[发明专利]基于现场可编程门阵列FPGA的电液比例控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于现场可编程门阵列FPGA的电液比例控制器，适用于电液比例控制系统。

背景技术

电液比例阀是一种把连续变化的电输入信号成比例地转换成液压输出信号的电-液转换元件，其性能已接近电液伺服阀的性能，同时又具有抗污染能力强、成本低的优点，在液压控制中获得了广泛应用。电液比例控制器是将控制信号转换成适应于电液比例阀的功率驱动信号的电子装置。

目前，综观国内外电液比例控制器的研究和生产现状，广泛采用基于模拟控制或基于单片机控制的方法来设计，但基于模拟控制的电液比例控制器由于模拟器件的分散性和组成电路的特点，难以适应各种需要场合，并存在温度漂移和零点漂移，而基于单片机控制的电液比例控制器在实际应用中需大量外围逻辑电路，且稳定性不容易做好，一旦由于外部干扰导致程序跑飞或复位，将会造成严重的错误输出，难以满足不断发展的机电液一体化技术的要求。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷，提出一种基于现场可编程门阵列FPGA的电液比例控制器，可提高其可靠性和控制实时性，且编程简单灵活。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一个输入电压端口经一个电压输入调理电路后经一个模数转换电路连接一个FPGA单元，一个输入电流端口E2经一个电流输入调理电路后也经所述的模数转换电路连接所述的FPGA单元，一个上位机经一个串口电路与所述的FPGA单元连接，一个数码管连接所述的FPGA单元；两个比例控制对象分别经两个采样电路、两个前置放大电路后，经另一个模数转换电路连接所述的FPGA单元；所述FPGA单元的两根输出信号线分别经两个线性隔离电路和两个功率放大电路连接所述的两个比例控制对象。

所述电流输入调理电路由U11、U12、U13和若干电阻组成，上述U11、U12、U13是型号为OP-07的运算放大器，连接方式为：接口JP6输入电流，通过电阻R37和R36构成的电流/电压转换电路，再接入由U11组成的电压跟随器、U12组成的加法和反向放大电路、U13组成的反向放大电路，输出一个U-IN-2的信号；所述电压输入调理电路由U14(跳线开关)和U15(TLP521)组成，连接方式为：接口JP7输入电压，U-IN和U-IN-2接入U14，U14选择输入通道，U15接入U14；所述的两个模数转换电路(S3、S7)均由U5(AD7819)组成，连接方式为：信号U-IN-1经电阻R6接入U5的2脚，U6(TLC431)为U5提供电压，U5的16端接+5V电源，U5的管脚8、9、10、11、12、13、14、15输出数字量，接入U1的相应I/O口；所述FPGA单元由U1(EP1C6T144C8)组成，连接方式为：U1的9、30、116、138、80、101、43、65、45、54、63、119、127、136端接地，U1的87、86、14端经电阻接+3.3V电平，U1的22、23、13、24端经电阻接地，U1的8、29、115、137、81、102、44、66端接+3.3V电平，并经电容接地，U1的135、126、117、64、55、46端接+1.5V电平，并经电容接地，U1的26端经电阻接到U2(40MHz的有源晶振)的5脚，U1的81、59、90、95端接插座JP2，U1的I/O口接收U5的输入量和U7的电流信号，经U8接所述上位机；所述串口电路由U8(MAX3232)组成，连接方式为：U8的1、3端经电容C21连接，4、5端经电容C22连接，11端经电阻R41、二极管DS2接+3.3V，并接到U1的I/O口，12端经电阻R40、二极管DS1接+3.3V，并接到U1的I/O口，10端经电阻R42、二极管DS3接+3.3V，并接到U1的I/O口，9端经电阻R43、二极管DS4连接+3.3V，并接U1的I/O口，7端和14端接入JP3，13端和5端接入JP4，JP3、JP4接入JP5的2端和3端，2端经电容C24、6端经电容C25、15端接地，16端接+3.3V电平；所述的两个线性隔离电路均选用HCNR200；所述的两个功率放大电路和两个采样电路由达林顿管Q1、Q2和若干电阻组成，连接方式为：线性隔离后的信号接I-1端，插座JP8外接负载，电阻R46和R47是电流反馈信号取样电阻，I-f1和I-f2点的信号接入前置放大电路；所述的两个前置放大电路由U7(LM358)和若干电阻、电容组成，连接方式为：I-f1和I-f2端输入，输出端I-f接入模数转换电路的Vin端；所述上位机为PC机；所述的两个比例控制对象为力控制型或行程控制型比例电磁铁。