一種控制液壓閥流量的電路及方法技術

本發明專利技術公開了一種控制液壓閥流量的電路及方法，采用數字化控制電路，可以實現數字化形式控制液壓閥流量，液壓閥流量響應的幅頻寬大于70Hz，相頻寬大于60Hz，分辨率小于0.1％，重疊量小于0.5％。相對于其他液壓閥，幅頻響應寬，靜態特性更穩定。通過數字通信電路，實現控制電路與上位機之間的CAN總線通信，使產品具備實時調試、實時監測參數、使用范圍廣、控制參數保密性強。

Circuit and method for controlling flow of hydraulic valve

The invention discloses a circuit and a method to control the flow of hydraulic valve, digital control circuit can realize digital control of hydraulic valve, hydraulic valve flow response amplitude and phase bandwidth bandwidth greater than 70Hz, more than 60Hz, the resolution is less than 0.1%, the amount of overlap is less than 0.5%. Compared with other hydraulic valves, the amplitude frequency response is wide, and the static characteristics are more stable. Through the digital communication circuit, the CAN bus communication between the control circuit and the host computer is realized, and the product has the advantages of real-time debugging, real-time monitoring of parameters, wide range of use, and strong confidentiality of the control parameters.

【技術實現步驟摘要】
一種控制液壓閥流量的電路及方法
本專利技術涉及一種控制液壓閥流量的電路及方法，屬于自動控制領域。
技術介紹
先導級射流閥的控制方式通常采用模擬器件進行閉環控制，計算指令與反饋的誤差，通過放大器放大后輸出至驅動單元，驅動先導級線圈，最終實現對液壓閥的控制。但現有的控制方式并不具備實時調試能力，同時無法實時監測工作參數，測控系統無法了解當前液壓閥的各個閉環的工作狀態，由于使用模擬方式控制，所有控制參數均以阻容方式給出，對于同系列不同型號的液壓閥，需要調整不同的阻容值，或更改電路設計，不適合通用化設計，控制對象單一，控制參數以電阻電容方式顯示，容易被破解，不具備數字式的控制方法。
技術實現思路
本專利技術的技術解決問題：為克服現有技術的不足，提供一種控制液壓閥流量的電路及方法，以實現數字化形式控制液壓閥流量，使產品具備實時調試、實時監測參數、使用范圍廣、控制參數保密性強的特征。