(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911098055.X
(22)申请日 2019.11.12
(71)申请人 西安子国微科技有限公司
地址 710000 陕西省西安市高新区丈八一
路绿地蓝海小区4幢1单元10404室
(72)发明人 石建华 孙舟 王江涛 王国辉
蔡佳欣 陶思宇 郭奇
(51)Int.Cl.
H02H 7/08(2006.01)
(54)发明名称一种基于硬件PID的伺服控制系统(57)摘要本发明涉及一种基于硬件PID的伺服控制系统，包括伺服控制阀及伺服控制板，伺服控制板包括主、辅助控制板，主控制板包括控制回路、检测回路及 比较器电路；控制回路包括电流电压转换模块，其依次连接PID调节电路、线圈控制电路、线圈及LVDT检测芯片，LVDT检测芯片连接PID 调节电路；检测回路包括电流电压转换模块及与之连接的比较器及LVDT检测芯片，检测回路对线圈电流进行取样，转化为电压信号，通过比较器输出，LVDT检测芯片通过对输出信号和反馈信号进行比较后，输出电压值；比较器电路用于完成电流检测和LVDT检测芯片检测后的信号处理，其通过输出的控制信号切断模拟开关电路来中断故障。本发明的优点是，能够实现快速的系统响应、系统故障检测、 抗电磁干扰。权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 110707662 A 2020.01.17
C N 110707662
A
1.一种基于硬件PID的伺服控制系统，其特征在于，包括伺服控制阀及对其进行控制的伺服控制板，所述伺服控制板包括主控制板及辅助控制板，所述主控制板包括控制回路、检测回路及比较器电路；
所述控制回路包括电流电压转换模块，所述电流电压转换模块依次连接PID调节电路、线圈控制电路、线圈及LVDT检测芯片，所述LVDT检测芯片连接PID调节电路；
所述检测回路包括电流电压转换模块及与之连接的比较器及LVDT检测芯片，检测回路对线圈电流进行
取样，转化为电压信号，通过比较器输出，所述LVDT检测芯片通过对输出信号和反馈信号进行比较后，输出电压值，表示当前位置信息；通过比较器电路，对电压值进行比较，并将结果反馈给控制回路，来控制输入电流控制信号；
所述比较器电路用于完成电流检测和LVDT检测芯片检测后的信号处理，其通过输出的控制信号切断模拟开关电路来中断故障。
2.根据权利要求1所述的一种基于硬件PID的伺服控制系统，其特征在于，所述主控制板用于进行电源滤波、发送马达控制信号、进行控制电路检测、LVDT传感器信号采集，根据输入电流信号，进行PID调节控制，实现对伺服阀的控制、检测；所述辅助控制板为备份板卡，用于在主控制板工作不正常时工作，其作用与主控制板相同。
3.根据权利要求1所述的一种基于硬件PID的伺服控制系统，其特征在于，所述伺服控制系统采用电气双余度设计，驱动两路线圈。
4.根据权利要求1所述的一种基于硬件PID的伺服控制系统，其特征在于，所述模拟开关连接位置传感器。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于硬件PID的伺服控制系统，其特征在于，所述模拟开关为MOSFET开关。
权 利 要 求 书1/1页CN 110707662 A
一种基于硬件PID的伺服控制系统
技术领域
[0001]本发明属于航空伺服阀控制技术领域，具体涉及一种基于硬件PID的伺服控制系统。
背景技术
[0002]目前，随着电子技术的发展和推广，航空伺服阀控制技术在原有的微控制器广泛运用，但是微控制器的应用引入了软件编写，使得液压系统存在系统响应速度较慢，无法实时检测系统故障，并且具有成本较高、抗电磁干扰弱等特点。
发明内容
[0003]本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于硬件PID的低成本、无需增加微控制器的伺服控制系统，实现快速的系统响应、系统故障检测、抗电磁干扰。
[0004]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0005]一种基于硬件PID的伺服控制系统，包括伺服控制阀及对其进行控制的伺服控制板，所述伺服控制板包括主控制板及辅助控制板，所述主控制板包括控制回路、检测回路及比较器电路；
[0006]所述控制回路包括电流电压转换模块，所述电流电压转换模块依次连接PID调节电路、线圈控制电路、线圈及LVDT检测芯片，所述LVDT检测芯片连接PID调节电路；[0007]所述检测回路包括电流电压转换模块及与之连接的比较器及LVDT检测芯片，检测回路对线圈电流进行取样，转化为电压信号，通过比较器输出，所述LVDT检测芯片通过对输出信号和反馈信号进行比较后，输出电压值，表示当前位置信息；通过比较器电路，对电压值进行比较，并将结果反馈给控制回路，来控制输入电流控制信号；
[0008]所述比较器电路用于完成电流检测和LVDT检测芯片检测后的信号处理，其通过输出的控制信号切断模拟开关电路来中断故障。
