基于ATmega16的电液伺服阀反馈控制器的设计

　　0 引言

　　电液伺服阀在工程系统中有着广泛的应用。尽管液压系统具有维护困难、泄漏、噪声比大等缺点，但是对于大功率的自动控制系统，液压控制是其他控制形式所不能替代的。

　　随着电液伺服系统应用领域的拓展，对电液伺服阀提出了更高的要求，如控制精度高、动态响应快、成本低等。但由于外部环境的干扰或电液伺服阀本身的性能不足，会出现伺服阀输出压力抖动过大、输出压力偏高或偏低的问题。故设计此电液伺服阀反馈控制器，可实现电液伺服阀稳定精确地输出压力。

　　1 总体设计

　　电液伺服阀反馈控制器核心控制芯片采用AT-mega16 单片机，ATmega16采用先进的RISC 结构，代码执行速度高，工作可靠稳定。

　　外围电路的设计主要包括输入信号采集电路、电流信号输出电路以及故障切换电路三部分。

　　考虑工程实际应用需求及系统集成化要求，将两路控制电路集成使用一片ATmega16单片机实现控制。充分利用了单片机的资源，同时节约开发成本。

　　系统总体结构如图1所示

　　2 输入信号采集电路

　　电液伺服阀依靠电流信号进行控制，控制电流范围为4~40 mA,对应输出压力为0~20 MPa.ATmega16有8路10位的ADC,采集电压的范围为0~5 V.因此需要将控制电流信号进行调理供单片机A/D口进行采集。

　　输入信号采集电路主要由I V 转换电路和A/D 采集电路组成，实现将4~40 mA电流转换为可供单片机采集的0~5 V电压。电路如图2所示

　　#m#

　　输入电流信号4~40 mA 经过精密电阻R21 采集转换为0.1~1 V电压信号。R16 ,R22 ,R23 与放大器LM324构成同相比例放大电路。放大倍数计算公式为：

　　放大电路将电压信号放大为0.5~5 V.实际测试结果见表1

　　实测数据满足设计要求。注意表1 中第一行单片机采集后经D/A输出电压为0.66 V,与放大电路输出电压0.49 V有一定误差。实际在输入电流为0 mA时，D/A也会输出0.66 V 电压。这是因为电路中二极管D11 的静态压降影响。

　　3 电流信号输出电路

　　电流信号输出电路包括D/A 输出电路和V I 转换电路。

　　D/A 输出电路使用AD558 芯片实现，单片机控制AD558输出0~10 V电压。后级V I 电路将0~10 V电压转换为可达4~40 mA范围的电流信号以驱动电液伺服阀。

　　3.1 D/A输出电路D/A的选择需要考虑其精度、量程范围以及转换建立时间等参数，同时还要注意使用的方便性。AD558是一款具有高转换速度以及简单方便的控制接口的电压输出型D/A转换器。