Что-то вроде этого должно работать хорошо. Части просто для примера, оптимизация потребует больше работы (и информации).

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

---

Редактировать:

Меня попросили провести анализ усилителя (усиление = +2 для замкнутого переключателя, -2 для разомкнутого переключателя).

Во-первых, обратите внимание, что входы операционного усилителя всегда сбалансированы на Vin/2 из-за R3/R5.

(Также обратите внимание, что они всегда положительны, так как Vin варьируется от 0 В до 5 В, поэтому M1 всегда видит положительное напряжение на стоке - от 0 до 2,5 В для 0 до 5 В)

Переключатель M1 открыт (выключен), у нас есть ток (Vin - Vin/2)/R2, протекающий через R2, поэтому - (Vout - Vin/2)/R1 должен протекать через R1, используя KCL.

Решите для Vout/Vin = 1/2 - R1/(2*R2) = -2,00 для R1 = 5*R2.

---

При замкнутом переключателе (предположим, что M1 = 0$\Omega$) у нас есть добавленный термин, и снова используя KCL, результат будет таким:

Vin/(2*R2) - Vin/(2*R4) + (Vвых -Vin/2)/R1 =0

Решите для Vout/Vin = 1/2 + R1/(2*R4) - R1/(2*R2) = +2,00 для R1 = 5*R2 R4 = (25/40) * R2.

---

Я вижу там аналоговую схему, это круто, но меня смущает один момент. Если у вас есть сигнал направления в системе, вы уверены, что ШИМ используется для фактической модуляции скорости/положения/напряжения или используется для генерации частоты? Я видел несколько систем, в которых люди управляли шаговыми двигателями с помощью сигнала направления и ШИМ-сигнала, который использовался для сигнала шага. Это не верно! Тем не менее, люди делают это.

На самом деле, вопрос намекает на то, что в определенной системе импульсно-направленный привод был заменен аналоговым приводом, и требуется какой-то интерфейс, чтобы сшить все вместе.

В таком случае никакая аналоговая схема не поможет. Потому что информация не совместима - импульсы это позиция, а аналоговая команда текущая (ну, как правило, не всегда). И если это так, вам нужно цифровое устройство, FPGA или микроконтроллер, которое будет захватывать импульсы, соответственно вычислять текущее значение команды. По сути, это одна из особенностей современных сервоприводов. Вероятно, придется замкнуть цикл, иначе ошибки будут быстро накапливаться. Итак, суть в том, что если это так, переосмыслите систему.

Вот решение с одной микросхемой, которое поможет вам довольно близко:

Примечания

• V1 - это ваша схема генерации ШИМ. Это должно быть низкоимпедансное. Подойдет большинство выходов микроконтроллера, в зависимости от входного сопротивления вашего фильтра нижних частот.
• R1 и C1 образуют фильтр нижних частот. Вы можете сделать это сложным или простым, как вам нравится. Я выбрал простой.
• R4 используется для регулировки смещения. Если ваш входной ШИМ находится в диапазоне от 0 В до +3,3 В, а желаемый выходной диапазон составляет от -10 В до +10 В, то 6,3 кОм довольно близки.
• R6 и R5 используются для масштабирования выходного напряжения после регулировки R4.

Регулировка цепи

Если вам нужно отрегулировать схему вручную, я предлагаю вам закоротить R5, чтобы сделать повторитель напряжения, и регулировать R4 до тех пор, пока рабочий цикл 50% не даст выходное напряжение 0 В.

Мы также можем использовать некоторую математику, чтобы найти наши циклические отношения. В этой схеме регулировка R4 на самом деле регулирует делитель напряжения R1 и R4 так, чтобы

$$(\frac{V1_{max}}{2} - V_{neg})\frac{R_4}{R_1 + R_4} - V_{neg}= 0$$

Предполагая, что V1= 3,3 В и V _отр = 10 В:

$$(\frac{3.3V}{2} - 10V)\frac{R_4}{R_1 + R_4} - 10V = 0$$ $$(11.5V)\frac{R_4}{R_1 + R_4} - 10V = 0$$ $$\frac{R_4}{R_1 + R_4} = 0.8696$$ $$6.67R_1 = R_4$$

Как только вы настроите смещение, начните регулировать R5 до тех пор, пока рабочий цикл 100% не даст вам 10 В, а рабочий цикл 0% не даст -10 В. Опять же, вы должны быть в состоянии рассчитать этот шаг:

$$V_{out,max} = GV_{in,max}$$

Где «G» — коэффициент усиления схемы операционного усилителя, а V _in,max — максимальное напряжение на V ₊ (или ШИМ при 100% рабочем цикле). В инвертирующем усилителе

$$G = 1 + \frac{R5}{R6}$$

С этого момента вы сможете использовать замену и получить подходящие значения для R5 и R6.

Как показывают некоторые комментарии, нам нужно немного больше информации. Здесь я предполагаю, что вы используете микроконтроллеры и что ваши ШИМ и цифровые выходные контакты работают при напряжении 0-3,3 В. Вот цифровая логика, которую вы сначала пытаетесь реализовать:

НАПРАВЛЕНИЕ ШИМ | Выход
  1 0 | 1 (прямое направление)
  0 0 | 0 (Вперед)
  1 1 | 0 (Обратный)
  0 1 | 1 (Обратный)

Это представляет логику XOR. Таким образом, самый простой способ реализовать это - использовать простую микросхему исключающего ИЛИ и переключатель уровня. На самом деле нет необходимости в фильтре нижних частот, если вы управляете двигателем, поскольку катушки в двигателе будут действовать как фильтр нижних частот.