[0009]进一步的，所述主控制板用于进行电源滤波、发送马达控制信号、进行控制电路检测、LVDT传感器信号采集，根据输入电流信号，进行PID调节控制，实现对伺服阀的控制、检测；所述辅助控制板为备份板卡，用于在主控制板工作不正常时工作，其作用与主控制板相同。
[0010]进一步的，所述伺服控制系统采用电气双余度设计，驱动两路线圈。
[0011]进一步的，所述模拟开关连接位置传感器。
[0012]作为优选，所述模拟开关为MOSFET开关。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0014]本发明伺服控制系统可以通过伺服阀控制电路实现对伺服阀的控制和故障检测，并根据外部输入的控制信号，发送马达驱动电路控制指令，采集线位移传感器信号的位置信息；马达控制指令与位置信息通过PID调节电路，实现对伺服阀的精确控制，提高控制系统的稳定性。并根据检测电路，对系统故障进行上报；同时纯硬件设计降低了软件投入成本
以及规避了软件失效风险，同时提高了系统的响应速度。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本发明控制回路设计框图；
[0017]图2为本发明故障检测设计框图；
[0018]图3为本发明电气余度设计框图。
具体实施方式
[0019]为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例只作为对本发明的说明，不作为对本发明的限定。
[0020]如图1-3所示的一种基于硬件PID的伺服控制系统，通过伺服控制板实现对伺服阀的控制和检测。采用电气双余度设计，驱动两路线圈，伺服控制板总体设计包含：一块主控制板，一块辅助控制板(两块控制板功能相同)。主控制板进行电源滤波，发送马达控制信号，进行控制电路检测，LVDT传感器信号采集，根据输入电流信号，进行PID调节控制，实现对伺服阀的控制，检测；辅助控制板作为备份板卡，当主控制板工作不正常时，启动辅助控制板，此板卡功能和主控制板卡功能相近，实现对伺服阀控制，检测功能。同时为了防止伺服控制同时对一个力矩马达进行控制出现紊乱，电路在设计时，当辅助回路的电流小于0.5mA时，利用模拟开关功能，将位置传感器的电压信号从PID调节回路断掉，使控制器始终维持在一个恒定电压。
[0021]控制过程：首先采用电流电压转换器，将输入的0.5mA电流转化为对应的电压信号，然后通过比较器进行比较，比较器输出一电压，此电压关闭模拟开关，直接将LVDT电压信号从控制回路切断。控制回路主要完成LVDT信号检测，PID调节，线圈控制信号输出等功能。首先板卡将接收到的控制信号经
过转化后和调理后的LVDT信号进行PID调节，然后输出到线圈控制器，完成对线圈的输出控制。
[0022]参照图1，伺服控制系统内部的控制回路将接收到的控制信号，经过转化后和调理后的LVDT信号进行PID调节然后输出到线圈控制器，完成对线圈的输出控制。
[0023]参照图2，同时针对故障及过流状况下，设计了检测回路。检测回路对线圈电流进行取样，转化为电压信号，此信号通过比较器输出，当检测电压大于某一定值时，比较器输出对应电平。当伺服控制系统控制的马达发生位移后，LVDT检测芯片通过对输出信号和反馈信号进行比较后，输出一电压值(LVDT_OUT)，此值表示当前的位置信息。通过比较器电路，对LVDT_OUT进行比较，最后将结果反馈给控制回路，依此信号，电路来控制输入电流控制信号。比较器电路主要完成电流检测和LVDT功能检测的信号处理，当有任何一故障时，检测回路将输入的电流控制信号切断，直接连接到地，控制电流切换电路及比较器电路。当接收到比较器电路输出的控制信号后，系统通过模拟开关，将电流直接切断。
[0024]参照图3，为电气余度电路设计，为防止控制系统同时对一个力矩马达进行控制出现紊乱，电路在设计时，当辅助回路的电流小于0.5mA时，利用MOSFET开关功能，将位置传感器的电压信号从PID调节回路断掉，使控制器始终维持在一个恒定电压。首先采用电流电压转换器，将输入的0.5mA电流转化为对应的电压信号，然后通过比较器进行比较，比较器输出一电压，此电压关闭MOSFET，直接将LVDT电压信号从控制回路切断。
[0025]本发明可以实现对伺服阀的控制和故障检测，并根据外部输入的控制信号，发送马达驱动电路控制指令，采集线位移传感器信号的位置信息，马达控制指令与位置信息通过PID调节电路，实现对伺服阀的精确控制，提高控制系统的稳定性。并根据检测电路，对系统故障进行上报。同时纯硬件设计降低了软件投入成本以及规避了软件失效风险，同时提高了系统的响应速度。
[0026]本发明中未做详细描述的内容均为现有技术。
[0027]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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