引 言
　　電液比例標的節(jié)省閥，是由閥本體（機械布局）和比例節(jié)制放大器構(gòu)成，沒有比例節(jié)制放大器，這類閥的功能近似于普通的電磁換向閥，今朝應(yīng)用的此類閥，其比例放大器多為專用的模擬比例節(jié)制放大器。本文介紹的數(shù)字節(jié)制放大器，不僅實現(xiàn)了節(jié)制放大器的數(shù)字化，提高了閥的機能，并且兼顧了閥控系統(tǒng)的需要，提高了靠得住性、經(jīng)濟性和靈動性。
　　圖1 硬件布局框圖
　　1 硬件布局
　　本節(jié)制放大器硬件布局如圖1所示，其首要功能機能如下：
　　具有RS-232串行口,能與尺度RS-232接口聯(lián)機,可與上位微機組成遙控系統(tǒng)或進行多機協(xié)調(diào)節(jié)制,數(shù)據(jù)的發(fā)送與領(lǐng)受均采用間斷形式。四路大功率光電隔離PWM脈寬調(diào)制輸出, 每路的輸出電流達800多毫安，并有防止比例電磁鐵線圈發(fā)生高壓損壞的續(xù)流感化。每路PWM的輸出均配有發(fā)光二極管顯示。8098芯片所供給10位 A/D輸入，經(jīng)多路開關(guān)擴展后達16路。具有鍵盤與顯示，實現(xiàn)人機接口。8K的外部RAM和16K的外部EPROM。
　　為閥控系統(tǒng)供給了除前述中的A/D、PWM輸出外,還有兩個可編程并行 I/O擴展接口。
　　實現(xiàn)上述功能的首要接口電路如下：
　　1.1 與比例電磁鐵的接口
　　節(jié)制放大器對閥本體的感化，是過程對比例電磁鐵施加必然占空比的PWM燈號,使比例電磁鐵獲得響應(yīng)巨細的電流,進而發(fā)生一電磁力以鞭策閥芯。因為比例節(jié)制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)要求不是很高，故采用圖2所示的驅(qū)動線路，圖中驅(qū)動管采用光電隔離將驅(qū)動部門與節(jié)制器數(shù)字部門隔離,提高了節(jié)制器的抗干擾能力。
　　圖2 與比例電磁鐵接口電路
　　由節(jié)制器輸出的PWM 燈號，經(jīng)驅(qū)動電路放大，因為電磁鐵的慣性，在線圈上就可獲得平均值與占空比成比例、帶有交流紋波分量的直流電流。是以，其輸出的電流帶有必然的顫振成效；但因為其頻率與PWM燈號頻率不異，幅值與調(diào)制燈號的占空比、調(diào)制頻率及負載時候成函數(shù)關(guān)系，頻率和幅值互相牽制，不行自力調(diào)節(jié)，限制了這種交流紋波的顫振成效。本節(jié)制器的PWM調(diào)制燈號的頻率為500 Hz，是傳統(tǒng)低頻調(diào)制格局的 2～10倍，減小了線圈電流波幅以及開關(guān)特征的延遲時候?qū)�線圈電流的影響；另一方面，閥的電反饋閉環(huán)把整個閥的機械部門都籠罩在內(nèi)，閥的滯環(huán)獲得了較好的降服。
　　1.2 與閥芯位移傳感器的接口
　　因為閥芯位移傳感器輸出的模擬燈號，其電壓在 3.8伏～9.0 伏之間,不及直接對它進行采樣,我們采用圖3的燈號處理電路，對輸入燈號進行濾波、調(diào)零和放大處理，使得其輸出的電壓在0～5伏這個規(guī)模，而且供給的電流不小于 5 mA，以便供8098芯片的A/D 采樣；為了避免電源波動的影響，對電源進行了濾波處理。因為這里的電源被引入燈號輸入端，用來拉低輸出的電平，故電源的改變波動會直接引起處理后的輸出波動改變。是以，盡管對電源進行了硬件濾波，為了確保精度要求，在軟件中采納響應(yīng)的濾波算法，再進行一次濾波。
　　圖3 燈號處理電路鐵接口電路
　　1.3 為閥控系統(tǒng)而設(shè)的其它的接口
　　執(zhí)行元件的輸出由光柵檢測,因所用光柵數(shù)顯表輸出是20位的BCD碼，可過程8255擴展的PA、PB和PC口讀入，經(jīng)軟件處理轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。
　　壓力傳感器的輸出，因其電壓、電流都知足8098單片機的A/D 輸入要求，故可直接用對它進行轉(zhuǎn)換采樣。
　　2 軟件布局與設(shè)計
　　2.1 總體布局
