板，所述電路板設置在電動比例閥本體的右端，並用步進馬達進行確定其位置；微控制器和元接觸位置反饋絕對編碼器，所述微控制器和元接觸位置反饋絕對編碼器設置在電路板上，測量步進馬達的轉子軸位置。本創作通過板載電子集成技術，結合“磁性編碼器”，以實現高精度定位，該技術通過“近伺服”閉環系統，能夠以12位分辨率實現精確的定位精度。
Description
本創作涉及電動比例閥技術領域，更具體地說，本創作涉及帶閉環控制的電動比例閥。
電動比例閥是一種把輸入的電信號按比例轉換成力或位移，從而對壓力、流量等參數進行連續控制的一種液壓閥，而現有的電動比例閥基本採用的都是電磁鐵進行控制，從而導致容易出視控制複雜、體積大、溫度高的缺陷。
為了克服現有技術的不足，本創作提供了帶閉環控制的電動比例閥，具有高精度定位、成本低、兼容性廣、控制精度、穏定性和效率高的優點。
為實現上述目的，本創作提供如下技術方案：帶閉環控制的電動比例閥，包括有：電動比例閥本體；磁性編碼器和近伺服閉環系統，所述磁性編碼器和近伺服閉環系統設置在電動比例閥本體上，用於實現精確的定位精度；
步進馬達，所述步進馬達設置在電動比例閥本體右端的中部；電路板，所述電路板設置在電動比例閥本體的右端，並用步進馬達進行確定其位置；微控制器和無接觸位置反饋絕對編碼器，所述微控制器和無接觸位置反饋絕對編碼器設置在電路板上，測量步進馬達的轉子軸位置。
作為本創作的一種優選技術方案，所述無接觸位置反饋絕對編碼器測量步進馬達的轉子軸位置的步驟：步驟1：無接觸位置反饋絕對編碼器包括有磁鐵和感測器，所述磁鐵通常固定在需要測量位置的旋轉或移動物體上，所述感測器設置在電路板上，相對於磁鐵處於保持靜止狀態；步驟2：當磁鐵移動時，它會產生一個強度和方向變化的磁場。這個磁場與感測器互相作用；步驟3：磁性編碼器中最常用的感測器類型是霍爾效應感測器，這些感測器可以檢測磁場的變化並將其轉換為電信號；步驟4：感測器的每個都測量其特定位置處的磁場強度，通過分析感測器的輸出，磁性編碼器可以確定磁鐵相對於感測器的位置；步驟5：感測器的輸出通常是模擬信號，但需要將其轉換為數字格式以進行精確的位置測量，感測器內置的模數轉換器(ADC)將模擬信號轉換為二進制表示；步驟6：無接觸位置反饋絕對編碼器採用12位元編碼器提供12位元的解析度，從而可以將運動範圍分為4096個離散位置，相比低解析度編碼器，這提供了更精確的位置測量和增加的精度；
步驟7：無接觸位置反饋絕對編碼器提供表示位置數據的數字輸出，根據具體的編碼器設計和接口要求，此輸出可以是並行或串列通信協議等不同格式。
作為本創作的一種優選技術方案，所述磁鐵採用磁極相反的磁鐵，而磁鐵的作用為：
步驟一：步進馬達以閉環方式進行控制，以實現近似伺服性能，並使用能夠進行微步進的步進電機驅動器，以實現對步進馬達位置的更精細控制。
步驟二：需要將磁性絕對值12位編碼器與步進電機系統進行集成，這涉及將編碼器安裝在與步進馬達相同的軸上或驅動負載上，具體取決於具體的設置。
步驟三：磁性絕對值編碼器提供準確的位置反饋，指示電機軸或負載的實際位置，該反饋用於閉合位置控制回路，確保精確定位。
步驟四：實現控制算法，例如採用PID(比例-積分-微分)控制器，用於比較期望位置與從編碼器反饋獲得的實際位置，控制器生成適當的控制信號，調整步進電機的運動，使其達到期望位置。
步驟五：通過利用步進電機驅劫器的微步進功能，可以實現更小的步進角，增強系統的解析度，實現更平滑和精確的運動。
步驟六：在操作系統之前，通常會執行校準過程，以建立編碼器位置讀數與實際物理位置之間的對應關係。這確保在整介操作範圍內實現準確定位。
作為本創作的一種優選技術方案，所述電動比例閥本體設計兼容CETOP標準和DIN插頭連接。
作為本創作的一種優選技術方案，所述微控制器與無接觸位置反饋絕對編碼器形成我們步進馬達系統近似伺服控制功能的基礎，進而反過來為電動比例閥本體提供了優異的近似伺服控制精度。
與現有技術相比，本創作的有益效果如下：
1.本創作通過板載電子集成技術，結合“磁性編碼器”，以實現高精度定位，該技術通過“近伺服”閉環系統，能夠以12位分辨率實現精確的定位精度。
2.本創作無需放大器的比例控制：設計無需放大器來控制其比例功能，這種創新簡化了整個系統設計並降低了成本。
3.本創作兼容CETOP標準和DIN插頭連接：電動比例閥本體設計支持CETOP標準和DIN插頭連接，確保與廣泛的液壓系統和行業標準兼容。
