[实用新型]控制指令信号快速切变电路

说明书

一种控制指令信号快速切变电路，包括：用于生成多路预备控制信号的多个恒流源电路模块；用于从所述多路预备控制信号中选择一路作为控制指令信号给执行器的多通道信号选择器，所述多通道信号选择器与所述多个恒流源电路模块连接；微控制器模块，所述微控制器模块与所述多通道信号选择器连接。本实用新型通过多个恒流源电路模块直接生成多路预备控制信号，并由多通道信号选择器根据执行器的需要选择一路预备控制信号作为控制指令信号给执行器，实现快速切变，相比传统切变方式，切变速度更快，满足执行器的需求。

技术领域

本实用新型涉及控制指令信号生成技术领域，尤其涉及一种控制器输出给执行器的模拟量电流控制指令信号快速切变电路。

背景技术

在自动控制领域，执行器是最终面向控制对象的执行设备，传统执行器是根据控制系统输入的连续变化的模拟量信号进行等比例动作执行。近年来，某些特殊领域控制对象和专用控制系统对执行器提出了特殊要求，执行器又对输入指令信号提出了更高的特殊要求。例如，某些执行器要求输入的模拟量指令信号在量程范围内快速切变，例如船用电控柴油机FIVA阀，可以在给定不同范围模拟量信号的控制指令下执行不同的动作，并且根据电控系统功能设计需求控制指令给定信号必须在量程范围内不同输出值之间快速切变，传统的信号生成电路无法满足快速切变的要求。

自上世纪90年代，船用大功率电控柴油机正式进入实用化阶段，经过多年长期的实船应用效果良好，能够大幅提高燃油经济性和降低污染物排放。不同于传统船用柴油机，电控柴油机的关键技术特点是电控可变喷油正时和可变排气正时，在现有单共轨电控柴油机中，电控柴油机实现电控可变喷油正时和可变排气正时的关键核心部件是FIVA(FuelInjection Valve Actuation)阀。

FIVA阀是一个先导式三位五通比例节流型换向阀，接收4-20mA的控制指令信号。以Rexroth公司的FIVA阀产品为例，接收控制指令信号有效范围6.2-18.7mA；输入9.2-11.9mA控制指令信号，阀芯在中间位置时，不喷油不排气；输入12.2-18.7mA控制指令信号，阀芯移动到一侧，液压系统执行喷油动作，喷油正时及油门大小受控；输入6.2-8.9mA控制指令信号，阀芯移动到另一侧，液压系统执行排气动作，排气阀开启和关闭正时受控。

为了确保船用电控柴油机喷油正时和排气正时控制的时间精确性和动作准确性，电喷控制器输出给FIVA阀的4-20mA控制指令信号必须支持快速切变，不允许缓慢变化(提升或下降)，同时，为了进一步降低排放，FIVA阀需要在传统意义上的一个喷油时长周期内，执行两次或三次(预喷、主喷和后喷)燃油阀开启和关闭动作，对于控制指令信号的快速切变提出了更高的要求。

传统的4-20mA电流环电路，为了实现可变恒流的目的，一般会配置比较复杂的运算放大反馈电路，因此，从MCU发出变化指令开始计时，到电流环信号变化到期望值通常需要耗时几百微秒到几毫秒。如果单独只采用一套4-20mA电流环电路，显然不能满足FIVA控制指令信号的需求。

目前，如图3所示，已有的电喷控制器FIVA阀接口电路，配置一套D/A可调电压电路模块和一套运放搭建的恒压电路模块产生两路模拟量电压信号，通过继电器切换选中其中一路，继电器选中输出的电压信号进入V/I芯片转换为4-20mA电流控制指令信号。

上述电喷控制器FIVA阀接口电路，由于采用电压信号切换的方式，指令电压信号变化之后，再经过V/I芯片转化成期望的电流信号，V/I转换仍然需要一段时间，通常是几百微秒的时间量级。其次，柴油机曲轴旋转一周，FIVA阀的控制指令信号需要围绕11mA中心点变化2次(1次喷油和1次排气)到4次(3次喷油和1次排气)，也就是说MCU需要控制D/A可调电压电路模块变换2-4次输出电压值，给运行在MCU中的电喷控制程序实时性提出了很高的要求。

实用新型内容

基于此，针对上述技术问题，提供一种控制指令信号快速切变电路。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：