基于dsp的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)方法
【專利摘要】基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)方法，涉及電液位置伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)。它為了解決現(xiàn)有數(shù)字式電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)于系統(tǒng)中的非線性和不確定性環(huán)節(jié)，僅采用PID等線性調(diào)節(jié)器，無法實(shí)現(xiàn)高精度控制的問題。本發(fā)明采用浮點(diǎn)型DSP作為主控制芯片，浮點(diǎn)型FPGA作為協(xié)控制芯片。初始運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行控制器參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)預(yù)控制；然后不斷監(jiān)測(cè)控制誤差，當(dāng)控制誤差大于5％時(shí)，進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，如果參數(shù)誤差達(dá)到30％以上，重新設(shè)計(jì)控制器以實(shí)現(xiàn)自校正?？刂七^程中不斷進(jìn)行系統(tǒng)死區(qū)參數(shù)估計(jì)，實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償。本發(fā)明的控制精度可以達(dá)到0.5mm。本發(fā)明適用于多種電液閥門的高精度位置伺服控制。
【專利說明】基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電液位置伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]電氣-液壓控制系統(tǒng)(即電液控制系統(tǒng))由于其信號(hào)檢測(cè)、校正和放大較為方便，易于遠(yuǎn)距離控制，而且可以和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合緊密，成為了液壓控制系統(tǒng)的主流方式。電液控制技術(shù)已在機(jī)床工業(yè)、工程機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人、塑料加工、地質(zhì)和礦藏探測(cè)、采煤機(jī)械、冶金、汽車制造機(jī)各種可移動(dòng)設(shè)備的自動(dòng)控制領(lǐng)域得到了空前廣泛的應(yīng)用。電液伺服驅(qū)動(dòng)器就是電液控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種。
[0003]現(xiàn)有的電液伺服驅(qū)動(dòng)器主要存在以下三方面的問題:(I)控制硬件落后，模擬式電液伺服驅(qū)動(dòng)器控制不靈活，調(diào)試復(fù)雜，元器件參數(shù)易發(fā)生零偏。傳統(tǒng)的數(shù)字電液伺服驅(qū)動(dòng)器的控制核心多采用單片機(jī)或者32-bit定點(diǎn)ARM處理器，主頻只有幾十MHz，而當(dāng)前應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)于系統(tǒng)的控制精度要求日益提高，復(fù)雜的系統(tǒng)辨識(shí)與先進(jìn)的控制方法需要硬件具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理與運(yùn)算能力，高精度的位置傳感器也需要運(yùn)算能力強(qiáng)的硬件來進(jìn)行位置信息處理，傳統(tǒng)的電液伺服驅(qū)動(dòng)器只能勉強(qiáng)滿足需求，很難進(jìn)一步提高系統(tǒng)控制精度；(2)控制方法落后，當(dāng)前數(shù)字式電液伺服驅(qū)動(dòng)器主要采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)器，部分系統(tǒng)為了提高控制性能加入了前饋和負(fù)載擾動(dòng)觀測(cè)環(huán)節(jié)，但是電液控制系統(tǒng)本質(zhì)上屬于非線性和不確定系統(tǒng)，其非線性主要包括電液閥門的壓力-流量特性、液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)的摩擦特性和死區(qū)特性、負(fù)載特性等，另外，系統(tǒng)的不確定因素主要包括外來的干擾力、溫度變化、油源壓力和流量脈動(dòng)等，顯然對(duì)于非線性系統(tǒng)采用線性傳統(tǒng)經(jīng)典控制理論中的線性PID調(diào)節(jié)器和前饋調(diào)節(jié)器，無法克服其非線性和參數(shù)不確定性，因此控制精度從根本上無法得到提高，受到了極大的限制；(3)接口落后，當(dāng)前電液伺服驅(qū)動(dòng)器指令接口主要采用模擬量輸入，但是這種方式易受干擾，不夠精確，而且對(duì)于常用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線支持較少。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有數(shù)字式電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器在進(jìn)行電液閥門控制過程中，對(duì)于系統(tǒng)中的非線性和不確定性環(huán)節(jié)，僅采用PID等線性調(diào)節(jié)器，無法滿足系統(tǒng)對(duì)于位置伺服的高精度控制要求的問題，提供一種基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)方法。
[0005]本發(fā)明所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器包括DSP電路、FPGA電路、位置傳感器接口電路、功率放大電路、AD轉(zhuǎn)換及DA轉(zhuