基于EDA的伺服阀控制器设计

　　伺服阀控制器系指驱动电液伺服阀的直流功率放大器，其前置级为电压放大，功率级为电流放大。其作用是将输入指令信号(电压) 与系统反馈信号(电压)进行比较、放大和运算后，输出一个与偏差电压信号成比例的控制电流给伺服阀的控制线圈，控制伺服阀动作，并起限幅保护作用[1]。某钢厂中应用的进口伺服阀种类很多，与之配套的伺服放大器也很多，但是价格昂贵，定货周期长，一旦出现故障，会直接影响到生产。为了降低成本，并应用于伺服阀测试实验，需要设计宽范围输出的伺服放大器。

　　1 伺服放大器原理

　　1.1 设计要求：

　　输入电压±10V，输出电流在±10MA-±100MA可调。

　　1.2 伺服阀控制电路组成

　　电路结构框图如图1所示：

　　电路原理图如图 2 所示(未加入颤振信号电路)。

　　前置放大电路的作用是把输入偏置电压信号进行初级放大。该电路 Vin、FBK 分别为输入电压信号和反馈电压信号，通过电位器 R24 调节电路增益，使其适应功率放大电路的要求，使电路电压前后级达到匹配。

　　调零电路的作用是通过在前置放大电路迭加可调电压，调整电路基准电压。该电路通过电位器 R23进行调零。

　　限流电路的作用是限定流过伺服阀线圈的最大电流，避免线圈过载，保护伺服阀。该电路通过运放U1D、U2A，二极管D1、D2和可调电压源构成，通过电位器R13调节功率放大级的输入电压的幅度，以达到限定输出电流的目的功率放大电路的作用是对电路进行电流放大和恒流输出，以便提供足够大的伺服阀额定电流，以驱动负载。并且要求有良好的抗干扰能力和静、动态性能，该电路分别利用一个NPN和PNP型三极管 ，将两管的基极和发射级相互连接在一起，信号从基极输入，发射极输出。

　　电路可看成由两个射极输出器组合而成，构成推挽功率放大电路。分别在输入电压在正负半周期内工作。可在输出电流中叠加一个颤振信号以提高伺服阀的分辨率。

　　1.3 伺服阀电流计算

　　由图2 可见伺服阀线圈为伺服放大器的负载，由于伺服阀线圈具有电感而非纯电阻阻抗，为了使控制电流正比于输入电压，采用了电阻R21 与负载线圈串联，并将其上电压经电阻R20 反馈到放大器的反相输入端，因为反馈电压是由电流产生的，故称电流负反馈放大。引入电流负反馈以后，相对负载变动，伺服放大器趋向于恒流源。

　　根据运放虚短和虚断原理，可以推出Vin= -ILR21R17/KR20(K 为前置放大电路增益)从上式可以看出伺服放大器输出电流和输入电压成线性，并和负载无关，趋于恒流源。