吴宇凡 谢 雁 宋 楠 

（西安石油大学"陕西 西安710065）

摘要:利用单片机对伺服比例阀产生的相关信号进行综合处理，产生PWM信号来实现对比例伺服阀的数字化控制，其核心是基于C8051单片机对外部激励信号和比例伺服阀阀芯位置反馈信号的采集处理〔在单片机内完成算法控制运算，利用内部集成的可编程计数器阵列的PWM功能输出可变占空比，通过专用的驱动芯片LMD18200来驱动伺服阀动作，最终实现了基于单片机的比例伺服阀闭环控制。

关键词:单片机，PWM,ADC转换，比例伺服阀，控制

1 伺服比例阀控制方案设计

伺服比例阀的价格和性能处于普通比例阀和高精度控制伺服阀之间，它对油液环境的清洁度要求低于伺服阀，由此它在工业上的电液闭环控制领域有大量的使用，因此催生了数字式比例元件、控制系统的产生、)本文针对的基于单片机的伺服比例阀控制采用的方案是带反馈的闭环控制，方案框图如图1所示，当给定一个激励电压(激励电压输出范围-10V~+10V)控制伺服比例阀的阀门具体开度大小时，先将给定的信号调理成单片机能识别的范围，即0~2.5V，与此同时单片机也时刻采集伺服比例阀的阀芯具体位置，其位置的具体量化由内置的LVDT位移传感器测量输出的电压决定（输出范围-10V~+10V)，同样将位置反馈电压调理在0~2.5V的范围内，这样就得到了给定的激励电压与阀芯反馈量之差，即误差量，误差在单片机内部经过AD模数转换，再进行闭环控制Pi算法的运算，将运算结果传递给单片机内部的PCA单元，PCA就会产生PWM波，由PWM方式输出到功率驱动电路，驱动比例伺服阀中的比例电磁铁的运动，从而精确控制整个比例阀门的开度大小，整个过程由单片机的程序运算来完成完成了一个基于PI算法的闭环控制过程相比于纯的模拟电路来实现整个控制过程比例伺服阀的数字化控制功能主要由单片机来完成，在利用数字控制原理技术结合自控原理中的PI控制算法，能够更加精确实现比例阀的位置控制。木文研究所采用的比例伺服阀是ATOS公司的DL-HZO型比例伺服阀。

图1 数控力案框图

2 前端信号处理电路

控制比例伺服阀的前端信号包括激励给定电压和阀芯位置反馈电压，阀芯位移传感器供电士15V，比例电磁铁工作电压+24V其中激励电压给定由PLC差分方式输出，由于C8051单片机设置的AD转换输入电压范围为0~2.5V，所以使用了图2所示的激励电压调理电路将-10V~+10V的输入激励电压通过两个LM358运算放大器和电阻来组成模拟代数运算电路，调理到单片机能识别的电压范围。

电路原理图中使用了两个LM358集成运放器，每个LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，可适用于电压范围很宽的单电源，也适用于双电源工作方式它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块、由于激励电

图2 激励电压调理电路

压输出范围有负范围的电压输入，所以图3中运放采用的是双电源正负15V供电。V1所表示的是模拟输入激励电压，运放U1A和电阻R2组成反向比例运算电路，实现将V1输入电压缩小0.25倍;运放U2A,VDD和电阻R7组成反向代数加法运算电路，将通过R6输出的电压抬高2.5V后再比例缩小0.5倍，运放U1B和U2B的作用是将电压相位反相，整个电路要实现的