一种智能液压作动控制系统的控制电路2026-09-22 10:59:49
本发明公开了一种智能液压作动控制系统的控制电路,包括,DSP芯片用于对速度环以及运行逻辑进行控制,CPLD芯片用于对电机的电流闭环进行控制,片间通信控制模块用于完成DSP芯片和CPLD芯片间的直接数据通讯控制,电压转换模块用于将弱电电源进行转换,生成不同电压的多轨电源,数字信号处理模块用于对外部数字逻辑信号进行处理,以供CPLD芯片使用,ADC模块用于实时获取智能液压作动控制系统的状态信息,信号调理电路用于对模拟信号进行滤波,同时对模拟信号进行信号调理。该控制电路可显著提升智能液压作动控制系统的控制效率和控制实时性,以及电流控制带宽。
1.一种智能液压作动控制系统的控制电路,其特征在于,包括,DSP芯片、CPLD芯片、片间通信模块、电压转换模块、数字信号处理模块、ADC模块和信号调理电路,
所述DSP芯片用于对智能液压作动控制系统的速度环以及运行逻辑进行控制,以及通过片间数据传输接口,借由总线控制模块与所述CPLD芯片实现实时数据交互,
所述CPLD芯片用于对智能液压作动控制系统中电机的电流闭环进行控制,同时通过外部数据接口获取由所述ADC模块采集的电流传感器信息,产生逆变控制信号,并将所述逆变控制信号传输到智能液压作动控制系统的逆变驱动模块以控制输出电流,
所述片间通信控制模块用于完成所述DSP芯片和CPLD芯片间的直接数据通讯控制,
所述电压转换模块用于将弱电电源进行转换,生成不同电压的多轨电源,满足智能液压作动控制系统内所有芯片的供电需求,
所述数字信号处理模块用于对外部数字逻辑信号进行处理,以供所述CPLD芯片使用,所述外部数字逻辑信号包括,霍尔信号、过流信号和功率模块错误信号,
所述信号调理电路用于对模拟信号进行滤波,同时对所述模拟信号进行信号调理。
2.如权利要求1所述的一种智能液压作动控制系统的控制电路,其特征在于,对于复杂的智能液压作动控制系统,由总线控制芯片组建所述片间通信控制模块,对于简单的智能液压作动控制系统,通过匹配电阻连接所述DSP芯片和CPLD芯片的地址总线和数据总线,组建所述片间通信控制模块。
3.如权利要求1所述的一种智能液压作动控制系统的控制电路,其特征在于,所述电压转换模块采用DC‑DC芯片实现电压转换。
4.如权利要求1所述的一种智能液压作动控制系统的控制电路,其特征在于,所述数字信号处理模块对于霍尔信号,通过施密特触发器和5V/3.3V转换芯片,转化供为所述CPLD芯片使用的方波信号,所述数字信号处理模块对于过流信号和功率模块错误信号,通过光耦转化为供所述CPLD芯片使用的方波信号。
5.如权利要求1所述的一种智能液压作动控制系统的控制电路,其特征在于,所述ADC模块由一系列信号采集芯片及周边电路组成。
6.如权利要求1所述的一种智能液压作动控制系统的控制电路,其特征在于,所述信号调理电路包括,二阶有源低通滤波电路和四阶有源低通滤波电路,
所述四阶有源低通滤波电路用于对除电流传感器模拟信号外的其他模拟信号进行滤波,所述四阶有源低通滤波电路由两个所述二阶有源低通滤波电路串联构成。
7.如权利要求1所述的一种智能液压作动控制系统的控制电路,其特征在于,所述信号调理电路还通过差分转单端芯片将正负信号转为正信号。
[0001]本发明涉及智能液压作动器控制电路技术领域,特别涉及一种智能液压作动控制系统的控制电路。
[0002]智能液压作动器,可提供功率强大的、可靠的直线或旋转运动动力。智能液压作动器集成了常规功能的液压元件,电机、双向泵、特殊设计的阀组、油箱和双作用液压缸或液压马达。智能液压作动器具备出色的功率密度,使其区别于其他作动器。双作用液压缸,具备较大的输出力和输出速度。双向液压马达,可提供大扭矩,且在低速下运行平稳。
[0003]对于智能液压作动器的硬件系统,主要包括伺服控制器和驱动器两部分。目前,常用的硬件架构主要有3种,①单MCU(微控制单元,MicroControllerUnit)模式,②MCU+CPLD/FPGA的主从模式,③MCU+CPLD/FPGA的主主模式。其中,采用单MCU模式,整个控制算法、信号的采集以及PWM信号的产生均由MCU完成,由于选用的MCU通常会自带针对电机控制多种功能,而单MCU模式存在MCU任务繁重,同时受MCU自身内部固有运行机制的限制,整个系统的执行效率较低,控制实时性较低,仅适用于一些对控制精度和快速性要求不高的场合。MCU+CPLD/FPGA的主从模式是指控制算法和PWM的生成由MCU完成,而CPLD/FPGA主要完成信号的采集、故障信号以及整个系统的控制逻辑的管理任务,然而电流环控制以及PWM调制仍然由MCU完成,对于实时性和电流控制带宽要求很高的场合仍然有一定不足。MCU+CPLD/FPGA的主主模式,MCU只需完成实时性要求不高的位置环和速度环的运算,而信号采集、电流环控制和PWM调制均由CPLD/FPGA完成,存在没有充分利用MCU自带功能,CPLD/FPGA的开发量较大的问题。
