引（yǐn） 言
　　電液比例標的節省閥，是由閥本體（機械布局（jú））和比例節製放大器構成，沒有比例節製放大器（qì），這類閥的功（gōng）能近（jìn）似於普通的電磁換向閥，今朝應用的此類閥，其（qí）比例放（fàng）大器多為專用的模擬比例（lì）節製放大器。本文介紹的數字節製放大器，不僅實現（xiàn）了節製放大器的數字化，提高了閥的機能，並且兼顧了閥控（kòng）係統的需（xū）要，提高了靠得住性、經濟性和靈動性。
　　圖1 硬件布局框圖
　　1 硬件布局
　　本節製（zhì）放大器硬件布（bù）局如圖1所示，其（qí）首要功能機能如下：
　　具有RS-232串行口,能與尺度RS-232接口聯機,可與上位（wèi）微機組成遙控係統或進行多機協（xié）調節製,數據的發送與領（lǐng）受均（jun1）采用間斷（duàn）形式。四路大功率光電隔離PWM脈寬調製輸（shū）出, 每路的輸出電流達800多毫安（ān），並有防止比例（lì）電磁鐵線圈發生高壓損壞的續流感化。每路PWM的輸出均配有發光二（èr）極（jí）管顯示（shì）。8098芯片所供給10位 A/D輸入，經多路開關擴展（zhǎn）後達（dá）16路（lù）。具有（yǒu）鍵盤與顯示，實（shí）現人機接口。8K的外部RAM和16K的外部EPROM。
　　為（wéi）閥控係統（tǒng）供（gòng）給了除前述中的A/D、PWM輸出外,還有兩個可編（biān）程並行 I/O擴（kuò）展接（jiē）口。
　　實現（xiàn）上述功能的首（shǒu）要接口電路如下：
　　1.1 與（yǔ）比例電磁鐵的接口
　　節製放大器對（duì）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（cí）鐵獲得響應（yīng）巨細的電流,進而發生一電磁（cí）力以鞭策閥芯。因為比例節（jiē）製係統的動態響應要求不是很高，故采用圖2所（suǒ）示的驅動線路，圖中驅動管采用光電隔離將驅動部門與節製器數字（zì）部（bù）門隔離,提高了節製器的抗幹擾能力。
　　圖（tú）2 與比例電磁鐵（tiě）接口電路
　　由節製器輸（shū）出的PWM 燈號，經驅動電路放大，因為電磁鐵的慣性，在線圈上就可獲得平均值與占空比（bǐ）成比例（lì）、帶有交流紋波分量的直流電流。是以，其輸出（chū）的電流帶有必然的顫振成效；但因為其頻（pín）率（lǜ）與PWM燈號頻率不異，幅值與調製燈號的占空比、調（diào）製頻率及負載時候成函數關係（xì），頻率和幅值互相牽製，不行自力調節，限製了這種交流紋波的顫（chàn）振成效。本節製器的（de）PWM調製燈號的頻率為500 Hz，是傳統低頻調製格局的 2～10倍，減小了線圈（quān）電流波幅以及開關特征的延遲時候對線圈電流的影響；另一方麵，閥的電反饋閉環（huán）把整個閥的機械（xiè）部門都籠罩在內，閥的滯環獲得了較好的降（jiàng）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（lù），對輸入燈號進行濾波、調零和放大處理，使得其（qí）輸出的電（diàn）壓在（zài）0～5伏（fú）這個規模，而且供給的電流不小於 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。因為這裏的電源被引入燈（dēng）號輸（shū）入端，用來拉低輸出的電（diàn）平，故電源的改變波動（dòng）會（huì）直接引起處理（lǐ）後的輸出波動改變。是以，盡管對電（diàn）源進行了硬件濾波，為了確保（bǎo）精度要求，在軟件中（zhōng）采納響應的濾波算法，再進行一次濾波。
　　圖3 燈號處理電（diàn）路鐵（tiě）接口電（diàn）路
　　1.3 為閥控係統（tǒng）而設的其它的接口
　　執行元件的輸出由光柵檢測,因（yīn）所用光柵（shān）數顯表輸出是20位的BCD碼，可過程8255擴（kuò）展的PA、PB和PC口讀入，經軟件處理轉換成二進製數。
　　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（háng）轉換采樣。
　　2 軟件布（bù）局與設計
　　2.1 總體布局
