基于 Proteus的数字阀控缸位置控制系统研究

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1、北京石油化工学院学报第22卷第3期Vo1．22NO．3JournalofBeijingInstituteof2014年9月Sep．2O14Petro—chemicalTechnology基于Proteus的数字阀控缸位置控制系统研究程腾飞，林立，王晗，郭树霞，祁杰(中国石油大学(北京)机械与储运工程学院，北京102249)摘要：针对阀控液压缸位置的精确控制，设计了一种基于单片机的PID闭环控制系统。在Proteus软件中建立了该系统的硬件电路并进行了仿真研究，采用临界比例度法进行PID参数的整定，有效地改善了控制系统的调节品质。Proteus软件能够通过硬件与软件联合调试

2、仿真，在微机控制系统研究上比一般的仿真软件更加精确，为研究此类问题提供了一种较好的方法。关键词：Proteus；数字阀；单片机；位置控制中图分类号：TP273文献标志码：A在大多数液压伺服系统中，液压动力元件电液数字控制阀简称数字阀，是直接用数字是一个关键性的部件，其动态特性在很大程度信号对液体压力、流量和方向进行控制的阀。现上决定着整个系统的性能。在工业中使用最多有的数字阀主要是增量式数字阀和快速开关式数的一种液压动力元件是阀控液压缸。近年来，字阀2大类l1]。其中增量式数字阀由步进电机带随着电液位置控制技术的不断发展，由数字阀动工作，步进电机驱动液压阀芯工作，步进电机

3、每和液压缸组成的阀控液压缸位置控制系统因其旋转一步阀输出一定体积的液压油。步进电机可控制简单、可靠性好、抗干扰能力强等优点，在方便地与计算机或其他数字式控制装置直接连液压控制系统中得到了广泛的应用。接，由数字量进行控制，其转角与输入的数字式脉Proteus是英国Labcenter公司开发的冲量成正比，这样数字阀的输出量可由脉冲频率EDA工具软件，具有强大的电路设计与仿真功或占空比调节控制，数字阀的控制就是对于步进能。与其他仿真软件相比，Proteus能应用微电机的控制。数字阀结构如图1所示。处理器作为控制核心，采用基于微处理器的编程语言编写相应的控制算法进行控制，实现硬件

4、与软件的联合仿真，能够直观地反映出微处理器在系统中的作用，可有效减少控制系统设机计开发的时间、成本与风险。笔者以单片机为控制器构建了数字阀控缸位置控制系统，在Proteus软件中建立了该系统的硬件电路和微1．2基于单片机的数字阀控缸位置控制系统处理器仿真模型，利用Proteus与Keil软件联利用数字阀替代以往的伺服阀、比例阀等合仿真对该系统进行PID控制的仿真验证，并控制阀作为液压系统控制元件，与液压执行元对PID参数进行了整定。件构成位置控制系统。该系统能够适应负载的变化，具有较强的抗干扰能力。基于数字阀的1数字阀控缸位置控制系统原理闭环液压系统主要由控制器、数字阀主

5、体、液压1．1数字阀工作原理缸、测量反馈部分等组成。系统控制器的核心是采用AT80C51单片收稿H期：2014—03—10作者简介：程腾飞(1989)，男，硕士研究生，研究方向为机机芯片，外围电路由键盘电路、显示电路、A／D电系统控制及自动化，E—mail：chengtflO@163．corn。转换电路组成，数字阀主体包括步进电机驱动第3期程腾飞等．基于Proteus的数字阀控缸位置控制系统研究47模块、步进电机、液压阀，控制过程中由单片机使活塞杆位移达到期望位置。直接控制驱动模块。该数字阀的控制系统原理2基于Proteus的控制系统设计如图2所示。2．1控制系统硬件电路

6、设计采用80C51单片机作为控制器，对于数字阀的控制就是对于步进电机的控制，利用L297+L298芯片进行控制，L297和L298对应引脚之图2基于数字阀的位置控制系统原理间采用光电耦合连接，该方法可以减轻单片机的负担[4]。L297芯片是包括环形分配器的步进电系统工作时由键盘设定液压缸的工作行动机控制器，可产生四相驱动信号，L298芯片是程，80C51单片机把计算出的步进电机需要的双H桥式功率放大驱动器。由单片机发出脉冲脉冲数发送给驱动模块，驱动步进电机旋转。信号给L297，L297中的环形分配器将脉冲信号与步进电机同轴相连的液压阀门控制进油量，按照一定的相序发送给L2

7、98，1298放大脉冲信进而控制液压缸的行程_3l。在理想情况下，给号的功率，驱动步进电机工作。定的脉冲数可以正好使液压缸达到指定的行该系统数据显示部分采用RT1602字符型程。但是在外部负载和外部干扰的作用下，液液晶显示模块，该模块在硬件连接和软件调试压缸无法达到预定的行程，因此要对该系统进上比采用数码管都有优势，利用该显示屏可以行闭环控制。在液压缸外部添加位移传感器检实时显示PID参数值。系统采用独立式键盘，测液压缸的输出位移，然后把检测到的位移信按键接到单片机的P0口，通过3个按键改变号经A／D转换器转换为数字信号发送到