[0004]因此,在现有智能液压作动器硬件系统的基础上,如何提供一种能实现MCU和CPLD/FPGA两者最优匹配的控制电路,成为本领域技术人员亟需解决的问题。
[0005]鉴于上述问题,本发明提出了一种至少解决上述部分技术问题的智能液压作动控制系统的控制电路,可显著提升控制系统的控制效率和控制实时性,以及电流控制带宽。
[0006]本发明实施例提供一种智能液压作动控制系统的控制电路,包括,DSP芯片、CPLD芯片、片间通信模块、电压转换模块、数字信号处理模块、ADC模块和信号调理电路,
[0007]所述DSP芯片用于对智能液压作动控制系统的速度环以及运行逻辑进行控制,以及通过片间数据传输接口,借由总线控制模块与所述CPLD芯片实现实时数据交互,
[0008] 所述CPLD芯片用于对智能液压作动控制系统中电机的电流闭环进行控制,同时通过外部数据接口获取由所述ADC模块采集的电流传感器信息,产生逆变控制信号,并将所述逆变控制信号传输到智能液压作动控制系统的逆变驱动模块以控制输出电流,
[0009] 所述片间通信控制模块用于完成所述DSP芯片和CPLD芯片间的直接数据通讯控制,
[0010] 所述电压转换模块用于将弱电电源进行转换,生成不同电压的多轨电源,满足智能液压作动控制系统内所有芯片的供电需求,
[001 1 ] 所述数字信号处理模块用于对外部数字逻辑信号进行处理,以供所述CPLD芯片使用,所述外部数字逻辑信号包括,霍尔信号、过流信号和功率模块错误信号,
[0012] 所述ADC模块用于实时获取智能液压作动控制系统的状态信息,
[0013] 所述信号调理电路用于对模拟信号进行滤波,同时对所述模拟信号进行信号调理。
[0014] 进一步地,对于复杂的智能液压作动控制系统,由总线控制芯片组建所述片间通信控制模块,对于简单的智能液压作动控制系统,通过匹配电阻连接所述DSP芯片和CPLD芯片的地址总线和数据总线,组建所述片间通信控制模块。
[0015] 进一步地,所述电压转换模块采用DC‑DC芯片实现电压转换。
[0016] 进一步地,所述数字信号处理模块对于霍尔信号,通过施密特触发器和5V/3.3V转换芯片,转化供为所述CPLD芯片使用的方波信号,所述数字信号处理模块对于过流信号和功率模块错误信号,通过光耦转化为供所述CPLD芯片使用的方波信号。
[0017] 进一步地,所述ADC模块由一系列信号采集芯片及周边电路组成。
[0018] 进一步地,所述信号调理电路包括,二阶有源低通滤波电路和四阶有源低通滤波电路,
[0019] 所述二阶有源低通滤波电路用于对电流传感器模拟信号进行滤波,
[0020] 所述四阶有源低通滤波电路用于对除电流传感器模拟信号外的其他模拟信号进行滤波,所述四阶有源低通滤波电路由两个所述二阶有源低通滤波电路串联构成。
[0021 ] 进一步地,所述信号调理电路还通过差分转单端芯片将正负信号转为正信号。
[0023] 本发明实施例提供的一种智能液压作动控制系统的控制电路,包括,DSP芯片用于对速度环以及运行逻辑进行控制,CPLD芯片用于对电机的电流闭环进行控制,片间通信控制模块用于完成DSP芯片和CPLD芯片间的直接数据通讯控制,电压转换模块用于将弱电电源进行转换,生成不同电压的多轨电源,数字信号处理模块用于对外部数字逻辑信号进行处理,以供CPLD芯片使用,ADC模块用于实时获取智能液压作动控制系统的状态信息,信号调理电路用于对模拟信号进行滤波,同时对模拟信号进行信号调理。该控制电路可显著提升智能液压作动控制系统的控制效率和控制实时性,以及电流控制带宽。
[0024] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0025] 下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0026] 附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中,
