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ATOS比例控制放大器原理簡(jiǎn)介

　　ATOS比例控制放大器原理簡(jiǎn)介
ATOS比例控制放大器是一種用來(lái)對比例電磁鐵提供特定性能電流，并對電液比例閥或電液比例控制系統進(jìn)行開(kāi)環(huán)或閉環(huán)調節的電子裝置。它是電液比例控制元件或系統的重要組成單元。
一個(gè)完整的電液比例系統是由比例閥和比例放大器共同組成，比例放大器的作用是對比例閥進(jìn)行控制。它的主要功能是產(chǎn)生放大器所需的電信號，并對電信號進(jìn)行綜合、比較、校正和放大。為了使用方便，往往還包括放大器所需的穩壓電源、顫振信號發(fā)生器等。此外，還有帶傳感器的測量放大器等，其中校正和放大對電液比例系統的性能影響。
1．ATOS比例控制放大器的基本要求
ATOS比例控制放大器的基本要能及時(shí)產(chǎn)生正確有效的控制信號。及時(shí)產(chǎn)生控制信號意味著(zhù)除了有產(chǎn)生信號的裝置外，還必須有正確無(wú)誤的邏輯控制與信號處理裝置。正確有效的控制信號意味著(zhù)信號幅值和波形都應該滿(mǎn)足比例閥的要求，與電氣一機械轉換裝置（比例電磁鐵）相匹配。為了減小比例元件零位死區的影響，放大器應具有幅值可調的初始電流功能；為減小滯環(huán)的影響，放大器的輸出電流中應含有一定頻率和幅值的顫振電流；為減小系統啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的沖擊，對階躍輸入信號能自動(dòng)生成可調的斜坡輸入信號。同時(shí)，由于控制系統中用于處理的電信號為弱電信號，而比例電磁鐵的控制功率相對較高，所以必須用功率放大器進(jìn)行放大。
在比例控制系統中，對ATOS比例控制放大器一般要求：良好的穩態(tài)控制特性，動(dòng)態(tài)響應快、頻帶寬，功率放大級的功耗小，抗干擾能力強并有很好的穩定性和可靠性，較強的控制功能，標準化、規范化。
實(shí)際上，比例放大器是一個(gè)能夠對弱電的控制信號進(jìn)行整形、運算和功率放大的電子控制裝置。
2．比例控制放大器的典型構成
根據ATOS比例控制放大器的類(lèi)別和受控對象的不同技術(shù)要求，比例控制放大器的原理、構成和參數各不相同。隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，放大器的元件、線(xiàn)路以及結構也不斷改善。
ATOS比例控制放大器的典型構成。它一般由電源、輸入接口、信號處理、調節器、前置放大級、功率放大級、測量放大電路等部分組成。
ATOS比例控制放大器的典型構成
ATOS比例控制放大器的結構框圖。當然，其他類(lèi)型的比例控制放大器在結構上與圖74有一定差別，尤其是信號處理單元，常需要根據系統要求進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設計。另外，根據使用要求，也常省略某些單元，以簡(jiǎn)化結構、降低成本、提高可靠性。
ATOS比例控制放大器根據受控對象、功率級工作原理等的不同，可有多種分類(lèi)方式，常見(jiàn)的有以下幾種類(lèi)型。
(1)單路和雙路比例控制放大器。單路比例控制放大器，用來(lái)控制單個(gè)比例電磁鐵驅動(dòng)工作的比例閥，如比例流量閥、壓力閥、單電磁鐵二位（三位）比例方向閥等。雙路比例控制放大器主要用來(lái)控制雙電磁鐵驅動(dòng)工作的三位比例方向閥等。雙路比例控制放大器工作時(shí)，始終只讓其中一個(gè)比例電磁鐵通電，這是三位比例方向閥工作所要求的。因此，它與下述雙通道比例控制放大器是完全不同的。
