基于磁流变液的力反馈装置的程控恒流源电路制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于磁流变液的力反馈装置的程控恒流源电路，由主控电路、恒流控制电路、线性稳压电源电路、2.048V参考电压电路和数模转换电路组成。本发明专利技术通过主控芯片内置的SPI总线发送数字信号给数模转换电路，数模转换电路在主控电路的控制下输出可调节的稳定电压给恒流控制电路，恒流控制电路将采样电阻的电压反馈回主控电路，通过主控芯片内嵌的A/D控制器完成对电压采样值的模数转换，进而将设定的电流值与实际输出电流值进行比较，并采用PI控制算法对电流偏差值进行实时调整，使得阻尼器两端的电压随阻尼器的变化而变化，实现恒流的功能。本发明专利技术能够实现三路输出，具有运行稳定可靠，纹波特性良好的优点，在高精度小功率领域具有较高的实用价值。

Program controlled constant current source circuit based on force feedback device of magneto rheological fluid

The invention discloses a feedback device based on magnetorheological fluid force controlled constant current source circuit, the main control circuit, constant current control circuit, power supply circuit, linear regulator 2.048V voltage reference circuit and analog conversion circuit. The invention to the DAC circuit by sending digital signal of SPI bus in the master chip, the digital analog conversion circuit output voltage can be adjusted to a constant current control circuit in the control of the main control circuit, constant current voltage control circuit sampling resistor feedback back to the main control circuit, completed the analog-to-digital conversion of voltage sampling value through the main control chip embedded A/D controller, and then set the current value compared with the actual value of the output current, and the PI control algorithm to adjust the current deviation value, the voltage at both ends of the damper changes with the change of the damper, to achieve the function of constant current. The invention has the advantages of stable operation, good reliability and good ripple characteristic, and has high practical value in the field of high precision and small power, which is capable of realizing the three way output.

【技术实现步骤摘要】
基于磁流变液的力反馈装置的程控恒流源电路
本专利技术涉及一种程控恒流源电路，具体涉及一种用于程序控制基于磁流变液的力反馈装置的恒流源电路设计。
技术介绍