　　整個軟件包孕兩部門，即監(jiān)控軟件和節(jié)制軟件。監(jiān)控軟件首要完成人機接口功能；整個軟件的焦點是節(jié)制軟件，它完成對閥和系統(tǒng)的節(jié)制。圖4 是整個法式的簡化框圖,此中,因節(jié)制的及時性要求, 從節(jié)制法式返回到監(jiān)控法式,是由軟件復(fù)位過來的,監(jiān)控軟件和節(jié)制軟件所利用的存儲空間,絕大大都多半或許交叉反復(fù)而不致于引起紊亂。
　　圖4 軟件總體布局簡化框圖
　　2.2 監(jiān)控軟件
　　因為8098芯片復(fù)位后，法式計數(shù)器指向2080地址單元，系統(tǒng)主動地從此處起頭, 運行法式。故在此設(shè)置一條關(guān)中指令，然后進行一些初始化，期待從鍵盤的輸入，按照鍵值散轉(zhuǎn)，執(zhí)行響應(yīng)的法式。法式框圖如圖5所示。
　　2.2.1 初始化
　　(a) 封閉所有間斷
　　(b) 設(shè)置旅館指針, 在本系統(tǒng)中，對旅館的會見首要有法式的挪用和間斷而發(fā)生，其最大壓入深度不高出64個字節(jié)。
　　(c) 內(nèi)部RAM及有關(guān)外部RAM清零。
　　(d) 封閉PWM輸出及A/D輸出, 防止系統(tǒng)誤動而發(fā)生不良影響。
　　(e) 8279初始化；
　　鍵盤/顯示格局設(shè)置敕令字，過程CPU送入節(jié)制節(jié)制10H, 即八位顯示、左進口、編碼掃描、雙鍵鎖定格局。
　　時鐘敕令字，為了獲得8279內(nèi)部要求的100 KHz, 須將ALE進行6分頻，故敕令字為26 H。
　　讀顯示RAM,取讀后地址主動加 1 的格局, 故其敕令字為 70 H；寫顯示RAM，取寫后地址主動加1的格局, 敕令字為90 H；排除顯示RAM, 給顯示RAM寫入“P”。
　　圖5 監(jiān)控法式框圖
　　2.2.2 人機對話
　　顛末上述初始化后，就可起頭進行人機對話。其首要功能是，CPU 識別工作人員從鍵盤送入的敕令、數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)而去執(zhí)行響應(yīng)的法式。
　　鍵盤設(shè)16個數(shù)據(jù)鍵0～F,四個功能鍵LAST、RESET、NEXT/PRO和EXEC鍵。此中,RESET被按下后系統(tǒng)會主動上電復(fù)位,不需要CPU的識別處理。EXEC鍵被按下,則轉(zhuǎn)去執(zhí)行節(jié)制法式的初始化法式。NEXT、LAST鍵是顯示并可點竄當前地址單元的下一個、上一個單元的內(nèi)容；假如當前沒有顯示任何單元，則此時按下LAST無效,而NEXT轉(zhuǎn)為“PRO ”鍵功能，即此鍵被按下，被顯示和可點竄的單元, 是存放節(jié)制敕令及數(shù)據(jù)的首地址7FF0H。
　　2.3 節(jié)制軟件
　　考慮到系統(tǒng)的要求，節(jié)制軟件需要完成閥的調(diào)節(jié)、系統(tǒng)調(diào)節(jié)、為了包管法式按必然的系列執(zhí)行所需要的間斷、守時以及響應(yīng)的一些數(shù)據(jù)采集、輸入和處理等。圖6是節(jié)制軟件總體框圖；對各個部門申明如下：
　　2.3.1 初始化
　　在封閉間斷的狀況下，實現(xiàn)對節(jié)制法式的下述幾個初始化工作。
　　(a).對PID 程式(閥的調(diào)節(jié))爭論中的一些標記、輸入E、輸出U清零。將由Kp、 Ki、Kd、采樣周期T及低通濾波器的時候常數(shù)Tf, 爭論獲得的Qi、Mi付與給它的存儲單元。在PID 法式中，數(shù)的默示及運算均采用定點數(shù)的格局來處理。盡管8098自己具有富厚的指令系統(tǒng), 設(shè)有帶符號數(shù)和不帶符號數(shù)的加、減、乘、除運算指令，給編程帶來了極大的利便；但PID 法式的運算過程中，因定點數(shù)的默示規(guī)模有限，中心不免有溢出之處,為此設(shè)有幾個判斷標記，在運行PID 法式之前也需要對它們初始化。
　　圖6 節(jié)制軟件總體框圖
　　(b).采樣時候到標記清零；
　　(c).比例閥流量死區(qū)的根基值賦值；設(shè)置PWM 的周期、最大輸出電流( 包孕顫振燈號的頻率和幅值 )；輸出電流清零，以避免輸出單元的隨機值引起系統(tǒng)的誤動。
　　(d).軟件守時間斷和 HSO間斷初始化；開放這兩個間斷，即INT－MASK付與＃28H，同時，把兩個間斷辦事子法式的進口地址放入響應(yīng)的間斷向量單元。