　　整個軟件包孕兩部門，即監控軟件和節（jiē）製軟件。監（jiān）控軟件首要完成（chéng）人機接口功能；整個軟件的（de）焦點是（shì）節製軟件（jiàn），它（tā）完成對閥（fá）和係（xì）統的節製。圖（tú）4 是整個（gè）法式（shì）的簡化框圖,此中,因（yīn）節（jiē）製的及（jí）時性要求, 從節製（zhì）法式返回到監控法式,是由（yóu）軟件複位（wèi）過來的,監控軟件和節製（zhì）軟件所利用的存儲空間,絕大大都多半或許交叉（chā）反複而不致於引起紊亂。
　　圖4 軟件（jiàn）總體布局簡化框圖
　　2.2 監控軟件
　　因為8098芯片複位（wèi）後，法式計數器指（zhǐ）向2080地址單元，係統主動地從此處起（qǐ）頭, 運行法式。故在此設置一條關中指令（lìng），然（rán）後進行一（yī）些（xiē）初始化，期待從鍵盤的輸入，按照鍵值散轉，執行響應的（de）法式。法式框圖如圖5所示。
　　2.2.1 初（chū）始化
　　(a) 封閉所（suǒ）有間斷
　　(b) 設置旅館（guǎn）指針, 在本係（xì）統中，對旅館的（de）會見首要有法式（shì）的挪用和間斷而發生，其最大壓入深度不高出64個字節（jiē）。
　　(c) 內部RAM及（jí）有關外部RAM清零。
　　(d) 封閉（bì）PWM輸（shū）出及A/D輸出, 防（fáng）止（zhǐ）係統誤動而發生不良影響。
　　(e) 8279初始化（huà）；
　　鍵盤/顯示格局設置敕令字，過程CPU送入節製節製10H, 即八位顯示、左進口、編碼掃描、雙鍵鎖定格局。
　　時鍾敕令字（zì），為了獲得8279內（nèi）部（bù）要求的100 KHz, 須將ALE進行6分頻，故敕令字（zì）為26 H。
　　讀顯示RAM,取（qǔ）讀後地址主動加 1 的格局, 故其敕令字為 70 H；寫顯（xiǎn）示RAM，取寫後（hòu）地址主動加（jiā）1的格局, 敕令字為90 H；排（pái）除顯示RAM, 給顯示RAM寫入“P”。
　　圖5 監控法式框圖
　　2.2.2 人機對話
　　顛末上述初始化後，就可起頭（tóu）進（jìn）行人機對話。其首要功能是，CPU 識（shí）別工作（zuò）人員從鍵盤送入的敕令、數據，並（bìng）轉而去（qù）執（zhí）行響應的法式。
　　鍵盤設（shè）16個數據鍵0～F,四個功能（néng）鍵LAST、RESET、NEXT/PRO和（hé）EXEC鍵。此中,RESET被按下後係（xì）統（tǒng）會主（zhǔ）動上電複位,不需要CPU的識（shí）別處理（lǐ）。EXEC鍵（jiàn）被按下,則轉去執（zhí）行節製法式（shì）的（de）初始化法式。NEXT、LAST鍵是顯示並可點（diǎn）竄當前地址單元的下一（yī）個、上一個單元的內（nèi）容；假如當前（qián）沒有顯示任何單元，則此時按下LAST無效,而NEXT轉為“PRO ”鍵功（gōng）能，即此鍵被按下，被顯示和可點（diǎn）竄的單元, 是存放節製（zhì）敕令及數據的首地址7FF0H。
　　2.3 節製軟件
　　考慮到係統的要求，節製軟件需要完成閥的調節、係統調節、為了包管法式按必然的係列執行所需要的間斷、守時以及響應的一些數據采集、輸入（rù）和（hé）處理等（děng）。圖6是節製軟件總（zǒng）體框圖（tú）；對各個部門申（shēn）明如下：
　　2.3.1 初始化
　　在封閉間斷的狀況下（xià），實現對節製法式的下述幾個（gè）初始（shǐ）化工作。
　　(a).對PID 程式(閥的調節)爭論中的一些標記、輸入E、輸（shū）出（chū）U清零。將由Kp、 Ki、Kd、采樣周期T及低通濾波器的時候常數Tf, 爭論獲得的Qi、Mi付與給它的（de）存儲單（dān）元。在PID 法式中，數的默示及運算（suàn）均采用定點數的格局來處理。盡管8098自己具有富厚的指令係統, 設有帶符號數和不（bú）帶符號數的加、減、乘、除運算（suàn）指令，給編程帶來了極大的利便；但PID 法式的運（yùn）算過程中（zhōng），因定點數的默示規模有限，中心不免有溢出之處,為此設有幾個判（pàn）斷（duàn）標記，在運（yùn）行PID 法式之前也需要對它們初始化。
　　圖（tú）6 節製軟件總體框圖
　　(b).采樣時候到標記清零（líng）；