4.本創作通過採用電機驅動技術：這種革命性設計取代了傳統的電磁動定向閥，引入了一種新的實現精確流量調節能力的方法，提高了整個系統的效率。
5.本創作通過寬範圍的電源電壓支持：該電動比例閥本體支持廣泛範圍的電源電壓，從12VDC到24VDC，這種靈活性確保與各種電源系統兼容，並簡化了與現有設置的集成。
6.本創作引入了帶有閉環控制的電動液壓比例閥，能夠使用工業標準的4到20mA信號進行操作，提高了控制精度和穏定性。
1:電動比例閥本體
2:磁性編碼器
3:感測器
4:步進馬達
5:電路板
6:微控制器
7:無接觸位置反饋絕對編碼器
8:磁鐵
圖1為本創作整體外觀結構示意圖；圖2為本創作後視剖面結構示意圖；圖3為本創作俯視結構示意圖；圖4為本創作圖2的A部部分大結構示意圖；圖5為本創作磁鐵磁極方向示意圖。
下面將結合本創作實施例中的附圖，對本創作實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本創作一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本創作中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本創作保護的範圍。
如圖1至圖5所示，本創作提供帶閉環控制的電動比例閥，包括有電動比例閥本體1；磁性編碼器2和近伺服閉環系統，磁性編碼器2和近伺服閉環系統設置在電動比例閥本體1上，用於實現精確的定位精度；步進馬達4，步進馬達4設置在電動比例閥本體1右端的中部；電路板5，電路板5設置在電動比例閥本體1的右端，並用步進馬達4進行確定其位置；微控制器6和無接觸位置反饋絕對編碼器7，微控制器6和無接觸位置反饋絕對編碼器7設置在電路板5上，測量步進馬達4的轉子軸位置。
工作時，用步進馬達4進行確定電路板5的位置，從而將電路板5安裝在電動比例閥本體1的右端，然後用微控制器6和無接觸位置反饋絕對編碼器7確定步進馬達4的轉子軸位置；通過設置電動比例閥本體1、磁性編碼器2和近伺服閉環系統，從而形成步進馬達系統近似伺服控制功能的基礎。這反過來為我們提供了優異的近似伺服控制精度。
其中，無接觸位置反饋絕對編碼器7測量步進馬達4的轉子軸位置的步驟：步驟1：無接觸位置反饋絕對編碼器7包括有磁鐵8和感測器3，磁鐵8通常固定在需要測量位置的旋轉或移動物體上，感測器3陣列設置在電路板5上，相對於磁鐵8處於保持靜止狀態；步驟2：當磁鐵8移動時，它會產生一個強度和方向變化的磁場。這個磁場與感測器3互相作用；步驟3：磁性編碼器2中最常用的感測器類型是霍爾效應感測器，這些感測器可以檢測磁場的變化並將其轉換為電信號；步驟4：感測器3的每個都測量其特定位置外的磁場強度，通過分析感測器3的輸出，磁性編碼器2可以確定磁鐵8相對於感測器3的位置；步驟5：感測器3的輸出通常是模擬信號，但需要將其轉換為數字格式以進行精確的位置測量，感測器3內置的模數轉換器ADC將模擬信號轉換為二進制表示；步驟6：無接觸位置反饋絕對編碼器7採用12位元編碼器提供12位元的解析度，從而可以將運動範圍分為4096個離散位置，相比低解析度編碼器，這提供了更精確的位置測量和增加的精度；步驟7：無接觸位置反饋絕對編碼器7提供表示位置數據的數字輸出，根據具體的編碼器設計和接口要求，此輸出可以是並行或串列通信協議等不同格式。
工作時，將磁鐵8和感測器3陣列安裝在預定的位置，然後移動磁鐵8，從而產生一個強度和方向變化的磁場，然後磁性編碼器2檢測磁場的變化並將其轉換為電信號，接著感測器3測量其特定位置處的磁場強度，然後通過
分析感測器3的輸出，磁性編碼器2可以確定磁鐵相對於感測器3的位置，接著通過內置的模數轉換器(ADC)將模擬信號轉換為二進制表示，然後通過12位元編碼器提供12位元的解析度，提供了更精確的位置測量和增加的精度，最終通過輸出接口輸出；通過以上步驟，從而使得無接觸位置反饋絕對編碼器7可以測量出步進馬達4的轉子軸位置。
其中，磁鐵8採用磁極相反的磁鐵8，而磁鐵8的作用為：
步驟一：步進馬達4以閉環方式進行控制，以實現近似伺服性能，並使用能夠進行微步進的步進電機驅動器，以實現對步進馬達4位置的更精細控制。
步驟二：需要將磁性絕對值12位編碼器與步進電機系統進行集成，這涉及將編碼器安裝在與步進馬達4相同的軸上或驅動負載上，具體取決於具體的設置。
步驟三：磁性絕對值編碼器提供準確的位置反饋，指示電機軸或負載的實際位置，該反饋用於閉合位置控制回路，確保精確定位。
