基于ARM的高速开关阀桥控制放大器的研究

发布时间：2017-05-29 03:08

  本文关键词：基于ARM的高速开关阀桥控制放大器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：与传统的阀口连续控制的滑阀相比,高速开关阀具有加工容易、工作可靠、耐污染、易维护和便于实现计算机控制等优点,以高速开关阀构成的液压阀桥为先导阀的比例阀代替传统比例阀,是工程机械等高污染应用领域的趋势之一。作为先导阀的高速开关阀桥须依据主阀芯的位置给定信号与反馈信号,有效控制进入主阀控制腔的先导流量,从而控制比例阀主阀开度,其关键问题是构建高速开关阀桥控制规律,设计出可有效实现该控制规律的阀桥控制放大器硬件和软件。本文以四个高速开关阀(两个常开阀和两个常闭阀)构成的液压阀桥为研究对象,研究了如下内容:分析了其作为比例阀先导阀时的工作原理,类比负遮盖四边滑阀工作原理,提出了高速开关阀桥两半桥PWM(脉宽调制)互补控制方法:1)高速开关阀桥在工作过程中,以主阀芯位置偏差为依据,经PID控制算法,获得四路高速开关阀的PWM信号占空比的变化规律;2)阀桥由左右半桥组成,控制每个半桥的两个高速开关阀(一常开一常闭)的PWM信号占空比变化规律相同;3)控制左半桥与右半桥的高速开关阀的PWM信号占空比变化规律相反,左右半桥PWM信号占空比之和始终为1,构成两半桥互补控制;4)当主阀芯未达目标位置时,左右半桥高速开关阀PWM信号占空比不同,主阀芯响应PWM信号平均值,向占空比大的对应方向运动;5)当主阀芯达到目标位置时,左右半桥互补的PWM信号占空比相等,主阀芯在目标位置处高频小幅颤振,有效的提高了主阀的动态特性。该控制方法已申报了发明专利。建立了高速开关阀桥为先导阀控制比例阀主阀芯的模型,并在AMESim中采用两半桥PWM互补控制规律进行了仿真,验证了该互补控制方法的正确性。设计了以ARM处理器为主控芯片的高速开关阀桥控制器和以四个CMOS管组成H桥驱动电路的功率放大级,以及电源电路、LVDT(阀芯位置反馈传感器)驱动电路、LVDT反馈测量放大电路、采样信号放大电路和CAN总线通信接口等主要的硬件电路,编写了PWM信号生成程序,A/D转换程序以及PID控制算法程序等,采用LabVIEW开发了控制放大器参数设置和调试的上位机人机界面。构建了以ARM开发板为基础,以丹弗斯公司的PVE阀(高速开关阀桥部分和LVDT部分)为控制对象的高速开关阀桥控制方法实验系统,实验验证了高速开关阀桥控制规律的有效性。
【关键词】：高速开关阀桥 ARM处理器 控制放大器 PWM
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH137.5
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题研究背景及意义10
• 1.3 国内外研究现状10-16
• 1.3.1 高速开关阀国内外研究现状10-12
• 1.3.2 高速开关电磁铁国内外发展现状12-14
• 1.3.3 高速开关阀电液控制器概述14-15
• 1.3.4 高速开关阀控制放大器的国内外发展现状15-16
• 1.4 论文主要内容16-18
• 第2章 高速开关阀桥控制放大器控制策略研究18-29
• 2.1 PWM控制的高速开关阀18-19
• 2.1.1 高速开关阀结构及原理18-19
• 2.1.2 高速开关阀性能参数19
• 2.2 高速开关阀桥的组成及其脉宽调制原理19-22
• 2.2.1 高速开关阀桥的组成20
• 2.2.2 PWM信号产生原理20-21
• 2.2.3 高速开关阀PWM信号的控制原理21-22
• 2.3 高速开关阀桥两半桥PWM互补控制方法22-28
• 2.3.1 负遮盖四边滑阀工作原理22-24
• 2.3.2 高速开关阀桥两半桥PWM互补控制方法及仿真分析24-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 高速开关阀桥控制放大器的硬件设计29-40
• 3.1 高速开关阀桥控制放大器硬件系统的组成29
• 3.2 主控制器模块29-31
• 3.2.1 选择控制器主控芯片所要考虑的因素29-30
• 3.2.2 ARM与单片机的比较30-31
• 3.2.3 主控芯片的主要性能参数31
• 3.3 控制系统硬件电路31-38
• 3.3.1 主控芯片核心电路31-32
• 3.3.2 电源电路32-33
• 3.3.3 功率放大电路模块33-35
• 3.3.4 LVDT驱动电路与反馈测量电路35-36
• 3.3.5 CAN通信电路36-38
• 3.4 硬件抗干扰措施38
• 3.5 本章小结38-40
• 第4章 高速开关阀桥控制放大器软件系统设计40-47
• 4.1 PWM信号生成程序40-41
• 4.2 A/D转换程序41-43
• 4.3 高速开关阀桥两半桥PWM信号互补控制算法43-46
• 4.4 上位机人机界面设计46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 高速开关阀桥控制放大器实验研究47-53
• 5.1 高速开关阀桥实验系统的组成47-48
• 5.2 高速开关阀桥控制放大器控制规律实验验证48-51
• 5.2.1 高速开关阀桥控制放大器实验原理48
• 5.2.2 测试系统的设计48-49
• 5.2.3 控制放大器测试49-51
• 5.3 高速开关阀桥为导阀的比例阀控制性能实验设计51-52
• 5.3.1 高速开关阀桥为导阀的比例阀的结构及工作原理51
• 5.3.2 液压系统设计51-52
• 5.4 本章小结52-53
• 结论与展望53-55
• 1 结论53
• 2 展望53-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录59-60
• 附录B 科研实践60

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本文编号：404016