电液比例方向节流阀数字控制放大器

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引言 电液比例方向节......



引　言
电液比例方向节流阀，是由阀本体（机械结构）和比例控制放大器组成，没有比例控制放大器，这类阀的功能类似于一般的电磁换向阀，
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目前应用的此类阀，其比例放大器多为专用的模拟比例控制放大器。本文介绍的数字控制放大器，不仅实现了控制放大器的数字化，提高了阀

的性能，而且兼顾了阀控系统的需要，提高了可靠性、经济性和灵活性。
1　硬件结构
本控制放大器硬件结构如图1所示，其主要功能性能如下：
具有RS-232串行口,能与标准RS-232接口联机,可与上位微机构成遥控系统或进行多机协调控制,数据的发送与接收均采用中断形式。四路

大功率光电隔离PWM脉宽调制输出, 每路的输出电流达800多毫安，并有防止比例电磁铁线圈产生高压损坏的续流作用。每路PWM的输出均配有

发光二极管显示。8098芯片所提供10位 A/D输入，经多路开关扩展后达16路。具有键盘与显示，实现人机接口。8K的外部RAM和16K的外部

EPROM。
为阀控系统提供了除前述中的A/D、PWM输出外,还有两个可编程并行 I/O扩展接口。
实现上述功能的主要接口电路如下：
1.1　与比例电磁铁的接口
控制放大器对阀本体的作用，是通过对比例电磁铁施加一定占空比的PWM信号,使比例电磁铁获得相应大小的电流,进而产生一电磁力以推

动阀芯。由于比例控制系统的动态响应要求不是很高，故采用图2所示的驱动线路，图中驱动管采用光电隔离将驱动部分与控制器数字部分隔

离,提高了控制器的抗干扰能力。
由控制器输出的PWM 信号，经驱动电路放大，由于电磁铁的惯性，在线圈上就可获得平均值与占空比成比例、带有交流纹波分量的直流电

流。因此，其输出的电流带有一定的颤振效果；但由于其频率与PWM信号频率相同，幅值与调制信号的占空比、调制频率及负载时间成函数关
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系，频率和幅值互相牵制，不可独立调节，限制了这种交流纹波的颤振效果。本控制器的PWM调制信号的频率为500 Hz，是传统低频调制方式

的 2～10倍，减小了线圈电流波幅以及开关特性的延迟时间对线圈电流的影响；另一方面，阀的电反馈闭环把整个阀的机械部分都包围在内，

阀的滞环得到了较好的克服。
1.2　与阀芯位移传感器的接口
由于阀芯位移传感器输出的模拟信号，其电压在 3.8伏～9.0 伏之间,不能直接对它进行采样,我们采用图3的信号处理电路，对输入信号

进行滤波、调零和放大处理，使得其输出的电压在0～5伏这个范围，并且提供的电流不小于 5 mA，以便供8098芯片的A/D 采样；为了避免电

源波动的影响，对电源进行了滤波处理。由于这里的电源被引入信号输入端，用来拉低输出的电平，故电源的变化波动会直接引起处理后的输

出波动变化。因此，尽管对电源进行了硬件滤波，为了确保精度要求，在软件中采取相应的滤波算法，再进行一次滤波。
1.3　为阀控系统而设的其它的接口
执行元件的输出由光栅检测,因所用光栅数显表输出是20位的BCD码，可通过8255扩展的PA、PB和PC口读入，经软件处理转换成二进制数。
压力传感器的输出，因其电压、电流都满足8098单片机的A/D 输入要求，故可直接用对它进行转换采样。
2　软件结构与设计
2.1　总体结构
整个软件包括两部分，即监控软件和控制软件。监控软件主要完成人机接口功能；整个软件的核心是控制软件，它完成对阀和系统的控制

。图4 是整个程序的简化框图,其中,因控制的实时性要求, 从控制程序返回到监控程序,是由软件复位过来的,监控软件和控制软件所使用的存

储空间,绝大多数可以交叉重复而不致于引起混乱。
2.2　监控软件
由于8098芯片复位后，程序计数器指向2080地址单元，系统自动地从此处开始, 运行程序。故在此设置一条关中指令，然后进行一些初始

化，等待从键盘的输入，根据键值散转，执行相应的程序。程序框图如图5所示。
2.2.1　初始化
(a) 关闭所有中断
(b) 设置堆栈指针, 在本系统中，对堆栈的访问主要有程序的调用和中断而产生，其最大压入深度不超过64个字节。
(c) 内部RAM及有关外部RAM清零。
(d) 封锁PWM输出及A/D输出, 防止系统误动而产生不良影响。
(e) 8279初始化；
键盘/显示方式设置命令字，通过CPU送入控制控制10H, 即八位显示、左入口、编码扫描、双键锁定方式。
时钟命令字，为了获得8279内部要求的100 KHz, 须将ALE进行6分频，故命令字为26 H。
读显示RAM,取读后地址自动加 1 的方式, 故其命令字为 70 H；写显示RAM，取写后地址自动加1的方式, 命令字为90 H；清除显示RAM,