步驟四：實現控制演算法，例如採用PID比例-積分-微分控制器，用於比較期望位置與從編碼器反饋獲得的實際位置，控制器生成適當的控制信號，調整步進電機的運動，使其達到期望位置。
步驟五：通過利用步進電機驅動器的微步進功能，可以實現更小的步進角增強系統的分辨率，實現更平滑和精確的運動。
步驟六：在操作系統之前，通常會執行校準過程，以建立編碼器位置讀數與實際物理位置之間的對應關係。這確保在整個操作範圍內實現準確定位。
其中，電動比例閥本體1設計兼容CETOP才標準和DIN插頭連接。
工作時，步進電機控制閉環控制，實現對電機位置的控制後以磁性絕對值12位編碼器與步進電機系統進行集成提供準確的位置反饋，指示電機軸或負載的實際位置，然後生成適當的控制信號，調整步進電機的運動，使其達到期望位置，再通過利用步進電機驅動器的微步進功能，可以實現更小的步進角，增強系統的分辨率，實現更平滑和精確的運動。並與編碼器位置讀數與實際物理位置之間的對應關係。這確保在整介操作範圍內實現準確定位；通過結合步進電機的閉環控制、磁性絕對值編碼器的精確位置反饋和控制演算法的實施，該系統可以實現近似伺服性能。這意味著它可以緊密跟隨期望位置指令，保持位置準確性，並展視出更平滑的運動，接近伺服系統的行為。
其中，微控制器6與無接觸位置反饋絕對編碼器7形成我們步進馬達系統近似伺服控制功能的基礎，進而反過來為電動比例閥本體1提供了優異的近似伺服控制精度。
工作時，微控制器6與無接觸位置反饋絕對編碼器7形成步進馬達系統近似伺服控制功能的基礎近似伺服控制功能的基絀，進而反過來為電動比例閥本體1提供了優異的近似伺服控制精度；
通過設置微控制器6與無接觸位置反饋絕對編碼器7，從而形成我們步進馬達系統近似伺服控制功能的基礎，進而反過來為電動比例閥本體1提了優異的近似伺服控制精度。
本創作的工作原理及使用流程：工作時，用步進馬達4進行確定電路板5的位置，從而將電路板5安裝在電動比例閥本體1的右端，然後用微控制器6和無接觸位置反饋絕對編碼器7確定步進馬達4的轉子軸位置；
接著將磁鐵8和感測器3陣列安裝在預定的位置，然後移動磁鐵8，從而產生一個強度和方向變化的磁場，然後磁性編碼器2檢測磁場的變化並將其轉換為電信號，接著感測器3測量其特定位置處的磁場強度，然後通過分析感測器3的輸出，磁性編碼器2可以確定磁鐵相對於感測器3的位置，接著通過內置的模數轉換器(ADC)將模擬信號轉換為二進制表示，然後通過12位元編碼器提供12位元的解析度，提供了更精確的位置測量和增加的精度，最終通過輸出接口輸出；而磁鐵8工作時，步進電機控制閉環控制，實現對電機位置的控制然後以磁性絕對值12位編碼器與步進電機系統進行集成提供準確的位置反饋，指示電機軸或轉換的實際位置，然後生成適當的控制信號，調整步進電機的運動，使其達到期望位置，再通過利用步進電機驅動器的微步進功能，可以實現更小的步進角，增強系統的解析度，實現更平滑和精確的運動。並與編碼器位置讀數與實際物理位置之同的對應關係。這確保在整個操作範圍內實現準確定位；通過結合步進電機的閉環控制、磁性絕對值編碼器的精確位置反饋和控制演算法的實施，該系統可以實現近似伺服性能。這意味著它可以緊密跟隨期望位置指令，保持位置準確性，並展現出更平滑的運動，接近伺服系統的行為。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括
一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。
儘管已經示出和描述了本創作的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本創作的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變形，本創作的範圍由所附權利要求及其等同物限定。
1:電動比例閥本體
2:磁性編碼器
Claims (5)
- 一種帶閉環控制的電動比例閥，其特徵在於，包括有：電動比例閥本體(1)；磁性編碼器(2)和近伺服閉環系統，所述磁性編碼器(2)和近伺服閉環系統設置在電動比例閥本體(1)上，用於實現精確的定位精度；步進馬達(4)，所述步進馬達(4)設置在電動比例閥本體(1)右端的中部；電路板(5)，所述電路板(5)設置在電動比例閥本體(1)的右端，並用步進馬達(4)進行確定其位置；微控制器(6)和無接觸位置反饋絕對編碼器(7)，所述微控制器(6)和無接觸位置反饋絕對編碼器(7)設置在電路板(5)上，測量步進馬達(4)的轉子軸位置。