磁流变液是一种新型的智能材料，其最独特之处是其流变效应，即在外磁场作用下，它可在液态和类固态之间进行快速、可逆的转换，磁流变液因其自身的特殊的流变效应而被学者广泛研究，以磁流变液为工作介质的力反馈装置即磁流变液阻尼器也具有相当高的热度。当给阻尼器提供恒定的电流，阻尼器就可以输出恒定的阻尼器力矩。目前，如何对阻尼器实现高精度的实时控制一直是个难点。恒流源是输出电流保持恒定的电流源，其输出电流不因负载变化而改变，不因环境温度变化而改变。当环境变化或者负载变化时，恒流源可以通过内部的反馈电路和调整电路使得电流重新恒定。目前，大多数应用于教学和工程领域的恒流源电路，其输出电流的调节是采用电位器实现的，电位器本身精度不是很高，造成调节输出电流的精度不可能很高。而数控往往能保证高精度和良好的实时性，因此采用程序控制代替传统电位器的功能是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种基于磁流变液的力反馈装置的程控恒流源电路，能够根据STM32单片机设定的输出电流值自行调节输出电流大小，具有响应迅速，恒流精度高，输出电流调节范围大的特点。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术公开了基于磁流变液的力反馈装置的程控恒流源电路，包括主控电路、恒流控制电路、线性稳压电源电路、2.048V参考电压电路和数模转换电路组成。该电路在实现过程中，使用意法半导体公司生产，以ARMCortex-M3为内核架构的STM32F103RET6作为主控芯片。通过主控芯片内置的SPI总线发送数字信号给数模转换电路，数模转换电路在主控电路的控制下输出可调节的稳定电压给恒流控制电路，恒流控制电路将采样电阻的电压反馈回主控电路，通过主控芯片内嵌的A/D控制器完成对电压采样值的模数转换，进而将设定的电流值与实际输出电流值进行比较，并采用PI控制算法对电流偏差值进行实时调整，直至输出电流值逼近设定电流值满足精度，使得阻尼器两端的电压随阻尼器的变化而变化，从而实现恒流的功能。通过上述方式，本专利技术能够实现三路输出，输出电流范围为200mA～2000mA，绝对误差小于0.1％+3mA，具有运行稳定可靠，纹波特性良好的优点，在高精度小功率领域具有较高的实用价值。基于磁流变液的力反馈装置的程控恒流源电路，包括线性稳压电路、主控电路、数模转换电路、2.048V参考电压电路、恒流控制电路以及负载；所述主控电路、数模转换电路、恒流控制电路以及负载依次连接；所述线性稳压电路的输入端接24V开关电源，输出采用分级输出，输出端分别与所述恒流控制电路、所述数模转换电路、2.048V参考电压电路及所述主控电路连接并为其提供电压；所述主控电路通过串口和上位机双向通讯，接收串口下发设定的电流值，通过在其内置的SPI总线发送数字信号给所述数模转换电路；所述数模转换电路在所述主控电路的控制下输出可调节的稳定电压给所述恒流控制电路；所述恒流控制电路接收所述数模转换电路输出的稳定电压，并施加于负载；所述负载为以磁流变液为工作介质的力反馈装置；在所述恒流控制电路与所述负载之间连接有用于采集反馈电压的采样电阻；所述采样电阻将采集电压并通过恒流控制电路反馈给主控电路；所述主控电路通过其内嵌的A/D控制器将采集电压进行模数转换；将设定的电流值与实际输出电流值进行比较，并采用PI控制算法对电流偏差值进行实时调整，直至输出电流值逼近设定电流值满足精度。所述负载为磁流变阻尼器。所述恒流控制电路有三路；每路所述恒流控制电路分别连接有数模转换电路与负载。所述线性稳压电路包括24V直流电源输入接口P1、拨动开关U1、肖特基二极管、滤波电容、散热片和三端稳压芯片U2、U5、U6；所述24V直流电源输入接口P1外接开关电源，拨动开关U1与P1相连，用于控制整个电路的通断；三端稳压芯片U2的输入端连接拨动开关U1，用于将输入电压降压稳压后从U2的输出端输出稳定的15V电压为恒流控制电路提供电压；三端稳压芯片U5的输入端与U2输出端连接，用于将输入电压降压稳压后从U5的输出端输出稳定的5V电压为数模转换电路和2.048V参考电压电路提供电压；三端稳压芯片U6的输入端连接U5的输出端，用于对输入电压再进行一次降压稳压从U6的输出端输出稳定的3.3V电压为主控电路提供电压。所述主控电路包括单片机最小系统电路、程序下载接口电路和串口电平转换电路；其中最小系统电路留出SPI总线引脚的接口，与数模转换电路相连接；程序下载接口和单片机的下载引脚相连；电平转换电路中电平转换芯片的其中一端与单片机的串口收发地引脚相连，另一端通过九针串口与PC端相连。所述恒流控制电路包括集成运放、继电器、采样电阻、滤波电容、输出接口和电压反馈接口；所述集成运放的输入端连接接数模转换电路的输出端，输出端连接接所述采样电阻和继电器；所述采样电阻的一端与所述负载和所述电压反馈接口相连，另一端连接继电器。本专利技术的有益效果在于：上位机软件经串口把设定的电流值发给主控芯片，STM32单片机使用内置的SPI总线发送数字信号给数模转换电路，数模转换电路输出可调节的稳定电压给恒流控制电路，恒流控制电路将采样电阻的电压反馈回主控电路。通过主控芯片内嵌的A/D控制器完成对电压采样值的模数转换，进而将设定的电流值与实际输出电流值进行比较，并采用PI控制算法对电流偏差值进行实时调整。