基于高速开关电磁阀技术的压力控制系统设计.pdf

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1、2003年第3期液压与气动13==================================================================基于高速开关电磁阀技术的压力控制系统设计刘忠1，2，龙国键2，褚福磊1，杨国平1，2TheResearchofThePressureControlSystemBasedonHigh-speedOn-offValveLiuZhong1，2，LongGuo-jian2，ChuFu-lei1，YangGuo-ping1，2（1.清华大学精密仪器与机械学系，北京10008

2、4；2.长沙中联重工科技发展股份有限公司，湖南长沙410003）摘要：高速开关电磁阀是电液控制系统的新型元件。随着高速开关电磁阀的出现，作者设计了一个基于高速开关电磁阀的压力控制系统，通过采用脉冲宽度调制（PWM）技术，实现了对该系统压力的比例控制。关键词：高速开关电磁阀；压力控制；脉宽调制中图分类号：TH137.5文献标识码：B文章编号：1000-485（82003）03-0013-031概述电子技术和计算机技术的迅猛发展，给液压控制技术带来了深刻的影响，机电液一体化是今后机械液压领域发展的必然趋势。电液控制阀及其数字控

3、制技术正得到越来越广泛的应用。电液控制阀大体可分为伺服阀、比例阀和高速开关电磁阀三类，其中高速开关电磁阀由于价格便宜、抗污染能力强、结构简单、工作可靠以及便于与计算机接口等诸多优点，引起人们的图1高速开关电磁阀压力控制系统原理图研究和关注。高速开关电磁阀电液控制系统和计算机3阀控缸PWM压力微机控制系统实现数字控制相结合是当今液压控制系统发展的热门话图1中控制系统的单片机芯片采用ATMEL公司题。的八位Flash单片机系列中的89C52。此单片机通过2高速开关电磁阀压力控制系统把通用的8位CPU与Flash集成在一个芯片上

4、，使之根据液压PWM控制原理［1］，我们设计了一种采成为一个高效的微型计算机，它的应用范围广，可用于用PWM工作方式的高速开关电磁阀控液压缸的压力复杂的控制问题，且成本较低。模数转换器采用的器控制系统，通过微机（单片机）产生的PWM信号去控件是TLC2543C。这是一种带串行控制和11个输入端制高速开关电磁阀的流量（即通过调节调制率控制通的12位模数转换器，它采用12位开关电容逐次逼近过高速开关电磁阀的平均输出流量，实现对流量的比方式进行模数转换。压力传感器采用KELLER公司生例控制）。当需要进行压力控制时，高速开关电磁

5、阀的产的PA21R型压力变送器，该传感器灵敏度高、线性控制口可交替地和进油口及回油口相通，若要使控制度好、测试误差小。驱动高速开关阀的放大器自制。腔压力升高，就让控制口和进油口相通；反之，则让控高速开关电磁阀选用HSV3143C2二位三通常闭式开关式电磁阀［2，3］。制口与回油口相通。控制口压力的值通过压力传感器经模数转换A/D反馈至计算机，计算机将反馈值与目标值比较后，将相应的控制信号经放大器送到高速开收稿日期：2002-09-10关电磁阀，根据PWM工作方式，使控制口与进油口基金项目：国家自然科学基金资助项目（5987

6、5085）（或回油口）相通的时间长短不同（即通过的平均流量作者简介：刘忠（1968—），男，湖南省长沙人，工学博士，副研不同），从而达到控制压力高低的目的。该压力控制系究员，主要研究方向为工程机械电液控制技术、机械设计及理统工作原理如图1所示。论。14液压与气动2003年第3期==================================================================1）脉冲宽度调制（PWM）信号的产生通过实验成功地实现了对高速开关电磁阀控液压缸系我们使用的是89C52芯片，利用定时

7、/计数器来产统的压力控制测试，其实验结果如下。生脉冲宽度调制信号。其工作原理是对定时/计数器给定系统结构原始参数，系统进油压力为p=6进行编程，按照控制信号的大小来控制数字I/O通道MPa，阀控缸压力控制系统在不同调制率作用下的液口的状态。采用两个定时/计数器T0和T1，定时/计压缸左腔控制压力pk测试曲线如图4所示。数器T1的数字寄存器的值由所要产生的脉冲宽度调制信号的周期决定，且循环计数。定时/计数器T1的定时时间到后，CPU进入中断状态，进行数据采集与处理，计算脉冲宽度Tp，使相应的数字口处于低电平状态并起动定时/计

8、数器T0。T0的数字寄存器的值由CPU计算所得的脉冲宽度Tp决定，当T0定时时间到时，置相应的数字口处于高电平，这样就在数字输出口产生一系列的脉冲信号。图2是PWM信号产生原理。图4在不同调制率下的控制压力pk的曲线根据测试曲线，得出了基于PWM工作方式的高速开关电磁阀控液压缸压力控制系统的控制压力pk