- 如申請專利範圍第1項所述之帶閉環控制的電動比例閥，其中所述無接觸位置反饋絕對編碼器(7)測量步進馬達(4)的轉子軸位置的步驟：步驟1：無接觸位置反饋絕對編碼器(7)包括有磁鐵(8)和感測器(3)，所述磁鐵(8)通常固定在需要測量位置的旋轉或移動物體上，所述感測器(3)陣列設置在電路板(5)上，相對於磁鐵(8)處於保持靜止狀態；步驟2：當磁鐵(8)移動時，它會產生一個強度和方向變化的磁場，磁場與感測器(3)互相作用；步驟3：磁性編碼器(2)中最常用的感測器類型是霍爾效應感測器，這些感測器可以檢測磁場的變化並將其轉換為電信號； 步驟4：感測器(3)的每個都測量其特定位置處的磁場強度，通過分析感測器(3)的輸出，磁性編碼器(2)可以確定磁鐵(8)相對於感測器(3)的位置；步驟5：感測器(3)的輸出通常是模擬信號，但需要將其轉換為數字格式以進行精確的位置測量，感測器(3)內置的模數轉換器(ADC)將模擬信號轉換為二進制表示；步驟6：無接觸位置反饋絕對編碼器(7)採用12位元編碼器提供12位元的解析度，從而可以將運動範圍分為4096個離散位置，相比低解析度編碼器，這提供了更精確的位置測量和增加的精度；步驟7：無接觸位置反饋絕對編碼器(7)提供表示位置數據的數字輸出，根據具體的編碼器設計和接口要求，此輸出可以是並行或串行通信協議等不同格式。
- 如申請專利範圍第2項所述之帶閉環控制的電動比例閥，其中所述磁鐵(8)採用磁極相反的磁鐵(8)，而磁鐵(8)的作用為：步驟一：步進馬達(4)以閉環方式進行控制，以實現近似伺服性能，並使用能夠進行微步進的步進電機驅動器，以實現對步進馬達(4)位置的更精細控制；步驟二：需要將磁性絕對值12位編碼器與步進電機系統進行集成，這涉及將編碼器安裝在與步進馬達(4)相同的軸上或驅動負載上，具體取決於具體的設置；步驟三：磁性絕對值編碼器提供準確的位置反饋，指示電機軸或負載的實際位置，該反饋用於閉合位置控制回路，確保精確定位； 步驟四：實現控制演算法，例如採用PID(比例-積分-微分)控制器，用於比較期望位置與從編碼器反饋獲得的實際位置，控制器生成適當的控制信號，調整步進電機的運動，使其達到期望位置；步驟五：通過利用步進電機驅動器的微步進功能，可以實現更小的步進角，增強系統的分辨率，實現更平滑和精確的運動；步驟六：在操作系統之前，通常會執行校準過程，以建立編碼器位置讀數與實際物理位置之間的對應關係；確保在整介操作範圍內實現準確定位。
- 如申請專利範圍第1項所述之帶閉環控制的電動比例閥，其中所述電動比例閥本體(1)設計兼容CETOP標准和DIN插頭連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之帶閉環控制的電動比例閥，其中所述微控制器(6)與無接觸位置反饋絕對編碼器(7)形成我們步進馬達(4)系統近似伺服控制功能的基礎，進而反過來為電動比例閥本體(1)提供了優異的近似伺服控制精度。
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Cited By (1)
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| US11127002B2 (en) | 2018-11-27 | 2021-09-21 | Advanced New Technologies Co., Ltd. | System and method for information protection |
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2023
- 2023-08-29 TW TW112209256U patent/TWM651861U/zh unknown
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| US11127002B2 (en) | 2018-11-27 | 2021-09-21 | Advanced New Technologies Co., Ltd. | System and method for information protection |
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