一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统及方法技术方案

本发明专利技术提出一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统及方法，能够克服现有发动机进/排气门作动器仿真组件系统只能单一模拟RVDT信号的不足。该仿真组件系统中，PWM驱动控制信号作为控制输入，接入电机模拟负载电路；信号检测与调理电路主要用于检测所述PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比；控制器根据PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比，计算得出进/排气门电机执行电压值，判断得到电机转动方向和转动速度；再结合电机运行参数计算RVDT信号目标角度值并经D/A转换输出至RVDT传感器硬件仿真模块；根据RVDT信号目标角度值和输入的RVDT激励信号模拟RVDT传感器工作动态特性。

An Engine Inlet/Exhaust Valve Actuator Simulation Component System and Method Based on Digital Control

The invention provides an engine intake/exhaust valve actuator simulation component system and method based on digital control, which can overcome the shortcoming that the existing engine intake/exhaust valve actuator simulation component system can only simulate single RVDT signal. In the simulation module system, the PWM driving control signal is used as control input and connected to the motor analog load circuit; the signal detection and conditioning circuit is mainly used to detect the amplitude, frequency and duty cycle of the PWM driving control signal; the controller calculates the execution voltage of the intake/exhaust valve motor according to the amplitude, frequency and duty cycle of the PWM driving control signal, and judges the motor rotation. Direction and rotation speed; combined with motor operation parameters, the target angle of RVDT signal is calculated and output to the hardware simulation module of RVDT sensor by D/A conversion; the dynamic characteristics of RVDT sensor are simulated according to the target angle of RVDT signal and the input RVDT excitation signal.

