电液比例控制系统因其可靠、节能、维护方便且成本低廉等优点,已被广泛应用在航空、航天、军事、民用工业等领域。比例控制放大器作为电液比例控制系统中实现控制算法和功率驱动的核心单元,其性能直接影响电液比例控制系统的控制品质。传统的模拟式比例控制放大器的控制算法采用模拟电子元器件构成的硬件电路实现,其运算速度快,但参数调整困难、设置不灵活、不能在线整定和存储参数;而以微控制器为核心的数字式比例控制放大器内部的控制算法由软件程序实现,其参数调节灵活、具有存储记忆功能,但响应速度受控制器硬件和算法程序软件的运行速度制约,对于要求快速响应的系统不能满足控制要求。基于现代电液控制系统对灵活性和快速性的要求,本文提出并设计了一种模数混合式比例控制放大器,其控制算法采用模拟PID电路实现,控制器参数调节、设置等采用数字电位器代替模拟电位器实现,由单片机调节数字电位器的值并记忆存储。单片机通过采集现场控制系统的状态变量,依据系统模型获得PID控制器的整定参数。此设计方案既利用单片机实现了控制器参数的在线整定、调节和存储,又利用模拟PID电路快速实现控制算法。具体研究内容如下:(1)在模数混合式比例控制放大器内部集成的算法方面。因电液比例阀模型参数的不确定性,本文基于比例阀理论模型,采用L-M(Levenberg-Marquardt)算法对电液比例阀进行模型辨识,得到与真实被控对象拟合度较高的数学模型。该数学模型为模数混合式比例控制放大器参数的整定提供了理论依据。(2)在硬件设计方面,首先对比例控制放大器硬件电路进行总体方案设计,选用飞思卡尔单片机MC9S12XS128作为比例控制放大器的核心芯片,设计了输入接口模块、模数混合式控制器模块、PWM功率驱动模块、测量反馈电路和电源模块等外围电路,利用Multisim对PWM功率驱动模块进行电路仿真,验证了设计的功率驱动电路性能。(3)在软件设计方面,根据系统各功能模块自顶而下的设计思路,在集成开发环境CodeWarrior中编写各模块软件程序,合理划分各功能模块程序的优先级。同时为实现比例控制放大器中控制参数的给定以及对被控对象的实时监控,采用Labview开发了上位机界面程序。(4)为验证软硬件设计的合理性,以比例电磁铁为控制对象,搭建模数混合式比例控制放大器实验台。在模数混合式比例控制放大器开环实验中,利用数字万用表对输入电压和比例电磁铁线圈电流进行测量,通过MATLAB对测量数据进行线性拟合,计算出电磁铁线圈电流的非线性度为0.55%。在模数混合式比例控制放大器闭环实验中,利用双踪示波器对比例电磁铁线圈两端的电压进行显示,得出比例控制放大器输出电压响应时间约为0.2ms。从以上实验测试结果得出:本文设计的模数混合式比例控制放大器稳态误差较小、控制精度较高、响应速度快,能够达到较好的控制效果。