本專利技術的技術解決方案：一種控制液壓閥流量的電路，包含液壓閥、位移反饋采樣電路、電流反饋采樣電路、指令調理電路、上位機、電源轉換電路、功率驅動電路、數字通信電路、控制電路；液壓閥將其閥芯位移信號、閥線圈電流信號分別傳遞至位移反饋采樣電路和電流反饋采樣電路；位移反饋采樣電路接收液壓閥傳遞的閥芯位移信號，處理成控制電路可接收的電壓信號，并將該電壓信號傳遞至控制電路；電流反饋采樣電路接收液壓閥傳遞的閥線圈電流信號，處理成控制電路可接收的電壓信號，并將該電壓信號傳遞至控制電路；上位機發送數字化電平信號至數字通信電路，數字通信電路接收上位機傳遞的數字化電平信號，將數字化電平信號轉換成控制電路可接收的電平信號，并將該電平信號傳遞至控制電路；若數字通信電路失效，上位機發送模擬指令至指令調理電路，指令調理電路接收上位機發送模擬指令，處理成控制電路可接收的電壓信號，并將該電壓信號傳遞至控制電路；控制電路接收位移反饋采樣電路、電流反饋采樣電路傳遞的電壓信號，及數字通信電路的數字電平信號或指令調理電路傳遞的電壓信號，控制電路對上述電壓信號進行數字轉換，將位移反饋采樣電路的電壓信號轉換為數字位移反饋值，將電流反饋采樣電路的電壓信號轉換為數字電流反饋值，將指令調理電路的電壓信號轉換為數字指令控制值，將數字通信電路的數字電平信號解析為數字指令控制值；數字指令控制值與數字位移反饋值進行PID運算，其結果與數字電流反饋值再進行PID運算；將計算出的最終運算結果通過PWM控制量生成方法得到閥線圈控制值，并轉換成閥線圈控制信號；控制電路將數字位移反饋值、數字電流反饋值、數字指令控制值和閥線圈控制值通過數字通信電路傳遞至上位機；控制電路將閥線圈控制信號傳遞給功率驅動電路，驅動電路接收閥線圈控制信號并進行信號放大，將處理后的信號傳遞至液壓閥。還包括電源轉換電路，可將一次電源24V轉換至16V、8V、5V、3.3V和1.9V，為電路供電。所述的PID運算方法為：(1)位置閉環運算：Pout＝Kcp×Stp+Kpp×(Stp-Fbp)+Tip×∑(Stp-Fbp)Stp為經歸一化處理后的數字指令控制值，Fbp為歸一化處理后的數字位移反饋，Kcp為位置閉環運算的前饋項，其值在0至2之間，Kpp為位置閉環運算的比例項，其值在2至20之間，Tip為位置閉環運算的積分項，其值在0.01至0.3之間，Pout為位置閉環運算結果，對該結果需要進行限幅，使Pout在1.0至2.0之間；(2)電流閉環運算：Cout＝Kcc×Pout+Kpc×(Pout-Fbc)+Tic×∑(Pout-Fbc)Fbc為歸一化處理后的數字電流反饋值，Kcc為電流閉環運算的前饋項，其值在0至3之間，Kpc為電流閉環運算的比例項，其值在2至5之間，Tic為電流閉環運算的積分項，其值在0.01至0.5之間，Cout為電流閉環運算結果，對該結果需要進行限幅，使Cout0.7至1.0之間。所述PWM控制量生成方法為：O＝M+D×CoutO為閥線圈控制值，M為PWM信號載波的中間值，D為PWM信號的最大/最小幅值，其值在5000至5800之間。一種控制液壓閥流量的方法，液壓閥包括閥線圈、射流管、閥芯，具體步驟為：(1)電源變換：將一次電源24V轉換至16V、8V、5V、3.3V和1.9V，為電路供電；(2)反饋信息采集：液壓閥將其閥芯位移信號、閥線圈電流信號分別傳遞至位移反饋采樣電路和電流反饋采樣電路；位移反饋采樣電路接收液壓閥傳遞的閥芯位移信號，處理成控制電路可接收的電壓信號，并將該電壓信號傳遞至控制電路；電流反饋采樣電路接收液壓閥傳遞的閥線圈電流信號，處理成控制電路可接收的電壓信號，并將該電壓信號傳遞至控制電路；(3)指令信號轉換：上位機發送數字化電平信號至數字通信電路，數字通信電路接收上位機傳遞的數字化電平信號，將數字化電平信號轉換成控制電路可接收的電平信號，并將該電平信號傳遞至控制電路；若數字通信電路失效，上位機發送模擬指令至指令調理電路，指令調理電路接收上位機發送模擬指令，處理成控制電路可接收的電壓信號，并將該電壓信號傳遞至控制電路；(4)閉環運算：控制電路接收位移反饋采樣電路、電流反饋采樣電路傳遞的電壓信號，及數字通信電路的數字電平信號或指令調理電路傳遞的電壓信號，控制電路對上述電壓信號進行數字轉換，位移反饋采樣電路的電壓信號轉換為數字位移反饋值，電流反饋采樣電路的電壓信號轉換為數字電流反饋值，指令調理電路的電壓信號轉換為數字指令控制值，數字通信電路的數字電平信號解析為數字指令控制值；數字指令控制值與數字位移反饋值進行PID運算，其結果與數字電流反饋量再進行PID運算，得到閥線圈控制值，并轉換成閥線圈控制信號；(5)流量控制：控制電路將數字位移反饋值、數字電流反饋值、數字指令控制值和閥線圈控制值通過數字通信電路傳遞至上位機，控制電路將閥線圈控制信號傳遞給功率驅動電路，驅動電路接收閥線圈控制信號并進行信號放大，將處理后的信號傳遞至液壓閥，液壓閥中的閥線圈接收控制信號，從而控制射流管噴油的流向，調整液壓閥兩個控制腔的壓力，使閥芯移動，最終控制液壓閥的流量。