YAW-300B电液式水泥压力试验机比例放大器的设计

　　摘要:本文详细介绍了一种电液比例伺服阀功率放大器(简称比例放大器)的组成部分和工作原理，它具有稳定，滞环小，噪声低，而动态响应快等特点，在电液比例控制系统中得到广泛应用。

　　1引言

　　随着液压技术的不断完善和发展，电液比例控制技术的应用越来越广泛。电液比例伺服阀(简称比例阀)是由比例电磁铁取代普通液压阀的调节和控制装置而构成的。它可以按给定的输入电压信号连续地按比例地远距离地控制流体的压力和流量。采用电液比例控制阀提高了系统的自动化程度和精度，又简化了系统。比例阀的工作虽用伺服阀可完成，但后者精度高、价格贵，对油液清洁度要求更高。比例阀主要结构与普通阀差别不大，只是比例阀均由比例电磁铁驱动(一种电一机械转换器)。由于控制器产生的低功率信号无法直接驱动阀心线圈，放大器成为电液比例控制系统中必不可少且非常重要的组成部分。比例放大器通过把给定的输入模拟电压信号0一SVdC(或0一10Vdc)转换为线性电流信号控制比例电磁铁来改变油液的流量，实现输入模拟电压信号与油液的流量成比例关系。该电液比例控制系统灵敏、重复精度高、稳定性好、能方便地实现液压系统的遥控、自控、无级调速、跟踪反馈同步和计算机控制。

　　2比例放大器的组成

　　比例放大器的组成如图1所示，各部分的作用如下

　　(l)比例放大器电源

　　(2)输入模拟电压信号调节单元

　　(3)斜坡发生器

　　(4)P工调节器

　　(5)PWM调制器

　　(6)U/工转换单元

　　(7)三角波发生器

　　(8)比例阀

　　2.1比例放大器电源

　　将外部提供的+24V电源转换成放大器所需的士gV及+l5v电源，供电子线路使用。

　　2.2输入模拟电压信号调节单元

　　将外部输入电压信号经线性放大电路转换成放大器所需的内部电压。

　　2.3斜坡发生器

　　将速度的阶跃给定转换为斜坡给定，以改变加、减速时间。

　　2.4PI调节器

　　将控制量与实际的比例阀反馈进行比较放大、闭环控制比例阀输出流量及确保调速系统具有良好的动态特性。

　　2.5PWM调制器

　　将放大器输出量转换为PWM调制波。

　　2.6U/l转换单元

　　将PWM调制后的电压信号转换成电磁铁的电流信号。

　　2.7三角波发生器

　　在控制信号中叠加颤振信号，频率、振幅可调，为了减小磁滞和摩擦力对比例阀性能的响应，使比例电磁铁保持热态，提高系统的动态响应速度。

　　2.8比例阀

　　通过阀芯的位置变化来控制油液的流量，从而达到控制油缸上升速度的目的。

　　3各组成部分的原理

　　线路原理图如图2所示:

　　3.1，比例放大器电源

　　放大器的电源是由三极管v，一v:、电阻、电容、电阻器P6、运放N4、稳压管Dg、D，。等元件组成，RS。、R59、P6是N4B的取样回路，调节p河使稳压输出为18v。运放N4A和v。、VZ构成了内部士gV稳压源，外部输人+24V为内部+15V，注意切不可将内部地与外输人的OV相连。

　　3.2输入模拟电压信号调节单元

　　线路原理图如图3所示:

　　信号调节单元由NI、PRI、PZ及电阻电容等器件组成，对输入模拟电压信号ui进行放大调整得到供内部使用的电压信号ua;调节PR，改变放大倍数，通过调节PZ来调整放大器输出的最大电流。

　　3.3斜坡发生器

　　斜坡发生器的原理如图4所示。由运放NZ和N3及DZ~D6，P3~P4及电阻电容等组成。其原理:当ua给定时，因为输出端ub(0)=0，N3A迅速输出饱和电压.并经过DS、D6稳压，通过P4，R29对Cll充电，充电电流为i。(t)=Vdd/(R29+p4)(恒流);ub二(1/C)了idt二(l/C)*vdd/(R29+p4)*t，ub呈线性上升，一旦ub=ua时，使N3B输出电压为OV，电容停止充电，ub=ua保持不变。ub的输出波形如图5所示。

　　加速时间t二uaC(RZg+P4)/Vdd。调节P4即可改变上升时间，同时当P4一旦固定后tbocua即保证了各种给定下的恒加速上升。减速下降为C，1放电过程，调节P3可改变减速下降时间，原理相同不再赘述。

　　3.4PI调节器

　　线路原理图如图6所示，由PS、NSB、N6A、C，9及电阻等组成;NsB构成比例阀电流负反馈变换单元，N6A、R42、R;3、R峨峨、C，。组成比例放大和积分单元，PS为调零输入端，调节PS可改变比例阀死区电流到合适位置。调节器对输入ub的传递函数为

　　中K=R43/R42，tD=R4魂Cl。，tt=tD(1+R43/R44)，为典型的PI调节器.

　　3.5pWM调制器

　　线路原理图如图7所示，由三角波发生器和由N6B构成的比较器组成，ue为三角波发生器输出的标准的三角波，波形如图8所示。

　　由uc与ue比较，得到PWM调制波ud，波形如图9所示。

　　3.6Ull转换单元

　　线路原理如图10所示，由v今、v。、R。等组成了比例电磁铁的电压/电流转换单元，VS为驱动管，R69为101/Zw电流取样电阻。工作原理如下:当ud高时，V4饱和导通，VS导通，比例电磁铁Y上得到恒定电流。当ud低时，v4截止，vs截止，比例电磁铁Y上无电流输出。感性比例电磁铁Y上可以得到平均值与给定电压成正比的控制电流，从而达到调速的目的。

　　3.7三角波发生器

　　N7A、N7B组成了PwM调制器中的三角波发生器，线路原理如图n所示，其原理如下:设D16、m7稳压值为UZ，初始时刻设uel为十UZ，则C20充电，ue按线性规律下降，当下降到0以后再下降到一定程度，使N7A的u+低于u一，uel跳变为一Uz，这时C20开始放电，ue按线性规律上升，上升到一定程度，使N A的u+高于u一，uel跳变为+UZ，如此周而复始，产生振荡。由于充放电电路相同，上升下降时间相等，因此ue是三角波。调节PS、P河改变三角波的幅值和频率。

　　4 在YAW一30OB电液式水泥压力试验机上的应用

　　由于比例阀具有推力大、结构简单、对油质要求不高、价格低廉等优点，在YAW一3OOB微机控制电液式水泥压力试验机上得到应用，实现了试验力的恒速加载和试验力保持等试验技术要求。

　　参考文献

　　〔1」许益民《电液比例控制系统的分析与设计》，机械工业出版社，2005.10

　　「2」李辉赵娟刘廷明《新型电液比例控制器的研究设计》((电子设计应用》2007:(08)

　　本文作者：王金阳 梁春华