一种多通道精密电子压力控制系统的制作方法

1.本发明涉及电子压力控制技术领域，具体涉及一种多通道精密电子压力控制系统。


背景技术：

2.电子压力控制系统基本都是由压力传感器采样信号，再通过比例阀调节来实现目标压力的控制。目前的电子压力控制电路是由每个通道独立控制，如果需要多路电子压力控制器时，存在成本高、复杂度高、集成度差的缺点；有些电子压力控制电路使用误差放大器的模拟方式控制比例阀。为此，提出一种多通道精密电子压力控制系统。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中存在的成本高、复杂度高、集成度差的，提供了一种多通道精密电子压力控制系统。
4.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括外部数字信号输入单元、主控单元、多路传感器采集单元、多路比例阀控制单元；所述外部数字信号输入单元与所述主控单元连接，将外部数据控制信号输入所述主控单元；所述多路传感器采集单元与所述主控单元连接，并分别与各个传感器连接，依次对各传感器的数据进行采样，将数据传输至所述主控单元；所述多路比例阀控制单元与所述主控单元连接，并分别与各个比例阀连接，通过pwm占空比调节各比例阀的开度实现电子压力的调控。
5.更进一步地，所述外部数字信号输入单元通过串行总线、usb、以太网通信方式实现。
6.更进一步地，所述主控制单元为微控制器，所述微控制器包括adc采集模块、pid算法控制模块、pwm输出模块、外部数字信号通信模块，所述adc采集模块与所述多路传感器采集单元电路连接，所述pwm输出模块与所述多路比例阀控制单元连接，所述pid算法控制模块用通过pid算法控制所述pwm输出模块输出目标占空比，所述外部数字信号通信模块与所述外部数字信号输入单元连接通信。
7.更进一步地，所述pid算法控制模块对输出目标占空比的具体控制过程包括以下步骤：
8.s1：微处理器采样得到实时的压力值pcur；
9.s2：将实时压力值pcur与目标压力值pset做差计算得到误差值perr；
10.s3：将每次的误差值perr求和得到累积误差值psumerr；
11.s4：计算本次误差值和上次误差值的差得到误差值的差分量pdifferr；
12.s5：通过公式duty＝p*perr+i*psumerr+d*pdifferr,计算得到实际输出占空比，并优化参数p、i、d的数值实现对目标压力的稳定控制。
13.更进一步地，所述pwm输出模块的驱动频率设置在2khz～50khz范围内，所述主控单元的内核工作频率大于100mhz。
14.更进一步地，所述多路传感器采集单元包括adc、信号驱动器、多路模拟开关，所述adc采集模块、所述adc、信号驱动器、多路模拟开关依次连接，所述多路模拟开关中的各模拟开关分别与各传感器连接，所述微控制器还包括gpio模块，所述gpio模块与所述多路模拟开关的控制管脚直连，控制多路模拟开关切换传感器采样通道。
15.更进一步地，所述多路比例阀控制单元包括多个比例阀控制模块，多个比例阀控制模块的一端均与所述pwm输出模块连接，另一端分别与各比例阀连接。
16.更进一步地，所述比例阀控制模块包括驱动器、n沟道mos管、保护二极管，所述驱动器的一端与所述pwm输出模块连接，另一端与所述n沟道mos管的栅极连接，所述n沟道mos管的源极接地，所述保护二极管正极与所述n沟道mos管的漏极连接，负极与电源连接，所述比例阀并联在所述保护二极管的两端。
17.本发明相比现有技术具有以下优点：该多通道精密电子压力控制系统，能够对多通道电子压力进行控制，具备多路集成、全数字化控制、控制精度高，响应速度快等特点，在多路电子压力控制的场合降低了使用成本，减小了安装体积，值得被推广使用。
附图说明
18.图1是本发明实施例中多通道精密电子压力控制系统框图；
19.图2是本发明实施例中多路传感器采集单元的结构示意图；
20.图3是本发明实施例中多路比例阀控制单元的结构示意图。
具体实施方式
21.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
