引 言
　　电液比例标的节省阀，是由阀本体（机械布局）和比例节制放大器构成，没有比例节制放大器，这类阀的功能近似于普通的电磁换向阀，今朝应用的此类阀，其比例放大器多为专用的模拟比例节制放大器。本文介绍的数字节制放大器，不仅实现了节制放大器的数字化，提高了阀的机能，并且兼顾了阀控系统的需要，提高了靠得住性、经济性和灵动性。
　　图1 硬件布局框图
　　1 硬件布局
　　本节制放大器硬件布局如图1所示，其首要功能机能如下：
　　具有RS-232串行口,能与尺度RS-232接口联机,可与上位微机组成遥控系统或进行多机协调节制,数据的发送与领受均采用间断形式。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发生高压损坏的续流感化。每路PWM的输出均配有发光二极管显示。8098芯片所供给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。
　　为阀控系统供给了除前述中的A/D、PWM输出外,还有两个可编程并行 I/O扩展接口。
　　实现上述功能的首要接口电路如下：
　　1.1 与比例电磁铁的接口
　　节制放大器对阀本体的感化，是过程对比例电磁铁施加必然占空比的PWM灯号,使比例电磁铁获得响应巨细的电流,进而发生一电磁力以鞭策阀芯。因为比例节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门与节制器数字部门隔离,提高了节制器的抗干扰能力。
　　图2 与比例电磁铁接口电路
　　由节制器输出的PWM 灯号，经驱动电路放大，因为电磁铁的惯性，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。是以，其输出的电流带有必然的颤振成效；但因为其频率与PWM灯号频率不异，幅值与调制灯号的占空比、调制频率及负载时候成函数关系，频率和幅值互相牵制，不行自力调节，限制了这种交流纹波的颤振成效。本节制器的PWM调制灯号的频率为500 Hz，是传统低频调制格局的 2～10倍，减小了线圈电流波幅以及开关特征的延迟时候对线圈电流的影响；另一方面，阀的电反馈闭环把整个阀的机械部门都笼罩在内，阀的滞环获得了较好的降服。
　　1.2 与阀芯位移传感器的接口
　　因为阀芯位移传感器输出的模拟灯号，其电压在 3.8伏～9.0 伏之间,不及直接对它进行采样,我们采用图3的灯号处理电路，对输入灯号进行滤波、调零和放大处理，使得其输出的电压在0～5伏这个规模，而且供给的电流不小于 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。因为这里的电源被引入灯号输入端，用来拉低输出的电平，故电源的改变波动会直接引起处理后的输出波动改变。是以，尽管对电源进行了硬件滤波，为了确保精度要求，在软件中采纳响应的滤波算法，再进行一次滤波。
　　图3 灯号处理电路铁接口电路
　　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，可过程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、电流都知足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 软件布局与设计
　　2.1 总体布局
　　整个软件包孕两部门，即监控软件和节制软件。监控软件首要完成人机接口功能；整个软件的焦点是节制软件，它完成对阀和系统的节制。图4 是整个法式的简化框图,此中,因节制的及时性要求, 从节制法式返回到监控法式,是由软件复位过来的,监控软件和节制软件所利用的存储空间,绝大大都多半或许交叉反复而不致于引起紊乱。
　　图4 软件总体布局简化框图
　　2.2 监控软件
　　因为8098芯片复位后，法式计数器指向2080地址单元，系统主动地从此处起头, 运行法式。故在此设置一条关中指令，然后进行一些初始化，期待从键盘的输入，按照键值散转，执行响应的法式。法式框图如图5所示。
　　2.2.1 初始化
　　(a) 封闭所有间断
　　(b) 设置旅馆指针, 在本系统中，对旅馆的会见首要有法式的挪用和间断而发生，其最大压入深度不高出64个字节。
　　(c) 内部RAM及有关外部RAM清零。
　　(d) 封闭PWM输出及A/D输出, 防止系统误动而发生不良影响。
　　(e) 8279初始化；
　　键盘/显示格局设置敕令字，过程CPU送入节制节制10H, 即八位显示、左进口、编码扫描、双键锁定格局。
　　时钟敕令字，为了获得8279内部要求的100 KHz, 须将ALE进行6分频，故敕令字为26 H。
　　读显示RAM,取读后地址主动加 1 的格局, 故其敕令字为 70 H；写显示RAM，取写后地址主动加1的格局, 敕令字为90 H；排除显示RAM, 给显示RAM写入“P”。
　　图5 监控法式框图
　　2.2.2 人机对话
