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基于步进电动机的油门调节系统系统设计

基于步进电动机的油门调节系统系统设计 2012： 1系统结构 整个油门调节控制系统的结构设计如图l所示，系统主要以数字信号控制器dsPIC30F4012为数字信号处理核心，通过获取相关的输入信息，经过条件判决，按照一定的控制策略，通过驱动电路驱动步进电动机动作，以实现供油量的实时调节。 油门数字调节系统的设计主要集中在调速控制板及其嵌入式软件的设计，在保证功能完善的前提下，尽量简化系统的结构。 2硬件电路设计 2．1核心数字信号控制器 调速控制系统的核心是数字信号处理单元。系统的数字信号处理单元选用高性能的l6位数字号控制器dsPIC30F401 2作为处理器，该芯片采用CMOS工艺，具有2．5～5．5 V的宽工作电压范围，内部具有时钟锁相环，最高能达到30MIPS的工作度，并嵌有DSP引擎，集成有FLASH、RAM、EEP—ROM多种类型的存储单元。dsPlC30F4012集成的外设资源丰富，有4路输入捕捉模块，5个l 6位定时器，6通道的PWM模块，6通道的l 0位AD，l路ART模块，l路2．08标准的CAN模块，l路正交编码接口，完全满足控制系统的资源需求。该芯片运行速度较快，外设资源较全，具有很高的性价比。其最小系统设计如图2所示，u为电源监控芯片M A X809。 2．2步进电动机驱动电路设计 根据系统的功能要求，柴油机的供油量需要根据负载波动而变化。因此，在工作时混合式步进电动机的定子磁场需要交变，实现正反转，以实现油门双向调节的功能，因此系统采用两相混合式步进电动机作为执行器，采用双极性驱动控制结构。考虑到整个油节系统均由蓄电池供电，为减小系统设计的复杂性，采用两个单桥臂集成驱动芯片TC4424构成一个双极性桥驱动电路的方案。TC4424芯片是一种高速功率MOSFET集成驱动器，能够提供单桥臂的两路驱动通道，具有4．5～l 8 V的宽电压工作范围，最大能提供3A的输出电流，驱动能力强。步进电动机驱动电路设计如图3所示。 2．3转速检测单元设计 柴油机的转速信号是系统的重要反馈信号，转速信号调理电路的精度和可靠性，直接影响着整个系统的控制性能。转速检测单元在柴油机运行时容易受到共模串扰和电磁辐射干扰，一般的比较器电路和简单的光耦隔离很难消除这些干扰，本系统采用双光耦互锁的交流过零比较电路。 2．4其余系统信息检测 为了保证系统正常运行，系统需要根据相关的系统信息进行相应的油门调节时，需要监测的信息由机油压力、油箱油量、输出电压、输出电流、输出功率、供电频率等。机油压力传感器和油箱油量传感器的输出为开关量信号，其输出电平需要调整到数字信号处理器允许的电平范围才可直接送入数字信号处理器。绗绣机 http://cqhangxiuji.com 检测交流电参数的专业芯片较多，如SA99048、ATr7026A、CS5463等，这些芯片检测精度高，检测参数多，但成本较高，主要应用于精密电能计量设计中。本系统综合成本和性能因素，采用交流互感器及信号调理的方式测量电压和电流信号，而输出功率和供电频率的检测是利用电压、电流信号由软件间接实现。交流输出电压的检测采用TVl 0 1 3一l型微型精密交流电压互感器，电流检测采用TAl420一o4立式穿芯小型精密交流电流互感器。通过交流电压信号调理电路，传感器检测到交流电数信号被调理到数字信号控制器可识别的电压范围。交流电压信号调理电路如图6所示，电流信号调理电路与电压信号调理电路类似。 2．5通信接口及人机交互接口电路设计 人机交互接口电路包括面板控制按钮的电平调理电路以及面板显示屏的输出驱动电路。面板控制按钮属于开关量，其电平调理电路与图5的开关量信号调理电路相同。面板显示屏主要用于显示转速、输出电压、输出电流等调速信息，面板显示屏由两个4位的八段数码管以及6个LED指示灯构成。

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