　　(e).設(shè)置旅館指針，SP指向內(nèi)部RAM中的00FEH單元。
　　2.3.2 采樣及爭論法式
　　(a). 讀給定的位移；輸入的位移是以十進制數(shù)的格局放入7FF0H～7FF2H的，是以，需要挪用一次三字節(jié)的BCD碼轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的法式，其成績放入40H～42H這三個字節(jié)單元，并在整個節(jié)制法式運行時代積存。
　　(b).爭論增量式PID算式Un+1＝∑QiEi＋Un中的Qi，Mi。
　　2.3.3 節(jié)制法式的主法式
　　在節(jié)制法式的主法式中，因為至少存在一個PID法式(閥的調(diào)節(jié)), 而PID中的運算參數(shù)與采樣周期T有關(guān), 為了PID節(jié)制算法的準確實現(xiàn), 本節(jié)制法式過程軟件守時來實現(xiàn)包管固定的采樣周期。固定采樣周期的獲得，現(xiàn)實上是過程期待, 把每次法式輪回運行的時候差距拉平。此辦法的先決前提是，采樣周期必需大于完成一個輪回運行所需要的最長時候，即對采樣頻率的最大值有個限制。
　　以下是節(jié)制軟件的各個功能模塊。
　　(a).采樣、輸入系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù),需要采樣或讀入的數(shù)據(jù)有閥芯的位移,以及閥控系統(tǒng)所需的執(zhí)行元件位移和系統(tǒng)壓力等參數(shù)。
　　由A/D 采樣來的數(shù)據(jù)(閥芯位移及壓力等參數(shù)),還需經(jīng)濾波處理后放入指定的單元。
　　執(zhí)行元件的位移，從二次儀表獲得的BCD碼還需經(jīng)數(shù)制數(shù)轉(zhuǎn)換法式處理。
　　本文僅用到閥芯位移的采集及濾波，其它是為閥控系統(tǒng)所籌辦。
　　(b). 閥控系統(tǒng)調(diào)節(jié)法式,是閥控系統(tǒng)所需的節(jié)制策略。本文僅作燈號發(fā)生器利用。
　　(c). 閥的調(diào)節(jié)法式,按照給定量和反饋量的關(guān)系,處理和爭論的成績放入HSO的輸入單元,即作為PWM調(diào)制及放大的輸入。閥的調(diào)節(jié)方式是工程上廣為應(yīng)用的PID節(jié)制。
　　2.3.4 間斷辦事法式
　　間斷辦事法式中,有一個軟件間斷守時器，它首要是每當采樣時候到，則設(shè)置啟動標記，主法式或許運行。另一個間斷法式是HSO的間斷輸出,即節(jié)制器的輸出。
　　2.3.5 試驗測試法式
　　為了對系統(tǒng)的機能進行測試闡明，在節(jié)制法式中插足了一些試驗輔助法式。這些法式首要有：燈號的給定及測試數(shù)據(jù)記錄法式,記錄的數(shù)據(jù)經(jīng)離線處理得動態(tài)曲線。
　　3 試驗成績
　　試驗研究包孕靜態(tài)機能和動態(tài)機能試驗。在靜態(tài)試驗時,閥控系統(tǒng)調(diào)節(jié)法式設(shè)置為線性燈號發(fā)生器，動態(tài)測試時則設(shè)置為階躍燈號發(fā)生器。動態(tài)數(shù)據(jù)用測試數(shù)據(jù)記錄法式記錄,靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)則用X-Y函數(shù)記錄儀記錄。
　　從圖7和圖9或許看出,由數(shù)字節(jié)制放大器組成的電液比例標的節(jié)省閥,具有較合意的動靜態(tài)機能。從圖8也可看出該閥的流量特征在零點鄰近很差,有死區(qū)和滯環(huán)等嚴重的非線性,這是這類節(jié)省閥固有的特征。
　　圖7 靜態(tài)位移曲線
　　圖8 靜態(tài)流量曲線
　　圖9 階躍響應(yīng)曲線
　　4 結(jié)論
　　本文提出的數(shù)字節(jié)制放大器,取得了比力合意的成績,同模擬節(jié)制放大器比擬,它集系統(tǒng)節(jié)制功能于一體，使得閥控系統(tǒng)具有更高的經(jīng)濟性、靠得住性和靈動性。在閥控系統(tǒng)中，節(jié)省閥流量特征的嚴重非線性是需重點考慮管理的問題；在此根基上，因為比例閥較伺服閥有更好的經(jīng)濟性和利用維護的利便性，使得它具有較廣漠的應(yīng)用前景。