电液比例控制器的设计

　　电液比例控制器是电液比例控制元件及系统的控制和驱动装置,能够根据元件及系统的控制需要对控制信号进行处理、放大。在电液比例系统中,对比例控制器一般有以下几点要求: (1)良好的稳态控制特性; (2)动态响应快; (3)功率放大级的功耗小;(4)抗干扰能力强,有良好的稳定性和可靠性; (5)较强的控制功能; (6)标准化,规范化[1]。目前电液比例控制器可分为带电反馈和不带电反馈的比例控制器,以及模拟式和开关式的比例控制器。带电反馈的比例控制器可以作为某些闭环控制系统的控制器,并带有测量放大电路,反馈比较电路和调节器。而不带电反馈的比例控制器只能用于开环控制。模拟式比例控制器可输出连续电流,功放管工作在线性放大区,功耗大,温升高,效率低。而开关式PWM (脉宽调制)比例控制器的功放管工作在截止或者饱和区,即开关状态,比例电磁铁控制线圈两端电压为脉冲电压,功耗很[2]。因此,作者设计了一种结构简单、调整方便的PWM比例控制器,并利用EDA仿真软件进行了电路仿真,结果表明该电液比例控制器具有功耗小、控制精度高、温度漂移低等优点。

　　1　电液比例控制器的设计

　　1·1　电液比例控制器的组成

　　比例控制器主要参数如下:供电电压12~36 V;最大输出电流1 A;初始电流1~100 mA连续可调;控制电路电压±5 V;斜坡调节时间为0~20 s;颤振信号为100~200Hz的方波;负载比例电磁铁线圈电阻3~45Ω。该电液比例控制器的电路如图1所示。它主要由电源电路、斜坡电路、电流调节电路、PWM及功放电路等组成。各部分的电路设计如下。

　　1·2　电源电路

　　电源电路的功能是将12~36 V的输入电压转变为±5V的芯片工作电压。+5V电压由PWM控制器3524的16脚REF OUT产生,其电路如图2所示,3524芯片中REFOUT端输出电流可达到50 mA,短路电流达100 mA,可满足该控制器芯片对电源的要求。-5 V电压由一个ICL7660芯片产生,其电路见图3, 8脚接3524输出的+5 V基准电压, 5脚输出-5 V电压。

　　1·3　斜坡电路

　　斜坡电路的功能是当输入阶跃信号时,能够以可调的速率无冲击地到达给定值,从而平稳而迅速的起动、转换或停止。它不改变信号幅值,只改变控制信号的上升速度和下降速度。斜坡时间可通过电位器调节,其电路如图4所示,它由两部分组成,即比较器U1D和积分器U1C,积分器的输出端经R9反馈至比较器的同相输入端。电位器PT2和PT1分别调整上升和下降斜坡时间。

　　1·4　电流调节电路

　　设定电流调节电路的目的是调整控制器输出的最小电流和最大电流。它由加法器和电压跟随器组成。其电路如图5所示,其中PT3和PT4分别调节最大和最小电流。