控制電路與上位機之間的信號傳遞通過CAN總線，該CAN總線可以實時調整PID控制算法的參數。CAN總線實時調整PID參數的方法：在每個周期的閉環控制過程中，實時解析CAN總線傳遞的PID控制參數，并在控制過程中實時載入解析后的PID參數，以實現實時調整PID參數。液壓閥流量響應的幅頻寬大于70Hz，相頻寬大于60Hz。液壓閥流量響應的分辨率小于0.1％，重疊量小于0.5％。本專利技術與現有技術相比具有如下有益效果：(1)本專利技術采用數字化控制電路，可以實現數字化形式控制液壓閥流量，液壓閥流量響應的幅頻寬大于70Hz，相頻寬大于60Hz，分辨率小于0.1％，重疊量小于0.5％。相對于其他液壓閥，幅頻響應寬，靜態特性更穩定；(2)本專利技術通過數字通信電路，實現控制電路與上位機之間的CAN總線通信，使產品具備實時調試、實時監測參數、使用范圍廣、控制參數保密性強。附圖說明圖1為本專利技術電路結構示意圖；圖2為本專利技術方法框圖；圖3為本專利技術圖1電路的具體結構圖；圖4為本專利技術控制指令與液壓閥流量關系圖；圖5為本專利技術液壓閥流量滯環寬度示意圖；圖6為本專利技術頻點的幅度衰減量和相位滯后量關系圖；圖7本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種控制液壓閥流量的電路，其特征在于，包含液壓閥(1)、位移反饋采樣電路(2)、電流反饋采樣電路(3)、指令調理電路(4)、上位機(5)、電源轉換電路(6)、功率驅動電路(7)、數字通信電路(8)、控制電路(9)；液壓閥(1)將其閥芯位移信號、閥線圈電流信號分別傳遞至位移反饋采樣電路(2)和電流反饋采樣電路(3)；位移反饋采樣電路(2)接收液壓閥(1)傳遞的閥芯位移信號，處理成控制電路(9)可接收的電壓信號，并將該電壓信號傳遞至控制電路(9)；電流反饋采樣電路(3)接收液壓閥(1)傳遞的閥線圈電流信號，處理成控制電路(9)可接收的電壓信號，并將該電壓信號傳遞至控制電路(9)；上位機(5)發送數字化電平信號至數字通信電路(8)，數字通信電路(8)接收上位機(5)傳遞的數字化電平信號，將數字化電平信號轉換成控制電路(9)可接收的電平信號，并將該電平信號傳遞至控制電路(9)；若數字通信電路(8)失效，上位機(5)發送模擬指令至指令調理電路(4)，指令調理電路(4)接收上位機(5)發送模擬指令，處理成控制電路(9)可接收的電壓信號，并將該電壓信號傳遞至控制電路(9)；控制電路(9)接收位移反饋采樣電路(2)、電流反饋采樣電路(3)傳遞的電壓信號，及數字通信電路(8)的數字電平信號或指令調理電路(4)傳遞的電壓信號，控制電路(9)對上述電壓信號進行數字轉換，將位移反饋采樣電路(2)的電壓信號轉換為數字位移反饋值，將電流反饋采樣電路(3)的電壓信號轉換為數字電流反饋值，將指令調理電路(4)的電壓信號轉換為數字指令控制值，將數字通信電路(8)的數字電平信號解析為數字指令控制值；數字指令控制值與數字位移反饋值進行PID運算，其結果與數字電流反饋值再進行PID運算；將計算出的最終運算結果通過PWM控制量生成方法得到閥線圈控制值，并轉換成閥線圈控制信號；控制電路(9)將數字位移反饋值、數字電流反饋值、數字指令控制值和閥線圈控制值通過數字通信電路(8)傳遞至上位機(5)；控制電路(9)將閥線圈控制信號傳遞給功率驅動電路(7)，驅動電路(7)接收閥線圈控制信號并進行信號放大，將處理后的信號傳遞至液壓閥(1)。...

