比例阀双闭环设计.doc

沈阳化工大学本科毕业论文题 目 比例阀流量闭环控制系统硬件设计 院 系： 信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级：0803学生姓名：胡志鹏指导教师：蔡胜年论文提交日期：论文答辩日期毕业设计（论文）任务书电气工程及其自动化专业 电气 0803 班 学生：胡志鹏毕业设计（论文）题目：比例阀流量闭环控制系统硬件设计毕业设计（论文）内容：1）完成比例阀流量控制系统硬件设 计及驱动电路设计；2）设计电路原理图，试制硬件电路；3）通 过比例阀流量控制系统的性能测试实验结果，验证系统硬件的 实用性毕业设计（论文）专题部分：基于单片机流量控制系统硬件 设计起止时间：2012年03月一-2012年06月年月日指导教师： 签字教研主任： 签字年月日学院院长： 签字年月日摘要本文以国外比例阀电源控制器的功能和技术参数为参考，致力于将 外部标准输入信号转换成PWM电压信号,通过控制驱动PWM电压的占空比， 实现控制主电路的大信号;通过双闭环设计，使比例电磁阀的电流、流量 更稳定，保持比例阀的开度不变，达到提高流量的控制精度的目的；同 时，通过增加频率可调环节，选择适用于比例阀的最优脉动性由于控 制途径是采用电流闭环控制 ,保证了电流的稳定性。

经过仿真与实验分 析，完成了单片机控制器的设计在硬件电路设计方面，根据本设计控制对象的特点，本文采用了AT89S52为核心控制器件在使用特殊功能寄存器功能下的PWM驱动电路方 案，将理论计算和面包板调试相结合的方法,实现了主电路和驱动控制电 路的参数研究，完成了控制主电路，PID调节电路和电流反馈控制电路的 设计工作其中工作主电路部分主要使用单片机直接输出PWM控制信号本文设计最后进行了实际测试，实验结果表明本文所设计的电路基 本都能满足控制要求，对电磁阀平稳、宽范围内的流量控制有着明显的 作用关键词： 电磁阀； 单片机； PWM； PIDAbstractIn this paper, the proportion of foreign power controller valve function as a reference, is committed to an external standard voltage input signal into a PWM signal, PWM voltage by controlling the duty cycle of drive to achieve control of the main circuit of the large-signal; through closed-loop design, the compensation coil The temperature rise, the solenoid valve with a stable current to maintain the same ratio of valve opening, to improve the accuracy of flow control purposes; the same time, by increasing the frequency adjustable links, choose the best for the pulse of proportional valve . As the current control approach is the use of closed-loop control to ensure that the current stability. Through simulation and experimental analysis, completed the micro-controller design.In circuit design, according to the characteristics of the design control object, we use as the core control device AT89S52 SFR functions using the PWM drive circuit under the program, the theoretical calculations and bread board debugging method of combining to achieve the main circuit and drive control circuit parametric studies, completed the main control circuit, PID regulator circuit and current feedback control circuit design. The major part of the main circuit which work directly with the microcontroller output PWM control signal.Finally, this design was the actual test, experiment results show that the design of the control circuit to meet the basic requirements of the solenoid valves smooth, wide range of flow control has a significant role.Key words: Solenoid valve； SCM； PWM； PID目录一、 绪论1.1 电液比例阀概述1.2 研究内容与预期结果1.3 研究意义二、总体设计方案2.1 控制系统的组成及工作原理2.2 比例阀双闭环控制原理2.3PWM 控制技术2.31 脉宽调制技术的原理2.32 脉宽调制技术的优点2.4PID 控制技术介绍三、系统硬件设计3.1 硬件系统整体设计3.2 单片机系统各部分介绍及功能3.21 晶振电路3.22 复位电路作用与原理3,23 键盘与显示电路3.3 报警电路3.4 驱动电路3.5 双闭环控制电路四、系统软件设计五、实验结果分析六、结束语一、绪论1.1电液比例阀概述如今，作为连接现代微电子技术、计算机控制技术和大功率工程控制设备之间的 桥梁，电液比例控制技术已经在工业领域获得广泛的应用，正如一些权威人士所指出 的那样，代表流体控制技术的发展方向。