(2)單通道、雙通道和多通道比例控制放大器。單通道比例控制放大器，就是上述的單路比例控制放大器，只能控制一個(gè)比例電磁鐵。對于某些比例閥，如比例壓力流量復合閥、多路比例閥等，需要兩個(gè)或兩個(gè)以上比例電磁鐵同時(shí)工作，這時(shí)就需要配置相應數量的單通道比例控制放大器。為減少比例控制放大器的數量，增加集中控制功能，將兩個(gè)或兩個(gè)以上比例控制放大器集中在一塊標準的控制板上，就構成了雙通道或多通道比例控制放大器。因此，雙通道或多通道比例控制放大器能同時(shí)單獨控制兩個(gè)或兩個(gè)以上比例電磁鐵。當然，雙通道或多通道比例控制放大器并不是兩個(gè)或多個(gè)單通道比例控制放大器的簡(jiǎn)單組合，而是在結構上做了有機調整組合而成的，如公用電源等。
(3)電反饋和不帶電反饋比例控制放大器。電反饋比例控制放大器用來(lái)控制電反饋比例閥，也可作為某些閉環(huán)控制系統的控制器。不帶電反饋比例控制放大器用來(lái)控制不帶電反饋的比例閥，不能作為閉環(huán)控制系統的控制器。兩者在電路結構上的區別是：前者設置有測量放大電路、反饋比較電路和調節器，但不一定有顫振信號發(fā)生器；后者沒(méi)有測放電路、反饋單元和調節器，但一般有顫振信號發(fā)生器。
(4)模擬式功率級和開(kāi)關(guān)式功率級比例控制放大器。這是根據功率級不同的工作原理加以區分的。模擬式比例控制放大器屬于連續電壓控制式，功放管工作在線(xiàn)性放大區，比例電磁鐵控制線(xiàn)圈兩端電壓為連續的直流電壓，因而功耗較大。開(kāi)關(guān)式比例控制放大器的功放管工作在截止或飽和區，即開(kāi)關(guān)狀態(tài)，比例電磁鐵控制線(xiàn)圈兩端電壓為脈沖電壓，因而功耗很小。開(kāi)關(guān)式比例控制放大器又可分為脈寬調制( PWM）、脈頻調制（PFM）、脈幅調制(PAM）、脈碼調制(PCM）、脈數調制(PNM）等多種形式，但常用的主要是PWM式。
(5)單向和雙向比例控制放大器。這是根據所控比例電磁鐵的類(lèi)型而分的。單向比例控制放大器就是通常所稱(chēng)的比例控制放大器，用來(lái)控制普通單向比例電磁鐵。雙向比例控制放大器用來(lái)控制雙向比例電磁鐵。單向與雙向這兩種比例電磁鐵的不同（雙向比例電磁鐵常制成帶主、副兩對線(xiàn)圈），決定了與之相適應的比例控制放大器需要采用不同的功率放大級線(xiàn)路。
(6)ATOS比例控制放大器這是按比例電磁鐵控制線(xiàn)圈上需要恒定信號不同所作的區分。與恒壓式相比，恒流式能抑制負載阻抗熱特性的影響且有較優(yōu)的動(dòng)態(tài)特性，因而比例控制放大器大多采用恒流式結構。
(7)模擬式處理單元或數字式處理單元比例放大器。這是按信號處理單元所采用的電路性質(zhì)分類(lèi)。傳統的比例放大器對輸入信號處理是采用運算放大器所構成模擬電路實(shí)現的。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，缺點(diǎn)是硬件電路復雜、靈活性差。隨著(zhù)數字器件不斷發(fā)展，比例放大器中引入了微處理器單元。首先通過(guò)模數轉換單元對外部輸入的模擬量信號進(jìn)行采樣，將其轉換為數字量信號；其次由運行于微處理器上的軟件完成對該數字信號的實(shí)時(shí)處理；將處理完畢的數字量信號由數字量輸出端口直接輸出給功率級，或通過(guò)數模轉換單元轉換為模擬量后輸出給功率驅動(dòng)級，具體輸出何種信號由采用的功率級形式?jīng)Q定。這種ATOS比例控制放大器的優(yōu)點(diǎn)是數據處理單元的靈活性好，可通過(guò)軟件實(shí)現較為復雜的信號處理任務(wù)，而無(wú)需改變硬件電路。另外，數字式比例放大器除了提供傳統的模擬量接口和數字量接口以外，還可以提供各種總線(xiàn)接口如485總線(xiàn)接口及CAN總線(xiàn)接口等，這一特點(diǎn)符合電控系統的網(wǎng)絡(luò )化趨勢。其缺點(diǎn)是穩定性不容易做好，一旦由于外部干擾導致程序跑飛或復位，將會(huì )造成嚴重的錯誤輸出。盡管如此，只要通過(guò)合理的設計，軟硬件系統是可以限度地減少故障率，因此，ATOS比例控制放大器的數字化是必然趨勢。

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