基于恒流模式的比例阀控制系统的设计_比例阀控制模型 - CSDN文库

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基于恒流模式的比例阀控制系统的设计基于恒流模式的比例阀控制系统的设计

针对传统的采用PID控制技术的比例阀控制系统在控制性能要求较高的场合不能满足要求的问题，提出一种基于

恒流模式控制的比例阀控制系统的设计方案，分析了恒流模式的控制原理及其数学模型，详细介绍了系统控制

电路的设计以及采用STM32F103VET6实现数据校正算法。实际应用表明，采用恒流模式对比例阀的压力和流

量进行控制具有价格低廉、重复性好、功耗小、抗干扰能力强等优点

　　摘　摘要要：针对传统的采用PID控制技术的

　　关键词　关键词：比例阀；恒流模式；数据校正算法；STM32F103

0 引言引言

　　比例阀控制系统广泛应用于机械技工、冶金等行业，其能根据指令信号比例控制液压系统的压力、流量、位置及力矩等控

制参数。它的精确控制是建立在闭环控制基础上的，传统的控制方式多数采用PID控制技术。该方式具有简单、可靠、参数整

定方便等优点，但由于液压系统受温度、负载等参数变化的影响较大，在某些场合实际输出与期望输出误差较大。本文采用的

恒流控制方式可以避免这些问题，输出不随负载变化而变化[1]。

1 恒流模式控制介绍恒流模式控制介绍

　　比例阀系统从电子角度可以简单看作是一个电感串联一个电阻以及机械转动装置，转动角度受比例阀的电流值控制，众所

周知，电感充放电时间常数τ=L/R，充电电流i=Io*[1-e^（-t/τ）]，放电电流i=Io*[e^（-t/τ）]，L是比例阀的感值，R是整个环路

的电阻值，Io是比例阀的电流，L无法改变，只能改变充放电时间来达到改变电流的目的。一个恒流模式的思想是给负载设定

一个电流值，如果系统检测到负载电流小于设定的值，就会增加充电时间，减少放电时间，反之，减少充电时间，增加放电时

间[2]。实现这些功能的框图如图1所示。

　　通过r（t）设定值和y（t）实际值相减，得到误差信号，误差信号再与一个三角波信号比较器进行比较，当误差信号大于

三角波信号时，就输出PWM脉冲，反之，不输出。因此，脉冲宽度与误差信号成线性关系，从而达到自动控制参数的目的。

图1中，PWM控制器的输出u（t）=m（e（t））=Msgn[（e（t））]，t∈[kT，kT+Tk]T，t∈（kT+Tk，kT+T）

　　式中：M为PWM波的幅值；T为PWM的脉冲周期。在实际使用中，可以直接比较设定值和实际值，比较器后面接一个触

发器，实现同样的功能，u（t）可以简化为0和1，方便电路设计。

2 比例阀控制电路设计比例阀控制电路设计

　　基于恒流模式的比例阀控制系统的设计主要是比例阀控制电路的设计，其中闭环部分是整个电路的核心，尤为重要，其框

图如图2所示。

　　2.1 主控处理器主控处理器

　　主控制器采用意法半导体的32位处理器STM32F103，其内部资源很丰富，本设计主要用到内部定时器、DAC、串口、

Flash、GPIO口，其中DAC用来设置比例阀的参考电流值，定时器用来设置最大PWM的占空比，能够经过闭环电路自动调整

到需要的脉冲宽度，串口用来与上位机通信，实现友好的人机交互，内部Flash用来校正电流值，由于芯片参数离散性不一

样，故需要在第一次上电的时候校正，本设计中将校正值放在内部Flash中，GPIO驱动指示灯指示电流是否达到设定值。

　　　2.2 闭环系统闭环系统

　　闭环系统是决定这个系统能否正常工作的最关键部分。为了达到最佳的效果，减少分立元件的噪声，选用了集成电路，其

中RS触发器、PWM驱动器、比较器集成在一块芯片MCP1630V中，MOS驱动器用的是电机全桥驱动芯片L6205，电流采集采

用的INA193，采样电阻用高精度的100 M?赘电阻。图3是三款芯片的连接图。

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评论5

郑华滨

2023-07-28

这篇文件对于基于恒流模式的比例阀控制系统的设计提供了有益的指导和思路。

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