基于CAN总线的比例流量阀控制器的电路设计及仿真

论文摘要

电液比例控制技术是近30年迅速发展起来的,比例流量阀内部的比例电磁铁根据输入的电压信号产生动作,使阀芯产生位移从而改变阀口面积,使流量输出和控制电压成正比。而比例控制器是电液比例技术的主要研究方向之一,用来对比例电磁铁提供特性性能电流,并对比例流量阀进行开环或闭环调节的电子装置。目前,国内外无论模拟式还是数字式比例控制器价格都很昂贵,并且模拟式比例放大器在数据处理方面缺乏灵活性。针对此现状,并通过对国内外比例控制器的功能和特性的广泛调研,本文设计了一种基于LPC2290处理器的高性能和高可靠性的数字式比例控制器。本文首先对比例流量阀的结构和特性进行了分析,然后以LPC2290微处理器为核心,扩展了PWM功率放大电路、阀位测量放大电路、稳压电源电路、A/D及D/A转换电路、UART串口通讯电路和CAN接口电路等。其中,功率放大电路采用PWM反接卸荷式功率放大级驱动比例电磁铁,提高了比例电磁铁的动态响应特性。本文使用Multisim软件着重对设计的电源模块、PWM功率放大模块和阀位测量放大模块进行了仿真研究,结果表明所设计的电路完全满足设计要求。数字式比例放大器的软件是基于μc/OS-Ⅱ实时操作系统设计的。将软件分为数据采集和滤波模块、A/D转换模块、串口通讯模块和CAN总线通讯模块等。本文给出了这几个模块的任务要求和设计流程图,以进行后续的软件详细编写工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题产生的背景和研究意义
• 1.2 比例控制器国内外研究状况
• 1.2.1 电液比例控制系统
• 1.2.2 比例控制器概述
• 1.2.3 比例控制器国内外的研究现状
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 流量阀特性介绍及其数学模型的建立
• 2.1 流量阀的工作原理和特性
• 2.1.1 流量阀的结构
• 2.1.2 流量阀的特性参数
• 2.1.3 流量阀的特性曲线
• 2.1.4 比例电磁铁驱动流量阀原理
• 2.2 流量阀控制系统的数学模型
• 2.2.1 比例控制放大器的数学模型
• 2.2.2 比例电磁铁的数学模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 比例流量阀控制器硬件电路设计
• 3.1 基于ARM7比例流量阀控制器总体结构设计
• 3.2 系统电源设计
• 3.3 功率驱动电路设计
• 3.4 A/D及D/A转换电路
• 3.4.1 A/D转换电路
• 3.4.2 D/A转换电路
• 3.5 串口通讯电路
• 3.6 测量放大电路
• 3.7 CAN接口电路
• 3.7.1 CAN总线概述
• 3.7.2 CAN的工作原理
• 3.7.3 CAN总线电路
• 3.8 本章小结
• 第4章 比例流量阀和控制器的仿真研究
• 4.1 仿真软件介绍
• 4.2 比例流量阀开环空载状态下阶跃动态特性仿真
• 4.3 系统电源仿真
• 4.4 PWM功率驱动电路仿真
• 4.5 测量反馈电路仿真
• 4.6 本章小结
• 第5章 比例控制器软件设计
• 5.1 μC/OS-Ⅱ操作系统
• 5.2 软件总体设计
• 5.3 任务的规划及程序设计
• 5.3.1 监控任务
• 5.3.2 数据采集及处理任务
• 5.3.3 串行通讯任务
• 5.3.4 CAN总线通信系统软件设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献