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智能数字式电液比例控制放大器

归档日期:07-20       文本归类:智能放大器      文章编辑:爱尚语录

  智能数字式电液比例控制放大器内蒙古工业大学房建东赵于东房建军摘要介绍智能型数字电液比例控制放大器的功能、结构及原理。它与传统模拟比例控制放大器相比具有许多决定性的优点。关键词智能控制微处理器脉宽调制机电一体化Abstract The paper emphasizes on the struc-ture and principle of the latest generation of intelli-gent digital proportion amplifier. And then pointout it s develops.Key words Intelligent control Microcontr-ller PWM Electromechenic收稿日期: 1998- 08- 180引言比例控制放大器是一种用来对比例电磁铁提供特定性能电流 ,并对电液比例阀或电液比例系统进行开环或闭环调节的电子装置。它是电液比例控制元件和系统的重要组成单元。尽管目前模拟式和开关式比例控制放大器在性能上已基本满足实用要求 ,它仍然存在着一些不足之处。主要缺陷就是缺乏灵活性。随着数字计算机技术的迅速发展 ,新的目标就转向了研制带微处理器的智能型比例控制放大器。这种智能型控制装置不仅要具有记忆功能 ,还要有逻辑思维能力。它不仅可以通过程序控制的方式来实现任何一种控制规律 ,而且可以充分发挥实时控制和综合控制的优势 ,能实现模拟比例放大器较难以实现的一些功能。随着自适应、 Fuzzy等现代控制策略固化到智能放大器中 ,将进一步完善调节器部分的性能 ,提高放大器总体控制功能。1结构及原理智能电液比例控制放大器也可称为可编程电液比例数字控制器。它主要有以下两种硬件构成。一种是以 MCS 96(或 51)系列单片机为 CPU,集控制和功率驱动为一体 ,并配有数显装置 ,典型结构如图 1所示。图 1可编程比例控制放大器硬件构成这种结构的放大器可充分发挥单片机调整的运算处理能力 ,丰富的片内接口资源 ,较高的运算精度以及丰富的指令系统等特点 ,由单片机来完成信号的输入、转换、处理、调节 ,并利用 CPU片内特有的功能 ,编程产生控制比例电磁铁所需的脉宽调制信号 ,也就是说 ,除测量放大电路和功率放大电路暂需另接外 ,其它功能模块均可由单片机通过编程实现。另一种是用工业控制计算机 ( STD或 PC)作为控制器。采用这种结构的特点是通用性好 ,有良好的人 机界面 ,研制周期短 ,可靠性高。这种控制器没有比例电磁铁专用驱动模板 ,但由于工控机上一般均配有固态继电器功率驱动模板 ,仍可通过软件编程产生脉宽调制信号 ,直接控制开关功率晶体管动作 ,驱动比例电磁铁 ,采用工业控制计算机构成比例控制放大器的结构简图如图 2所示。图 2工控机构成比例控制器简单结构两种放大器硬件结构虽不相同 ,但工作原理大致一样 ,它们的位置控制原理框图如图 3所示。智能控制放大器根据输入的参数 ,通过比例阀 47 《机械与电子》 1999(1) 阀芯位移检测构成闭环 ,经过相应的控制算法调节图 3智能数字比例控制放大器原理图及补偿之后 ,控制比例电磁铁的电流 ,从而按要求调图 4智能比例控制放大器工作原理框图节阀芯位置。比例电磁铁线圈电流采样构成的输出电流平均值的闭环调节 ,可削弱前向通道中放大环节非线性、增益变化、负载阻抗变化以及电源电压波动时输出电流的影响。图 4中所列的各种功能模块完全由智能放大器软件完成。智能比例放大器可以方便地校正传感器及反馈信号的非线性 ,只要设计适当的校正环节 ,就能改善闭环控制特性 ,无需增加额外的电路器件。智能比例放大器还能方便地实现各种响应曲线 ,进行参数调整及改进 ,而这均是普通模拟比例放大器较难以实现的一些功能。智能比例放大器相对于普通的模拟比例放大器具有许多决定性的优点。只用一个放大器就可以对不同的液压部件进行控制和相互间的连接 ,从而大大减少放大器的种类 ,增强了放大器的适应性。由于智能控制放大器的内部结构是一致的 ,因此所有部件的控制都可以用同一个操作器或计算机程序进行操作。放大器可以完成全部比例阀专门参数的预先调定 ,如闭环控制器参数、死区补偿、闭环控制行程、末级电流大小等 ,并带有比例阀的选择。由于设定值及其它调定参数的数字设定 ,可以使其具有 100% 的重复性。在产品经常更换或替换时 ,可以不用重新进行调整 ,而仅通过传递相应的参数组 ,就能实现所需要的功能。另外 ,还可以保护非故意或不按规定的调整。因为数值的改变只能通过固定的操作程序才能实现。智能比例放大器还具有过程参数显示和错误监控功能。如设定值输入出错 ,感应式位置传感测量系统发生故障 ,电磁铁接口电路发生故障以及控制出现错误和电压过低等 ,均可发出警告并执行相应指令。而其完成一次监控循环需的时间仅为零点几毫秒或更短。这种借助于操作者或 PC机来输入设定值或调节参数 ,极大地提高了操作的舒适性 ,方便了重复性高的数值输入。还提供了针对具体应用数值进行文件汇集的可能性。智能比例放大器使复杂的控制过程以及大量的设定值之间的连接都能够简单地实现。根据具体应用 ,确定被控制的阀 ,设定值输入、参数的补偿、多种配置连接转换的可能性、使用的压力、位移传感器、数字输出的功能等 ,直至过程控制的统一 ,并把最终调定的放大器配置情况传递给显示器。具有很高的综合控制性能。所以由智能比例控制放大器实现的电液比例控制装置适应面广 ,有可能拓广电液比例系统的应用范围。2结束语近年来随着工作对象对精度、响应速度和自动化程度要求的提高,对电液比例控制系统的要求也越来越高。同时,相当多的复杂控制对象要用精确的数学模型来描述是非常困难的,其中的多数又具有时变性和非线性,仅仅使用传统的控制方法已难以获得理想的控制性能。因此,对新的控制策略的使用提出了迫切要求。数字计算机控制技术的飞速发展,顺应了这一要求,它可以使液压系统的压力、流量控制从纯机构控制形式,机电浅度结合控制形式,向主要以数字化控制为主的形式发展。它有利于简化比例元件机械结构,简化系统构成,提高控制品质和智能化程度,可以达到精密控制、自动化、节能这3个目的 ,同时也使近代电液控制技术跃上了一个新的发展阶段。参考文献1路甬祥 ,胡大宏.电液比例控制技术 .北京: 机械工业出版社 , 1988.2 Klous Gimkiewicz . Kombination von propontionalventil- und 2- Wege - Einbauventiltechnik Fur Mechrfunk-tionalregelungen Dissertation KW TH Aachen , 1992.3 Henek Russ . Adding Pulse Width Modulation to Electro-hydraulic System, Diesel Progress Engines & Drives,1992. 58(7)房建东硕士 ,内蒙古工业大学电气工程系教师。(内蒙古010062) 48 《机械与电子》1999( 1)

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