一种集成磁编码器的CAN总线电液伺服阀控制器制造技术

本发明专利技术公开一种集成磁编码器的CAN总线电液伺服阀控制器，包括阀体、力矩电机、控制器，力矩电机、控制器与阀体集成在一个壳体内；控制器包括主控芯片、与主控芯片连接的电源转换控制电路、MCU电路、磁编码器电路、电机驱动电路、CAN总线电路；控制器包括控制电路板，控制电路板设有磁编码器，磁编码器包括设于力矩电机转轴末端的径向充磁磁粒、设于控制电路板上的磁感应芯片，磁感应芯片正对磁粒位置，磁感应芯片感应电机转轴的位置，完成电机的位置闭环。本发明专利技术控制技术先进，实时性高，功能完备，控制精度高，可以满足各种不同的电液伺服阀应用场合，解决了目前伺服阀的三个痛点问题，并且整个硬件成本低，经济效益显著。经济效益显著。经济效益显著。

【技术实现步骤摘要】
一种集成磁编码器的CAN总线电液伺服阀控制器


[0001]本专利技术涉及电液伺服阀
，具体为一种集成磁编码器的CAN总线电液伺服阀控制器。

技术介绍

[0002]电液伺服阀的力矩马达一般采用永磁力矩马达，它由两个永久磁钢产生极化磁通，衔铁两端伸入磁通回路的空气隙中，弹簧管除起衔铁—挡板的弹性支承作用外，还起阀的电磁部分和液压部分之间的密封作用，第一级液压放大器的挡板插在两个喷嘴之间，形成两个可变节流口。反馈杆从挡板内伸出，它的小球插入第二级四通滑阀阀芯中间位置小槽中，液压油连续地从供油腔通过内部过滤器及两个固定节流孔，然后流过喷嘴挡板形成的可变节流口，再经过回油节流孔流回回油腔；给力矩马达线圈输入控制电流时，由于控制磁通和极化磁通的相互作用，在衔铁上产生一个力矩，该力矩使衔铁组件绕弹簧管旋转中心旋转，从而使挡板运动，它导致一边的喷嘴—挡板可变节流面积减少，另一边的可变节流面积增大，致使喷嘴腔产生压差，推动阀芯位移，此位移一直持续到由于反馈杆弯曲产生的反馈力矩与由控制电流产生的力矩相平衡为止，此时挡板大致处于中位；由于力矩马达力矩与输给阀的控制电流基本成正比关系，反馈力矩与阀芯位移成正比关系，这样，在诸力平衡状态时，便得到一个与控制电流成比例的阀芯位移，即在阀压降恒值时及阀套采用矩形孔或环槽节流边的情况下，输出流量与输入控制电流之间成比例关系。
[0003]但是，一般电液伺服阀的控制器都有三个局限性：一是控制器通常是外置式的，这样虽然便于设计制造，但是安装不方便，布线的线缆长度长了以后会降低伺服阀响应频率；二是限于空间尺寸和工作环境，阀体内无法安装编码器，这样就使得永磁力矩马达的位置控制精度也不高，从而影响了伺服阀的调节精度和分辨率；三是电液伺服阀一般都是用模拟信号来控制，往往不能直接适配目前智能机器人和先进的自动化控制装备，使得整个系统不仅性能降低而且造价昂贵。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种将电机的伺服控制和流量控制集成在一起，并且以极其紧凑的尺寸与阀体集成在了一个壳体之内，大大提高了安装使用的便捷性，也提高了伺服阀的响应频率的集成磁编码器的CAN总线电液伺服阀控制器。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种集成磁编码器的CAN总线电液伺服阀控制器，包括阀体、力矩电机、控制器，所述的力矩电机、控制器与阀体集成在一个壳体内；所述的控制器包括主控芯片、与主控芯片连接的电源转换控制电路、MCU电路、磁编码器电路、电机驱动电路、CAN总线电路；所述的控制器包括控制电路板，所述的控制电路板设有磁编码器，所述的磁编码器包括设于力矩电机转轴末端的径向充磁磁粒、设于控制电路板上的磁感应芯片，所述的磁感应芯片正对磁粒位置，所述的磁感应芯片感应电机转轴的位置，完成电机的位置闭环。
[0007]作为本专利技术优选的方案，所述的电源转换控制电路连接外部直流12V到60V的供电电源，所述的电源转换控制电路一路经过电容滤波直接供给到电机驱动电路，所述的电源转换控制电路另一路经过SL3036H DC
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DC变换电路之后生成12V直流电平供给到MOSFET预驱电路与模拟量输入输出电路使用，同时该12V电压又经过MP2456 DC
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DC变换成
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12V和5V电压，其中变换成的5V电压又经过LDO ME6206A33XG生成3.3V逻辑电源给到MCU电路使用。
[0008]作为本专利技术优选的方案，所述的MCU电路采用STM32F446RET6作为主芯片，所述的主芯片具备多个ADC、DAC和UART接口，所述的MCU电路还配置了富士通的MB85RC04VPNF铁电存储器件，供参数存储和远程升级使用，所述的MCU电路同时包含电机的抱闸控制电路，用于响应上位机的抱闸指令。本方案采用了ST公司的高性能MCU STM32L446RET6作为主控芯片，以满足系统电机控制和实时通信的要求。
