基于高压驱动+双脉宽调制的电-气比例调压阀的电路设计

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气动比例调压阀是气动比例控制系统的核心元件,它在工业控制领域应用最多,同时在军工方面也具有广阔的发展空间。近年来,日本的SMC公司和德国的FESTO公司相继研制出电-气比例调压阀,它是一种将微电子技术应用于气动系统压力控制的新型机电一体化元件,是实现电信号向气动控制信号转换的接口。目前,国内对此种精密阀的需求主要依赖进口,由于价格昂贵,因此积极研制具有我国自主知识产权的电-气比例调压阀具有很强的经济和战略意义。鉴于此,本课题对电-气比例调压阀进行了研究开发。 本文首先介绍了电-气比例调压阀的机械、电气结构及工作原理。比例调压阀由高速开关阀、微型压力传感器和单片机构成先导调压装置。以单片机为核心的控制电路,根据输入信号与传感器反馈信号的偏差来驱动进、排气高速开关阀,实现对先导腔压力的调节,直到偏差为零,进气阀和排气阀均关闭,主阀阀芯在新的位置上达到平衡,从而得到一个与输入信号成比例的输出压力。 其次,在控制策略方面,本课题采用二位PID脉宽调制方式,即将PID的运算结果送入周期固定(30ms)、占空比可调的PWM驱动输出,用于控制开关阀的开启时间,从而达到连续调压的目的;在高速开关阀驱动方面,本文提出采用高压驱动+二次脉宽调制(PWM)的控制模式,高压驱动的目的是缩短阀的开启时间,二次脉宽调制(PWM)是对PID控制输出的PWM信号进行二次调制,采用频率固定(15kHz)、占空比固定(1/3)的调制方式,目的是降低阀体功耗和缩短关断时间。 基于上述理论分析,本课题设计了以ATmega8L单片机为硬件核心,C语言为软件载体的控制系统,此外高速开关阀为SRSO型10mm阀,传感器为Honeywell40PC型。 最后,产品经过整合、组装,并与德国FESTO公司生产的MPPE型比例调压阀和日本SMC公司生产的ITV型比例调压阀进行了联合性能测试,对比测试结果表明: 1) 本课题研发的BP08A-06型电-气比例调压阀的各项性能指标己达到预定
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