基于对象模型的数字式电液比例放大器设计与实现

　　1 概述

　　电液比例控制系统广泛应用于机械制造、农田水利、工程车辆等领域。电液比例放大器是实现电液比例控制不可缺少的环节，是联系电机液的桥梁。

　　电液比例放大器分模拟式和数字式。近年来，数字式比例放大器由于其易产生振颤信号，可智能化寻优 PWM 频率，以及数字控制程序修改方便等，越来越多的取代模拟式电液比例放大器应用于生产实践中，参考文献 1 就曾设计了一种基于单片机的智能 PWM 比例放大器。

　　统一建模语言(UML)是第 3 代对象建模语言的标准，归对象管理组(OMG)所有。UML 提供了完备定义的基本语义模型，表示法易于理解和掌握，而且被 OMG组织接纳为标准。有了 UML 后，人们就可以把面向对象的体验运用到实时嵌入式系统。

　　本文用UML语义描述了电液比例放大器的功能结构模型和行为模型，在参考了一些设计模式的基础上设计了数字电液比例放大器的物理结构与软件结构，并以 80C196KC 为核心实现了数字式电液比例放大器。

　　2 UML 建模电液比例放大器系统

　　电液比例放大器的主要功能是实现操作手柄对比例阀中螺线管电流的比例控制，次要功能是将放大器工况在 LCD 上显示，承担过流过压的保护和报警。电液比例放大器系统的结构模型基于一种“模型—视图—控制器(MVC)模式”，模型用 UML 描述的类图表示，如图 1 所示。

　　类图中包含了电液比例放大器工作环境中的系统元素。从操作用户的可见视角看，系统建模为控制终端(control terminal)、比例阀螺线管(solenoid)和用户视图(user view)3 部分。控制终端包括了电液控制系统中常见的操作手柄(operation handle)和开关(button)，以及小键盘(keyboard)。上述三者与控制终端的关系表示为聚合关系，同时操作手柄也是位置传感器的特化。

　　比例阀聚合了螺线管类，通过螺线管的电流为被控量。用户视图聚合了 Lcd、Led 和警报器类(alarm)，作为通告用户信息的统一管理者。

　　控制终端与比例阀螺线管的逻辑关联为“控制”(control)，意味着控制终端每发出一次信号，螺线管对象都必须产生相应的操作使其属性或者状态满足控制终端的要求，这里的“控制”特别强调了对螺线管对象连续的闭环控制，如果只是按钮的开关开环控制，关联名称就可以简单的表示为“开启”或“关闭”。

　　比例阀螺线管和控制终端与用户视图具有相同的关联“命令显示”(display)。控制终端和比例阀螺线管将连续地发出命令和信息，要求用户视图按要求显示各种状态信息或者报警，用户视图将统一管理这些信息，指挥聚合部件有序工作。