　　(c).比例閥流量（liàng）死區的根基（jī）值賦值；設置PWM 的周期、最大輸（shū）出電流（liú）( 包孕顫振燈號的（de）頻率和幅值 )；輸出電流清零（líng），以避免輸出單元的隨機值引起係統的誤動。
　　(d).軟件守時間斷（duàn）和 HSO間（jiān）斷初始化；開（kāi）放這兩個間斷，即INT－MASK付（fù）與＃28H，同時，把兩個間斷辦事子法式的進口地址放入響（xiǎng）應的間斷向量單元。
　　(e).設置旅館指針，SP指向內部RAM中的00FEH單（dān）元。
　　2.3.2 采樣（yàng）及爭論法式
　　(a). 讀（dú）給定的（de）位移；輸入的位移是以十進製數的格局放（fàng）入7FF0H～7FF2H的，是以，需要挪用一次三字節的BCD碼轉換成二進製數的法式，其成績放入40H～42H這三（sān）個（gè）字節（jiē）單元，並在整個節製法式運行時代積（jī）存。
　　(b).爭論增量式PID算式Un+1＝∑QiEi＋Un中的Qi，Mi。
　　2.3.3 節製法式的主法式
　　在節製法式（shì）的主法式中，因為至少存在一個PID法式(閥的調節), 而PID中的運（yùn）算參數與采樣周期T有關, 為了PID節製算法的準確實現, 本節製法式過程軟件守時來實現包管固定的采樣周期。固定（dìng）采樣周期的獲得，現實上是過（guò）程期待, 把每次法（fǎ）式輪回（huí）運行的時候差距拉平。此辦法的先決前提（tí）是，采樣周（zhōu）期（qī）必需大於完成（chéng）一個輪回運（yùn）行所（suǒ）需要的最長時候，即對采樣頻率的最大值有個限製。
　　以下是節製軟件的各個功能模塊。
　　(a).采樣、輸入係統反饋數據,需要采樣或讀入的數（shù）據有閥芯的位移,以及閥控係統所需的執行元件位（wèi）移和係統壓力等參數。
　　由A/D 采（cǎi）樣來的數據(閥芯位移及壓力等參數),還需經濾波處理後放入指定的單元。
　　執行元件的位移，從二次（cì）儀表獲得的BCD碼還需經數（shù）製數轉換法式處理。
　　本文（wén）僅用到閥芯位移的采集及濾波，其它是為閥控係統所（suǒ）籌辦。
　　(b). 閥控係統調節法式（shì）,是閥控係統所需的節製策略。本文僅作燈號發生器利用。
　　(c). 閥的調節法式,按照給定量（liàng）和反饋量的關係,處（chù）理和爭論的成績放入HSO的輸入單元,即作為PWM調製及放大的（de）輸入。閥的調節方式是工程上廣為應用的（de）PID節製。
　　2.3.4 間斷辦事法（fǎ）式
　　間斷辦（bàn）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，則設置啟動（dòng）標記，主法式或許運行。另一個間斷法式是HSO的間（jiān）斷輸出,即節（jiē）製器的輸出。
　　2.3.5 試驗測試法式
　　為了對係統的機能進行測試（shì）闡明，在節製法式中（zhōng）插足了一些試驗（yàn）輔（fǔ）助法式。這些法式首要有：燈號的給定及測試數據記錄法式,記錄的數據經離線處理（lǐ）得動態曲線。
　　3 試驗成績（jì）
　　試驗研究包孕靜態機能和動態機能試（shì）驗。在靜態試驗時,閥控係統調節（jiē）法（fǎ）式（shì）設置為線性燈號發生器，動態測試時則設置為階躍燈（dēng）號發生器。動態數據用測試數據記錄法式記錄,靜態試驗（yàn）數據（jù）則用（yòng）X-Y函數記（jì）錄儀記錄。
　　從圖（tú）7和圖9或（huò）許看出,由（yóu）數字節製放（fàng）大器（qì）組成的電（diàn）液比例標（biāo）的節（jiē）省閥,具有較合意的動靜態機能。從圖8也可看出該閥（fá）的流量特征在零點鄰近很差（chà）,有死區和滯（zhì）環等嚴重的非線性,這是這類節省閥（fá）固有的特征（zhēng）。
　　圖7 靜（jìng）態位移曲線
　　圖8 靜態流量曲線
　　圖9 階躍響應曲線
　　4 結論
　　本文提（tí）出的數字（zì）節製放大器,取得了比力合意的成績,同模擬（nǐ）節製放大器比擬,它集係統節製功能於（yú）一體，使得（dé）閥控係統具有更（gèng）高的（de）經（jīng）濟（jì）性、靠得住性和靈動性。在閥控係統中，節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（fú）閥有更好的經濟性和利用維護的利便性，使得它具有較廣漠的應用前景（jǐng）。