电液比例阀，如同电子技术的晶体二极管、三极管，是带粘液比例控制技术的核 心和主要功率放大原件它以传统的工业用液压控制阀为基础，采用电-机械转换装 置，讲电信号转换为位移信号，按输入电信号指令连续、成比例地控制液压系统的压 力、流量或方向等参数虽然比例阀与伺服阀控制系统中的伺服阀相比，性能在某些方面还有一定的差 距但是，其显著的优点是抗污染能力强，减少了由于污染而造成的工作故障，提高 了液压系统的工作稳定性和可靠性，因此更适合于工业过程；另一方面，比例阀的成 本比伺服阀低，而且不包含敏感和精密的部分，更容易操作和保养，已在许多场合获 得广泛应用电液比例控制技术从形成至今，大致上可划分为四个阶段：从1967年瑞士 Beri nger公司生产KL比例复合阀，到70年代初日本油研公司申请 压力和流量两项比例阀专利，标志着比例技术的诞生时期此间，比例技术开始在液 压控制领域中作为独立的分支，并以丌环控制应用为主这一阶段的比例阀仅仅是将 是将新型电一机械转换器（比例电磁铁）用于工业液压阀，以代替开关电磁铁或调节手 柄，阀的结构原理和设计方法几乎没有变化，阀内不含受控参数的反馈闭环，其工作 频宽仅在l〜5Hz之间，滞环在4%〜7%之间。

从1975年到1980年，比例技术的发展进 入第二阶段这是比例技术发展最快的时期此间，采用各种内部反馈原理的比例元 件相继问世，耐高压比例电磁铁和比例放大器在技术上已经成熟比例元件的工作频 宽已达5〜15H,滞环减小到3%左右，其应用领域不断扩大20世纪70年代后期，比 例变量泵和比例执行器相继出现，为大功率系统的节能奠定了技术基础应用领域扩 大到闭环控制到了20世纪80年代比例技术的发展进入第三阶段这一阶段，比例元 件的设计原理进一步完善，采用了压力、流量、位移反馈和动压反馈及电校正等手段， 使阀的稳态精度、动态响应和稳定性都有了进一步的提高除了制造成本的原因，比 例阀在中位仍保留死区外，它的稳态和动态特性均已和工业伺服阀相当这一阶段的 另一项重大进展是比例技术开始和插装阀相结合，开发出各种不同功能和规格的二 通、三通型比例插装阀，形成了电液比例插装技术此外，由于传感器和电子器件的 小型化，还出现了带集成放大器的电液一体化比例元件从1990年至今，是比例技术 进一步完善的阶段这一阶段，计算机技术开始与比例元件结合，开发出了数字式比 例元件和数字式比例系统，并形成了不同总线标准的数字比例元件接口。

1.2研究内容与预期结果课题的研究内容：1. 利用PWM技术实现流量、电流双闭环控制的比例阀流量控制系统；2. 采用51系列单片机及相关驱动电路完成比例阀流量控制系统设计；3. 为试制比例阀流量评价系统做必要的前期研制工作预期结果；1. 实现用PWM技术对双闭环比例阀的流量控制；2. 完成比例阀流量控制系统的硬件设计及驱动电路设计（包括单片机、显示、键盘、A/D ・D/A转换、接口电路、驱动电路等）；3. 利用专用电路设计软件，设计电路原理图，选择电路器件，离线调试电路功能，试 制硬件电路；4. 与软件系统联机调试，通过比例阀流量控制系统的性能测试实验结果，验证系统硬 件的实用性1.3研究意义目前，电液比例系统普遍采用模拟控制，由运算放大器和功率电子元件为主组成 控制放大电路控制比例电磁铁线圈电流的大小和均加减速时间，以控制其力的大小或 位移，从而控制了与比例电磁铁相连接的比例阀的开口大小，达到控制液压回路油的 压力或流量的目的由于模拟器件的分散性和组成电路的特点，用这种控制方法制造 的控制系统的控制功能很简单，也难以适应各种需要场合，并且存在明显的温度漂移 和零点漂移控制系统的参数设定需要电位器调节。

而调节的结果即设定值不易被复 制或记录此外，电位器的可靠性也是一个问题，频繁的调节可能对电位器产生磨损， 出现故障非专业人员难以排查因此难以满足飞速发展的机电液一体化技术的要求数字化的比例阀控制方法可以避免上述弊端，参数重复设定，可记忆存储参数 设定可用软件通过软件完成，避免了活动元器件的机械磨损所有调节都能自动记录 同模拟控制相比，它集系统控制功能于一体，使得阀控系统具有更高的经济性、可靠 性和灵活性和使用维护的方便性，使得它具有较广阔的应用前景 就我国的液压技术发展现状而言，对性能良好，价格适宜的电液比例阀具有相当的市 场需求因此根据电液比例系统的特点和控制要求，开发出比例阀的数字化控制方法， 并转化成产品，用以取代常规模拟控制及其他附加元件，不仅能在结构上简化系统， 提高系统的可靠性，而且可以提高系统的经济性和应用的灵活性，将为比例阀推广使 用奠定良好的基础，具有很强的现实意义二、总体设计方案2.1 控制系统的组成及工作原理系统以单片机为核心，辅助以输入、报警、驱动等功能电路，通过单片机调制产生的PWM脉冲来控制驱动电路使比例阀正常工作接通电源时，系统先初始化，之后经过键盘将流量的。