本专利技术能够实现三路输出，缩小了电路板的尺寸，降低了成本。输出电流范围为200mA～2000mA，绝对误差小于0.1％+3mA，具有运行稳定可靠，纹波特性良好的优点，在高精度小功率领域具有较高的实用价值。附图说明图1为本专利技术一种基于磁流变液的力反馈装置的程控恒流源电路原理框图；图2为本专利技术线性稳压电源电路原理图；图3为本专利技术主控电路原理图；图4为本专利技术数模转换电路原理图；图5为本专利技术恒流控制电路原理图；图6为本专利技术2.048V参考电压电路原理图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。本专利技术实施例包括：如图1所示，本专利技术一种基于磁流变液的力反馈装置的程控恒流源电路包括：线性稳压电源电路、主控电路、数模转换电路(1-3)、恒流控制电路(1-3)以及2.048V参考电压电路(1-3)。线性稳压电源电路的输入端接24V开关电源，开关电源完成交流电到直流电的转换工作。线性稳压电源电路的输出采用分级输出，输出15V提供恒流控制电路的电压，输出5V提供模数转换电路和2.048V参考电压电路的电压，以及输出3.3V提供主控电路的电压。主控电路通过串口和上位机实现稳定的双向通讯，串口下发设定的电流值并转换成数字信号，再通过主控芯片内置的SPI总线发送数字信号给数模转换电路，数模转换电路在主控电路的控制下输出可调节的稳定电压给恒流控制电路，作为恒流控制电路的正向输入电压，恒流控制电路要对这个电压进行放大，然后放大后的输出电压加在磁流变阻尼器两端，实现对磁流变阻尼器的控制。恒流控制电路(1-3)连接负载，负载为以磁流变液为工本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于磁流变液的力反馈装置的程控恒流源电路，其特征在于，包括线性稳压电路、主控电路、数模转换电路、2.048V参考电压电路、恒流控制电路以及负载；所述主控电路、数模转换电路、恒流控制电路以及负载依次连接；所述线性稳压电路的输入端接24V开关电源，输出采用分级输出，输出端分别与所述恒流控制电路、所述数模转换电路、2.048V参考电压电路及所述主控电路连接并为其提供电压；所述主控电路通过串口和上位机双向通讯，接收串口下发设定的电流值，通过在其内置的SPI总线发送数字信号给所述数模转换电路；所述数模转换电路在所述主控电路的控制下输出可调节的稳定电压给所述恒流控制电路；所述恒流控制电路接收所述数模转换电路输出的稳定电压，并施加于负载；所述负载为以磁流变液为工作介质的力反馈装置；在所述恒流控制电路与所述负载之间连接有用于采集反馈电压的采样电阻；所述采样电阻将采集电压并通过恒流控制电路反馈给主控电路；所述主控电路通过其内嵌的A/D控制器将采集电压进行模数转换；将设定的电流值与实际输出电流值进行比较，并采用PI控制算法对电流偏差值进行实时调整，直至输出电流值逼近设定电流值满足精度。

【技术特征摘要】
1.基于磁流变液的力反馈装置的程控恒流源电路，其特征在于，包括线性稳压电路、主控电路、数模转换电路、2.048V参考电压电路、恒流控制电路以及负载；所述主控电路、数模转换电路、恒流控制电路以及负载依次连接；所述线性稳压电路的输入端接24V开关电源，输出采用分级输出，输出端分别与所述恒流控制电路、所述数模转换电路、2.048V参考电压电路及所述主控电路连接并为其提供电压；所述主控电路通过串口和上位机双向通讯，接收串口下发设定的电流值，通过在其内置的SPI总线发送数字信号给所述数模转换电路；所述数模转换电路在所述主控电路的控制下输出可调节的稳定电压给所述恒流控制电路；所述恒流控制电路接收所述数模转换电路输出的稳定电压，并施加于负载；所述负载为以磁流变液为工作介质的力反馈装置；在所述恒流控制电路与所述负载之间连接有用于采集反馈电压的采样电阻；所述采样电阻将采集电压并通过恒流控制电路反馈给主控电路；所述主控电路通过其内嵌的A/D控制器将采集电压进行模数转换；将设定的电流值与实际输出电流值进行比较，并采用PI控制算法对电流偏差值进行实时调整，直至输出电流值逼近设定电流值满足精度。2.根据权利要求1所述的程控恒流源电路，其特征在于，所述负载为磁流变阻尼器。3.根据权利要求1所述的程控恒流源电路，其特征在于，所述恒流控制电路有三路；每路所述恒流控制电路分别连接有数模转换电路与负载。4.根据权利要求1所述的程控恒流源电路，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋爱国，高瞻，秦欢欢，陈大鹏，李会军，曾洪，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32