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统及方法
本专利技术涉及一种发动机进/排气门作动器仿真组件系统及方法。
技术介绍
发动机进/排气门RVDT传感器是发动机辅助动力装置组成的一部分，用来检测发动机进/排气门电机位置来判断进排气量的大小。发动机进/排气门作动器仿真组件可用于替换真实发动机进/排气门电机和RVDT位置传感器(角位移传感器)来进行发动机辅助动力测试，仿真组件功能包括：模拟电机负载和RVDT位置传感器电路仿真两部分。现有电路仿真技术主要是采用RVDT仿真卡通过上位机软件设定来改变角度值来模拟位置信号，只能单一模拟RVDT静态信号，也不能模拟各种使用过程当中的故障功能。
技术实现思路
为了克服现有发动机进/排气门作动器仿真组件系统只能单一模拟RVDT信号的不足，本专利技术提出一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统及方法。本专利技术的技术方案如下：该基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统，包括电机模拟负载电路、信号检测与调理电路、控制器和RVDT传感器硬件仿真模块；用于驱动进/排气门电机的PWM驱动控制信号作为控制输入，接入电机模拟负载电路；所述电机模拟负载电路用于模拟电机电气参数；所述信号检测与调理电路主要用于检测所述PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比；所述控制器根据PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比，计算得出进/排气门电机执行电压值，判断得到电机转动方向和转动速度；再结合电机运行参数计算得出RVDT信号目标角度值，将RVDT信号目标角度值经D/A转换输出至RVDT传感器硬件仿真模块；所述RVDT传感器硬件仿真模块根据RVDT信号目标角度值和输入的RVDT激励信号模拟RVDT传感器工作动态特性。基于上述方案，本专利技术还进一步作了如下优化：该仿真组件系统还包括通信接口单元，接入控制器，用于对电机运行参数(主要指进/排气门电机开关门速度参数)和RVDT传感器硬件仿真模块中的RVDT信号位置参数(pos)及输出信号幅值参数(传输比T)进行配置。所述PWM驱动控制信号是通过第一继电器接入电机模拟负载电路，控制器通过控制该第一继电器来模拟电机负载断开的故障情况。所述RVDT激励信号是通过第二继电器接入RVDT传感器硬件仿真模块，通过控制该第二继电器来模拟RVDT传感器激励信号断开的故障情况。相应的，本专利技术还提出一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真方法，包括以下步骤：1)输入用于驱动进/排气门电机的PWM驱动控制信号；2)对PWM驱动控制信号的频率、幅值以及占空比进行采样计算出进/排气门执行电压值U；正转为：U＝(2D-1)*E；反转为U＝(1-2D)*E，其中D为占空比，E为PWM高电平幅值；3)根据执行电压值和进/排气门电机开关门速度参数，计算RVDT信号目标角度值Pos＝θ±U/V，θ为当前角度值，V为设定的开关门速度参数值；4)将RVDT信号目标角度值Pos经过D/A变换后，提供给RVDT传感器硬件仿真模块进行控制来模拟真实传感器的工作特性。进一步的，步骤4)中，RVDT信号目标角度值Pos经过D/A变换，分为对RVDT传感器硬件仿真模块的两路控制输入：DA1和DA2；其中，DA1用于控制传输比，即输出的和值电压与激磁的比值，DA2用于控制RVDT传感器硬件仿真模块的高端输出VA与低端输出VB的差值；DA1＝5×T/G；T为输出信号幅值参数(传输比)，用于改变激励信号的输入幅值，G为增益，用于控制T的范围；DA2＝10×Pos；最终仿真输出RVDT信号位置角度值Pos＝(VA-VB)/(VA+VB)。本专利技术具有以下优点：1.将电机PWM驱动控制信号与RVDT传感器信号进行了整合，将二者的联动关系进行了模型处理得出二者之间的数学关系，通过控制器控制RVDT模拟电路实现了两者的关联工作功能；利用控制器通过D/A芯片对RVDT电路进行控制，模拟真实发动机进/排气门电机转动运行过程中RVDT位置传感器随电机位置输出相应位置信号功能。2.控制器可通过控制继电器来模拟电机负载断开和RVDT传感器激励信号断开故障；通过控制器参数配置可模拟开门和关门角度不到位故障。3.可通过串口通信，对发动机进/排气门电机开关门速度参数及RVDT信号位置参数及输出信号幅值参数进行配置，来模拟发动机进/排气门电机和RVDT传感器信号多种故障情况。附图说明图1为本专利技术的系统功能框图。图2为本专利技术的工作流程框图。图3为本专利技术中的RVDT传感器硬件仿真模块功能框图。图4为电机模拟负载电路的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做详细描述。本专利技术发动机进/排气门作动器仿真组件系统主要由控制模块、电源管理模块、电机模拟负载电路、RVDT传感器硬件仿真模块、信号检测与调理电路及通讯接口等组成，RVDT传感器信号与电机控制器输出的PWM控制信号进行联动模拟真实电机和传感器工作动态特性，系统组成如图1所示。工作原理：系统利用驱动发动机进/排气门电机的PWM驱动控制信号作为控制输入，电机模拟负载电路模拟电机电气参数(根据要仿真的电机配置相匹配的电阻和电感元件，如图4)；系统通过检测PWM驱动控制信号频率、幅值和占空比来判断电机转动方向和转动速度，控制器运算得出对应位置关系的DA值(数模转换芯片控制值)来控制RVDT信号硬件仿真电路，输出对应的RVDT信号值(控制RVDT传感器信号输出与电机驱动PWM驱动控制信号的相关性，即：当PWM激励驱动信号占空比大于50％时，电机正转，进/排气门打开，反之关闭，同时需输出与控制电压相对应的RVDT角度信号值)。主要通过以下3步来实现本方案：1.控制器对电机PWM驱动信号的频率、幅值、占空比进行采样计算出进/排气门电机执行电压值(正转为：U＝(2D-1)*E；反转为U＝(1-2D)*E，U为进/排气门电机执行电压值，D为占空比，E为PWM高电平幅值)；2.执行电压与进/排气门电机开关门速度参数(即电机运行参数)进行算法处理得到RVDT信号目标角度值Pos(Pos＝θ±U/V，θ为当前角度值，V为开关门速度，为控制器设定参数值)；3.控制器通过换算得出Pos与D/A数字量关系，控制器输出16位数字量来控制D/A芯片来对RVDT模拟电路进行控制来达到模拟真实传感器的工作特性。系统工作流程如图2所示，系统主程序完成供电检测及参数保护和串口指令接收及执行工作，定时器中断程序定时对开/关门角度值进行更新，输出动态角位移传感器位置信号。RVDT传感器硬件仿真模块根据输入的DA信号进行调节，可将输入的RVDT激励信号转化成RVDT高端(VA)和低端(VB)两路信号，其功能如图3所示。RVDT激励信号首先通过仪表运放单元与前级激励信号输出进行阻抗变换，然后与DA1进行乘法运算得到调节后的激励信号V1，V1输出一路与DA2进行乘法运算得到控制位置信号V2，V2信号分别通过跟随和反相电路产生V2和-V2信号，然后与另一路V1信号进行作差运算输出RVDT高低端信号，通过0R电阻可配置输出为三线制(焊接)或者四线制(不焊接)RVDT信号。由控制器计算得出与电机运行状态相对应的Pos控制值，再通过公式DA1＝5×T/G和DA2＝10*Pos计算得出DA1和DA2值，将其输出。其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统，其特征在于：包括电机模拟负载电路、信号检测与调理电路、控制器和RVDT传感器硬件仿真模块；用于驱动进/排气门电机的PWM驱动控制信号作为控制输入，接入电机模拟负载电路；所述电机模拟负载电路用于模拟电机电气参数；所述信号检测与调理电路主要用于检测所述PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比；所述控制器根据PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比，计算得出进/排气门电机执行电压值，判断得到电机转动方向和转动速度；再结合电机运行参数计算得出RVDT信号目标角度值，将RVDT信号目标角度值经D/A转换输出至RVDT传感器硬件仿真模块；所述RVDT传感器硬件仿真模块根据RVDT信号目标角度值和输入的RVDT激励信号模拟RVDT传感器工作动态特性。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统，其特征在于：包括电机模拟负载电路、信号检测与调理电路、控制器和RVDT传感器硬件仿真模块；用于驱动进/排气门电机的PWM驱动控制信号作为控制输入，接入电机模拟负载电路；所述电机模拟负载电路用于模拟电机电气参数；所述信号检测与调理电路主要用于检测所述PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比；所述控制器根据PWM驱动控制信号的幅值、频率及占空比，计算得出进/排气门电机执行电压值，判断得到电机转动方向和转动速度；再结合电机运行参数计算得出RVDT信号目标角度值，将RVDT信号目标角度值经D/A转换输出至RVDT传感器硬件仿真模块；所述RVDT传感器硬件仿真模块根据RVDT信号目标角度值和输入的RVDT激励信号模拟RVDT传感器工作动态特性。2.根据权利要求1所述的基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统，其特征在于：还包括通信接口单元，接入控制器，用于对电机运行参数和RVDT传感器硬件仿真模块中的RVDT信号位置参数及输出信号幅值参数进行配置。3.根据权利要求1所述的基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统，其特征在于：所述PWM驱动控制信号是通过第一继电器接入电机模拟负载电路，控制器通过控制该第一继电器来模拟电机负载断开的故障情况。4.根据权利要求1所述的基于数字控制的发动机进/排气门作动器仿真组件系统，其特征在于：所述RVD...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静鹏，何榧，王博，姚兵，周少锋，鲁朋飞，
申请(专利权)人：西安翔迅科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61