22.如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种多通道精密电子压力控制系统，包括外部数字信号输入单元1、主控单元2、多路传感器(压力传感器)采集单元3、多路比例阀控制单元4。
23.其中，外部数字信号输入单元，为了方便对电子压力控制系统进行数字输入和状态显示，可通过串行总线、usb、以太网等各种通信方式实现。
24.主控单元，为微控制器u1(微控制器可以使用意法半导体、兆易创新等品牌的内核频率较高的处理器，但不限于该品牌)，可以实现adc采集、pid算法控制、pwm输出以及与外部数字控制信号输入单元通信的功能。pwm输出模块的驱动频率可设置在2khz～50khz范围内，为了使pwm的控制精度更高，主控单元的内核工作频率(core frequency，主控单元的系统时钟频率)建议大于100mhz，pwm的控制精度直接影响了电子压力控制系统的调控精度。
25.需要说明的是，所述pid算法控制模块对输出波形的占空比的具体控制过程包括以下步骤：
26.s1：微处理器采样得到实时的压力值pcur(微处理器通过adc读取压力传感器输出的模拟量数值，依据压力传感器提供的模拟量与实时压力的公式换算出实时压力值pcur)；
27.s2：将实时压力值pcur与目标压力值pset做差计算得到误差值perr；
28.s3：将每次的误差值perr求和得到累积误差值psumerr；
29.s4：计算本次误差值和上次误差值的差得到误差值的差分量pdifferr；
30.s5：通过公式duty＝p*perr+i*psumerr+d*pdifferr,计算得到实际输出占空比，并优化参数p、i、d的数值得到实时输出波形的占空比。
31.如图2所示，多路传感器采集单元，包括一个adc u2、信号驱动器u3、多路模拟开关u4，信号驱动器u3可以由一个跟随电路实现，多路模拟开关u4的通道数量由该系统需要集成的电子压力控制通道数决定。
32.多通道采样原理为：由主控单元控制多路模拟开关u4切换传感器采样通道，根据传感器的响应速度、adc u2采样速度来确定每个通道采样时间，在切换到每个通道后，信号需要一定的稳定时间，adc u2采样多个数据点，并丢弃前几个不稳定的数据，等得到稳定的压力数据后再切换到下一个通道进行采样。一般传感器响应时间在几毫秒以内，要求每个通道的采样间隔时间大于传感器响应时间。
33.根据系统的精度要求和成本控制，对成本要求高的可选择16位adc，对精度要求高的可选择24位adc。adc的最大采样速度不低于10ksps，如果通道数量更多，则adc的最大采样速度建议更大。
34.如图3所示，多路比例阀控制单元，包括多个每个比例阀控制模块，每个比例阀控制模块包括一个驱动器u5、一个n沟道mos管d2、一个保护二极管d1；通过主控单元产生pwm信号控制n沟道mos管高频开关，通过pwm占空比调节比例阀的开度实现电子压力的调控。
35.驱动器u5的主要作用在于增加n沟道mos管d2的v
gs
电压；保护二极管d1用于给比例阀续流，防止n沟道mos管d2关断时漏极电压过高导致n沟道mos管d2击穿；n沟道mos管d2主要起到开关作用，控制比例阀上流过的电流大小而控制比例阀的开度。
36.根据比例阀的线圈电感和电流纹波要求，pwm的控制频率可设置在2khz～50khz范围，pwm频率太慢了会增加比例阀的电流纹波，使控比例阀开度的波动变大，影响实际的流量稳定性，pwm频率太快会降低pwm的分辨率，使每次最小调节的流量调节幅度变大。
37.多路比例阀控制单元不限于使用n沟道mos管驱动的方式，也可以使用npn三极管、达林顿管等方式实现。
38.比例阀的供电电源需要是一个经过稳压的稳定电源，比例阀的供电电源的波动会影响到比例阀上流过的电流，从而使比例阀的开度变化，导致实际控制的压力产生波动。
39.综上所述，上述实施例的多通道精密电子压力控制系统，能够对多通道电子压力进行控制，具备多路集成、全数字化控制、控制精度高，响应速度快等特点，在多路电子压力控制的场合降低了使用成本，减小了安装体积，值得被推广使用。
40.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。