[0027] 图1为本发明实施例提供的智能液压作动控制系统的控制电路的硬件架构图。
[0028] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0029] 本发明实施例提供一种智能液压作动控制系统的控制电路,参照图1所示,包括,DSP芯片、CPLD芯片、片间通信模块、电压转换模块、数字信号处理模块、ADC模块和信号调理电路,
[0030] DSP芯片用于对智能液压作动控制系统的速度环以及运行逻辑进行控制,以及通过片间数据传输接口,借由总线控制模块与CPLD芯片实现实时数据交互,
[0031 ] CPLD芯片用于对智能液压作动控制系统中电机的电流闭环进行控制,同时通过外部数据接口获取由ADC模块采集的电流传感器信息,产生逆变控制信号,并将逆变控制信号传输到智能液压作动控制系统的逆变驱动模块以控制输出电流,
[0032] 片间通信控制模块用于完成DSP芯片和CPLD芯片间的直接数据通讯控制,
[0033] 电压转换模块用于将弱电电源进行转换,生成不同电压的多轨电源,满足智能液压作动控制系统内所有芯片的供电需求,
[0034] 数字信号处理模块用于对外部数字逻辑信号进行处理,以供CPLD芯片使用,外部数字逻辑信号包括,霍尔信号、过流信号和功率模块错误信号,
[0036] 信号调理电路用于对模拟信号进行滤波,同时对模拟信号进行信号调理。
[0037] 本实施例提供的智能液压作动控制系统的控制电路,可显著提升控制系统的控制效率和控制实时性,以及电流控制带宽。
[0038] 其中,该控制电路的控制核心为两块控制芯片,分别为一块DSP芯片和一块CPLD芯片。DSP芯片主要实现如下功能,实现控制中的速度环以及运行逻辑控制,通过CAN口通讯实现与智能液压作动控制系统操纵台界面的交互,收集由ADC模块采集的数据,通过片间数据传输接口,借由总线控制模块,与CPLD芯片实现实时数据交互。CPLD芯片主要实现如下功能,实现智能液压作动控制系统中电机的电流闭环控制,通过外部数据接口获取由ADC模块采集的电流传感器信息,产生逆变控制信号(PWM信号)并传输到逆变驱动模块以控制输出电流。
[0039] 片间通信控制模块用于完成芯片间的直接数据通讯控制,对于复杂系统可由总线控制芯片组建,对于简单系统,可直接借由匹配电阻连接两芯片的地址总线和数据总线,进而实现芯片间的通讯。DSP芯片与CPLD芯片的IO电平均为3.3V,仅用33Ω匹配电阻连接两个芯片的总线] 控制系统中存在诸多芯片,每种芯片有特定的供电电压需求,进而需要多轨电源以满足所有芯片的供电需求,这就需要电压转换模块(电源模块)将弱电电源进行转换,生成不同电压的多轨电源。为保证电压转换的转换精度和可靠性,通常采用成熟的DC‑DC芯片或模块实现电压转换。
[0041 ] 数字信号处理模块对外部数字逻辑信号进行处理,以供控制芯片使用。这里,数字逻辑信号包括霍尔信号、过流信号以及功率模块错误信号。对于霍尔信号,通过施密特触发
器和5V/3.3V转换芯片,转为CPLD可用的方波信号,对于过流信号以及功率模块错误信号,通过光耦转为CPLD可用的方波信号。
[0042] 为了实现闭环控制以及系统状态监控,需要实时获取系统的状态信息,这些状态信息由ADC采集并传输到控制芯片以帮助其确定当前系统的工作状态。ADC模块由一系列信号采集芯片及周边电路组成。
[0043] 模拟信号存在大量的高频成分,而ADC芯片的频响有限,这就需要对模拟信号进行滤波。其中,电流传感器模拟信号采用二阶有源低通滤波电路,其他信号(如压力、温度传感器)采用四阶有源低通滤波电路。电流信号频率约20kHz,低通滤波截止频率设为40kHz,其他信号频率几十到几百Hz,低通滤波截止频率设为1kHz。
[0044] 此外,ADC芯片对模拟信号的幅度有要求,这就需要相应电路对模拟信号进行处理,以适配ADC的输入要求。模拟信号的滤波和强度改变统称为信号调理。为了提高信号的处理能力,并降低信号处理电路对运算放大器的共模输入电压的要求,用反向输入放大电路实现模拟信号的调理。四阶有源低通滤波电路由两个二阶有源低通滤波电路串联构成。另外,电流传感器输出为正负电流信号,ADC芯片只能处理单向信号,这里采用差分转单端芯片将正负信号转为正信号。
[0045] 显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