　　颠末上述初始化后，就可起头进行人机对话。其首要功能是，CPU 识别工作人员从键盘送入的敕令、数据，并转而去执行响应的法式。
　　键盘设16个数据键0～F,四个功能键LAST、RESET、NEXT/PRO和EXEC键。此中,RESET被按下后系统会主动上电复位,不需要CPU的识别处理。EXEC键被按下,则转去执行节制法式的初始化法式。NEXT、LAST键是显示并可点窜当前地址单元的下一个、上一个单元的内容；假如当前没有显示任何单元，则此时按下LAST无效,而NEXT转为“PRO ”键功能，即此键被按下，被显示和可点窜的单元, 是存放节制敕令及数据的首地址7FF0H。
　　2.3 节制软件
　　考虑到系统的要求，节制软件需要完成阀的调节、系统调节、为了包管法式按必然的系列执行所需要的间断、守时以及响应的一些数据采集、输入和处理等。图6是节制软件总体框图；对各个部门申明如下：
　　2.3.1 初始化
　　在封闭间断的状况下，实现对节制法式的下述几个初始化工作。
　　(a).对PID 程式(阀的调节)争论中的一些标记、输入E、输出U清零。将由Kp、 Ki、Kd、采样周期T及低通滤波器的时候常数Tf, 争论获得的Qi、Mi付与给它的存储单元。在PID 法式中，数的默示及运算均采用定点数的格局来处理。尽管8098自己具有富厚的指令系统, 设有带符号数和不带符号数的加、减、乘、除运算指令，给编程带来了极大的利便；但PID 法式的运算过程中，因定点数的默示规模有限，中心不免有溢出之处,为此设有几个判断标记，在运行PID 法式之前也需要对它们初始化。
　　图6 节制软件总体框图
　　(b).采样时候到标记清零；
　　(c).比例阀流量死区的根基值赋值；设置PWM 的周期、最大输出电流( 包孕颤振灯号的频率和幅值 )；输出电流清零，以避免输出单元的随机值引起系统的误动。
　　(d).软件守时间断和 HSO间断初始化；开放这两个间断，即INT－MASK付与＃28H，同时，把两个间断办事子法式的进口地址放入响应的间断向量单元。
　　(e).设置旅馆指针，SP指向内部RAM中的00FEH单元。
　　2.3.2 采样及争论法式
　　(a). 读给定的位移；输入的位移是以十进制数的格局放入7FF0H～7FF2H的，是以，需要挪用一次三字节的BCD码转换成二进制数的法式，其成绩放入40H～42H这三个字节单元，并在整个节制法式运行时代积存。
　　(b).争论增量式PID算式Un+1＝∑QiEi＋Un中的Qi，Mi。
　　2.3.3 节制法式的主法式
　　在节制法式的主法式中，因为至少存在一个PID法式(阀的调节), 而PID中的运算参数与采样周期T有关, 为了PID节制算法的准确实现, 本节制法式过程软件守时来实现包管固定的采样周期。固定采样周期的获得，现实上是过程期待, 把每次法式轮回运行的时候差距拉平。此办法的先决前提是，采样周期必需大于完成一个轮回运行所需要的最长时候，即对采样频率的最大值有个限制。
　　以下是节制软件的各个功能模块。
　　(a).采样、输入系统反馈数据,需要采样或读入的数据有阀芯的位移,以及阀控系统所需的执行元件位移和系统压力等参数。
　　由A/D 采样来的数据(阀芯位移及压力等参数),还需经滤波处理后放入指定的单元。
　　执行元件的位移，从二次仪表获得的BCD码还需经数制数转换法式处理。
　　本文仅用到阀芯位移的采集及滤波，其它是为阀控系统所筹办。
　　(b). 阀控系统调节法式,是阀控系统所需的节制策略。本文仅作灯号发生器利用。
　　(c). 阀的调节法式,按照给定量和反馈量的关系,处理和争论的成绩放入HSO的输入单元,即作为PWM调制及放大的输入。阀的调节方式是工程上广为应用的PID节制。
　　2.3.4 间断办事法式
　　间断办事法式中,有一个软件间断守时器，它首要是每当采样时候到，则设置启动标记，主法式或许运行。另一个间断法式是HSO的间断输出,即节制器的输出。
　　2.3.5 试验测试法式
　　为了对系统的机能进行测试阐明，在节制法式中插足了一些试验辅助法式。这些法式首要有：灯号的给定及测试数据记录法式,记录的数据经离线处理得动态曲线。
　　3 试验成绩
　　试验研究包孕静态机能和动态机能试验。在静态试验时,阀控系统调节法式设置为线性灯号发生器，动态测试时则设置为阶跃灯号发生器。动态数据用测试数据记录法式记录,静态试验数据则用X-Y函数记录仪记录。
　　从图7和图9或许看出,由数字节制放大器组成的电液比例标的节省阀,具有较合意的动静态机能。从图8也可看出该阀的流量特征在零点邻近很差,有死区和滞环等严重的非线性,这是这类节省阀固有的特征。
　　图7 静态位移曲线
　　图8 静态流量曲线
　　图9 阶跃响应曲线
　　4 结论
　　本文提出的数字节制放大器,取得了比力合意的成绩,同模拟节制放大器比拟,它集系统节制功能于一体，使得阀控系统具有更高的经济性、靠得住性和灵动性。在阀控系统中，节省阀流量特征的严重非线性是需重点考虑管理的问题；在此根基上，因为比例阀较伺服阀有更好的经济性和利用维护的利便性，使得它具有较广漠的应用前景。