基于ARM的新型电液比例阀控制器的设计

　　0 引言

　　电液比例阀是以传统的工业用液压控制阀为基础，采用模拟式电气- 机械转换装置 ，将电信号转换为位移信号， 连续地控制液压系统中工作介质的压力、方向或流量。 比例阀控制器的作用是对控制信号进行处理和放大,驱动电气- 机械转换装置。 因此，控制器控制作用的优劣直接关系到整个液压系统的性能。 本设计通过使用单片机芯片对阀门进行比例控制，不仅具有很强的实际应用意义，而且符合阀门系统的小型化、集成化、智能化的发展要求。

　　1 电液比例压力阀的工作原理

　　新型电液比例阀的结构如图1所示。 阀体主要由衔铁、电枢、复位弹簧、角位移传感器等部件组成。 电液比例阀移动部件的运动是通过线圈中的电流所产生的电磁力与弹簧力的相互作用来实现的。 当电磁力与弹簧力相平衡并最终稳定时，比例阀的位移就处于平衡稳态位置;同时，比例阀内部的位移传感器输出电压信号。 比例阀内置的角位移传感器是一个半差动圆环传感器，它与衔铁轴通过拨杆直接相连接。 工作时，执行器衔铁位置发生的变化，由角位移传感器检测到，并把它反馈到输入端与输入信号比较，构成闭环控制。使执行器衔铁的角位移能够得到更准确的控制。改善了电磁执行器工作的线性度和滞环并大大提高了控制精度。

　　2 比例阀控制系统框图设计

　　比例阀控制系统主要实现通过电子控制器对电液执行机构(比例阀)比例环节的自动控制。 即当输入的信号改变时, 控制其输出的电信号使得电磁阀的张开程度成比例改变。为了保证自动控制的精度, 该系统宜采用闭环控制。对预期的最终位置与反馈信号作比较, 进而产生误差信号。 误差信号经放大作为系统的调节控制信号,实现误差最小或无静差。 比例阀控制系统框图如图2所示。系统主要包括3部分： 信号转换采集模块，A/D采样包括角位移信号和电流信号，角位移电压信号即位置信号反馈，电流信号检测控制主要起保护作用;单片机处理模块，本设计选择常用的恩智浦半导体(NXP Semi-conductors)公司生产的LPC12C14芯片;PWM驱动模块。

　　2.1 A/D转换模块

　　在本设计中共有位置信号即电压信号和电流信号两路采样。

　　2.2 单片机处理模块

　　主控制板模块的主要功能是实现对A/D转换器的读取和对数据进行算法处理, 为了满足系统智能化的设计要求, 选择ARM系列单片机LPC12C14作为主控制板的核心。主控制板电路和复位电路如图3所示。

　　2.3 PWM驱动模块

　　由于信号放大器驱动能力有限，本设计采用单片输出的PWM信号控制三极管通断的方式来控制驱动电压的输入。 PWM驱动技术电路原理如下：微处理器产生脉宽调制信号快速控制串联在电源与比例阀线圈间的复合晶体管的通断，电压以方波的形式加在比例阀线圈的两端，其平均电压由占空比决定。 控制电路图如图4所示。 R1为驱动电流采样电阻。