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ATOS比例控制放大器原理简介

　　ATOS比例控制放大器原理简介
ATOS比例控制放大器是一种用来对比例电磁铁提供特定性能电流，并对电液比例阀或电液比例控制系统进行开环或闭环调节的电子装置。它是电液比例控制元件或系统的重要组成单元。
一个完整的电液比例系统是由比例阀和比例放大器共同组成，比例放大器的作用是对比例阀进行控制。它的主要功能是产生放大器所需的电信号，并对电信号进行综合、比较、校正和放大。为了使用方便，往往还包括放大器所需的稳压电源、颤振信号发生器等。此外，还有带传感器的测量放大器等，其中校正和放大对电液比例系统的性能影响。
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时产生正确有效的控制信号。及时产生控制信号意味着除了有产生信号的装置外，还必须有正确无误的逻辑控制与信号处理装置。正确有效的控制信号意味着信号幅值和波形都应该满足比例阀的要求，与电气一机械转换装置（比例电磁铁）相匹配。为了减小比例元件零位死区的影响，放大器应具有幅值可调的初始电流功能；为减小滞环的影响，放大器的输出电流中应含有一定频率和幅值的颤振电流；为减小系统启动和制动时的冲击，对阶跃输入信号能自动生成可调的斜坡输入信号。同时，由于控制系统中用于处理的电信号为弱电信号，而比例电磁铁的控制功率相对较高，所以必须用功率放大器进行放大。
在比例控制系统中，对ATOS比例控制放大器一般要求：良好的稳态控制特性，动态响应快、频带宽，功率放大级的功耗小，抗干扰能力强并有很好的稳定性和可靠性，较强的控制功能，标准化、规范化。
实际上，比例放大器是一个能够对弱电的控制信号进行整形、运算和功率放大的电子控制装置。
2．比例控制放大器的典型构成
根据ATOS比例控制放大器的类别和受控对象的不同技术要求，比例控制放大器的原理、构成和参数各不相同。随着电子技术的发展，放大器的元件、线路以及结构也不断改善。
ATOS比例控制放大器的典型构成。它一般由电源、输入接口、信号处理、调节器、前置放大级、功率放大级、测量放大电路等部分组成。
ATOS比例控制放大器的典型构成
ATOS比例控制放大器的结构框图。当然，其他类型的比例控制放大器在结构上与图74有一定差别，尤其是信号处理单元，常需要根据系统要求进行专门设计。另外，根据使用要求，也常省略某些单元，以简化结构、降低成本、提高可靠性。
ATOS比例控制放大器根据受控对象、功率级工作原理等的不同，可有多种分类方式，常见的有以下几种类型。
(1)单路和双路比例控制放大器。单路比例控制放大器，用来控制单个比例电磁铁驱动工作的比例阀，如比例流量阀、压力阀、单电磁铁二位（三位）比例方向阀等。双路比例控制放大器主要用来控制双电磁铁驱动工作的三位比例方向阀等。双路比例控制放大器工作时，始终只让其中一个比例电磁铁通电，这是三位比例方向阀工作所要求的。因此，它与下述双通道比例控制放大器是完全不同的。
(2)单通道、双通道和多通道比例控制放大器。单通道比例控制放大器，就是上述的单路比例控制放大器，只能控制一个比例电磁铁。对于某些比例阀，如比例压力流量复合阀、多路比例阀等，需要两个或两个以上比例电磁铁同时工作，这时就需要配置相应数量的单通道比例控制放大器。为减少比例控制放大器的数量，增加集中控制功能，将两个或两个以上比例控制放大器集中在一块标准的控制板上，就构成了双通道或多通道比例控制放大器。因此，双通道或多通道比例控制放大器能同时单独控制两个或两个以上比例电磁铁。当然，双通道或多通道比例控制放大器并不是两个或多个单通道比例控制放大器的简单组合，而是在结构上做了有机调整组合而成的，如公用电源等。
(3)电反馈和不带电反馈比例控制放大器。电反馈比例控制放大器用来控制电反馈比例阀，也可作为某些闭环控制系统的控制器。不带电反馈比例控制放大器用来控制不带电反馈的比例阀，不能作为闭环控制系统的控制器。两者在电路结构上的区别是：前者设置有测量放大电路、反馈比较电路和调节器，但不一定有颤振信号发生器；后者没有测放电路、反馈单元和调节器，但一般有颤振信号发生器。
(4)模拟式功率级和开关式功率级比例控制放大器。这是根据功率级不同的工作原理加以区分的。模拟式比例控制放大器属于连续电压控制式，功放管工作在线性放大区，比例电磁铁控制线圈两端电压为连续的直流电压，因而功耗较大。开关式比例控制放大器的功放管工作在截止或饱和区，即开关状态，比例电磁铁控制线圈两端电压为脉冲电压，因而功耗很小。开关式比例控制放大器又可分为脉宽调制( PWM）、脉频调制（PFM）、脉幅调制(PAM）、脉码调制(PCM）、脉数调制(PNM）等多种形式，但常用的主要是PWM式。
(5)单向和双向比例控制放大器。这是根据所控比例电磁铁的类型而分的。单向比例控制放大器就是通常所称的比例控制放大器，用来控制普通单向比例电磁铁。双向比例控制放大器用来控制双向比例电磁铁。单向与双向这两种比例电磁铁的不同（双向比例电磁铁常制成带主、副两对线圈），决定了与之相适应的比例控制放大器需要采用不同的功率放大级线路。
(6)ATOS比例控制放大器这是按比例电磁铁控制线圈上需要恒定信号不同所作的区分。与恒压式相比，恒流式能抑制负载阻抗热特性的影响且有较优的动态特性，因而比例控制放大器大多采用恒流式结构。
(7)模拟式处理单元或数字式处理单元比例放大器。这是按信号处理单元所采用的电路性质分类。传统的比例放大器对输入信号处理是采用运算放大器所构成模拟电路实现的。该方法的优点是可靠性高，缺点是硬件电路复杂、灵活性差。随着数字器件不断发展，比例放大器中引入了微处理器单元。首先通过模数转换单元对外部输入的模拟量信号进行采样，将其转换为数字量信号；其次由运行于微处理器上的软件完成对该数字信号的实时处理；将处理完毕的数字量信号由数字量输出端口直接输出给功率级，或通过数模转换单元转换为模拟量后输出给功率驱动级，具体输出何种信号由采用的功率级形式决定。这种ATOS比例控制放大器的优点是数据处理单元的灵活性好，可通过软件实现较为复杂的信号处理任务，而无需改变硬件电路。另外，数字式比例放大器除了提供传统的模拟量接口和数字量接口以外，还可以提供各种总线接口如485总线接口及CAN总线接口等，这一特点符合电控系统的网络化趋势。其缺点是稳定性不容易做好，一旦由于外部干扰导致程序跑飞或复位，将会造成严重的错误输出。尽管如此，只要通过合理的设计，软硬件系统是可以限度地减少故障率，因此，ATOS比例控制放大器的数字化是必然趋势。

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