【技術特征摘要】
1.一種控制液壓閥流量的電路，其特征在于，包含液壓閥(1)、位移反饋采樣電路(2)、電流反饋采樣電路(3)、指令調理電路(4)、上位機(5)、電源轉換電路(6)、功率驅動電路(7)、數字通信電路(8)、控制電路(9)；液壓閥(1)將其閥芯位移信號、閥線圈電流信號分別傳遞至位移反饋采樣電路(2)和電流反饋采樣電路(3)；位移反饋采樣電路(2)接收液壓閥(1)傳遞的閥芯位移信號，處理成控制電路(9)可接收的電壓信號，并將該電壓信號傳遞至控制電路(9)；電流反饋采樣電路(3)接收液壓閥(1)傳遞的閥線圈電流信號，處理成控制電路(9)可接收的電壓信號，并將該電壓信號傳遞至控制電路(9)；上位機(5)發送數字化電平信號至數字通信電路(8)，數字通信電路(8)接收上位機(5)傳遞的數字化電平信號，將數字化電平信號轉換成控制電路(9)可接收的電平信號，并將該電平信號傳遞至控制電路(9)；若數字通信電路(8)失效，上位機(5)發送模擬指令至指令調理電路(4)，指令調理電路(4)接收上位機(5)發送模擬指令，處理成控制電路(9)可接收的電壓信號，并將該電壓信號傳遞至控制電路(9)；控制電路(9)接收位移反饋采樣電路(2)、電流反饋采樣電路(3)傳遞的電壓信號，及數字通信電路(8)的數字電平信號或指令調理電路(4)傳遞的電壓信號，控制電路(9)對上述電壓信號進行數字轉換，將位移反饋采樣電路(2)的電壓信號轉換為數字位移反饋值，將電流反饋采樣電路(3)的電壓信號轉換為數字電流反饋值，將指令調理電路(4)的電壓信號轉換為數字指令控制值，將數字通信電路(8)的數字電平信號解析為數字指令控制值；數字指令控制值與數字位移反饋值進行PID運算，其結果與數字電流反饋值再進行PID運算；將計算出的最終運算結果通過PWM控制量生成方法得到閥線圈控制值，并轉換成閥線圈控制信號；控制電路(9)將數字位移反饋值、數字電流反饋值、數字指令控制值和閥線圈控制值通過數字通信電路(8)傳遞至上位機(5)；控制電路(9)將閥線圈控制信號傳遞給功率驅動電路(7)，驅動電路(7)接收閥線圈控制信號并進行信號放大，將處理后的信號傳遞至液壓閥(1)。2.如權利要求1所述的一種控制液壓閥流量的電路，其特征在于，還包括電源轉換電路(6)，可將一次電源24V轉換至16V、8V、5V、3.3V和1.9V，為電路供電。3.如權利要求1所述的一種控制液壓閥流量的電路，其特征在于，所述的PID運算方法為：(1)位置閉環運算：Pout＝Kcp×Stp+Kpp×(Stp-Fbp)+Tip×∑(Stp-Fbp)Stp為經歸一化處理后的數字指令控制值，Fbp為歸一化處理后的數字位移反饋，Kcp為位置閉環運算的前饋項，其值在0至2之間，Kpp為位置閉環運算的比例項，其值在2至20之間，Tip為位置閉環運算的積分項，其值在0.01至0.3之間，Pout為位置閉環運算結果，對該結果需要進行限幅，使Pout在1.0至2.0之間；(2)電流閉環運算：Cout＝Kcc×Pout+Kpc×(Pout-Fbc)+Tic×∑(Pout-Fbc)Fbc為歸一化處理后的數字電流反饋值，Kcc為電流閉環運算的前饋項，其值在0至3之間，Kpc為電流閉環運算的比例項，其值在2至5之間，Tic為電流閉環運算的積分項，其值在0.01至0.5之間，Cout為電流閉環運算結果，對該結果需要進行限幅，使Cout0.7至1.0之間。4.如權利要求3所述的一種控制液壓閥流量的電路，其特征在于，所述PWM控制量生成方法為：O＝M+D×CoutO為閥線圈控制值，M為PWM信號載波的中間值，D為PWM信號的最大/最小幅值，其值在5000至5800之間。5.一種控制液壓閥流量的方法，液壓閥包括閥線圈、射流管、閥芯，其特征在于，具體步驟為：(1)電源變換：將一次電源24V轉換至16V、8V、5V、3.3V和1.9V，為電路供電；(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何雨昂，袁建光，張華，樊茜，陳鵬，姜迪開，
申請(專利權)人：北京精密機電控制設備研究所，
類型：發明
國別省市：北京,11