[0009]作为本专利技术优选的方案，所述的电机驱动电路采用FD6288T作为预驱，驱动六个低内阻大电流的MOSFET BSZ110N08NS5，形成全桥驱动电路进行力矩电机的FOC控制，所述的力矩电机的UVW三相电流在下桥臂进行采样，采样电阻为10毫欧，采样的电压经过运放LM324QT进行30倍的放大后给到主控芯片进行ADC采样。本方案采用峰岹的FD6288T作为预驱，驱动六个低内阻大电流的MOSFET BSZ110N08NS5，形成全桥驱动电路，可以进行电机的FOC控制，采样电压放大后给到MCU进行ADC采样。
[0010]作为本专利技术优选的方案，所述的CAN总线接口电路采用CAN总线通信隔离模块，外加部分保护电路和电磁干扰抑制电路构成，所述的CAN总线接口电路与主控芯片相连接，采用了CANOPEN总线协议，支持1Mb it每秒的总线通信速率。本方案CAN总线接口电路采用了金升阳的CAN总线通信隔离模块，外加部分保护电路和电磁干扰抑制电路构成，与主控MCU相连接。
[0011]作为本专利技术优选的方案，所述的磁编码器电路采用HALL感应芯片TLE5012B作为磁感应芯片，所述的磁感应芯片通过对磁场的感应来得到电机轴的旋转角度，所述的磁编码器电路与主控芯片之间通过高速SPI接口来进行数据交互。本方案的磁编码器电路采用的英飞凌的HALL感应芯片TLE5012B，它与主控MCU之间通过高速SPI接口来进行数据交互。
[0012]作为本专利技术优选的方案，所述的控制器还包括与主控芯片连接的模拟量输入输出电路，所述的模拟量输入输出电路根据上位机的模拟指令来控制流量，所述的模拟量输入输出电路包括运放LM324QT，并接受0～
±
10mA、4～20mA、0～
±
10V的模拟控制指令输入以及0～
±
10V的电机位置模拟输出。本方案为了兼容老的电液伺服阀控制方式，控制器仍然设置了模拟量输入输出电路接口，可以根据上位机的模拟指令来控制流量，该部分电路主要由运放LM324QT搭建而成。
[0013]得益于目前电子技术的发展，以前的局限性目前都有了相应的对策。本专利技术的电液伺服阀控制器设计上采用了大规模集成电路，将电机的伺服控制和流量控制集成在一起，并且以极其紧凑的尺寸与阀体集成在了一个壳体之内，大大提高了安装使用的便捷性，也提高了伺服阀的响应频率；另外，安装了高精度的磁编码器，其实现原理是在力矩电机的转轴末端安装了径向充磁的磁粒，同时在电路板的正对磁粒的位置安装了磁感应芯片，从而可以精确地感应电机转轴的位置，完成电机的位置闭环；另外，控制器还集成了CAN总线接口，实现了CANOPEN总线协议，可以方便地和各种智能化控制设备进行通信，提高了控制的实时性和可靠性。
[0014]本专利技术控制技术先进，实时性高，功能完备，控制精度高，可以满足各种不同的电液伺服阀应用场合，解决了目前伺服阀的三个痛点问题，并且整个硬件成本低，经济效益显著。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成磁编码器的CAN总线电液伺服阀控制器，包括阀体、力矩电机、控制器，其特征在于：所述的力矩电机、控制器与阀体集成在一个壳体内；所述的控制器包括主控芯片、与主控芯片连接的电源转换控制电路、MCU电路、磁编码器电路、电机驱动电路、CAN总线电路；所述的控制器包括控制电路板，所述的控制电路板设有磁编码器，所述的磁编码器包括设于力矩电机转轴末端的径向充磁磁粒、设于控制电路板上的磁感应芯片，所述的磁感应芯片正对磁粒位置，所述的磁感应芯片感应电机转轴的位置，完成电机的位置闭环。2.根据权利要求1所述的一种集成磁编码器的CAN总线电液伺服阀控制器，其特征在于：所述的电源转换控制电路连接外部直流12V到60V的供电电源，所述的电源转换控制电路一路经过电容滤波直接供给到电机驱动电路，所述的电源转换控制电路另一路经过SL3036H DC
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DC变换电路之后生成12V直流电平供给到MOSFET预驱电路与模拟量输入输出电路使用，同时该12V电压又经过MP2456 DC
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DC变换成
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12V和5V电压，其中变换成的5V电压又经过LDO ME6206A33XG生成3.3V逻辑电源给到MCU电路使用。3.根据权利要求1所述的一种集成磁编码器的CAN总线电液伺服阀控制器，其特征在于：所述的MCU电路采用STM32F446RET6作为主芯片，所述的主芯片具备多个ADC、DAC和UART接口，所述的MCU电路还配置了富士通的MB85RC04VPNF铁电存储器件，供参数存储和远程升级使用，所述的MCU电路同时包含电机的抱闸控制电...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝洪昌，
申请(专利权)人：杭州辰淼自动化系统有限公司，
类型：发明
国别省市：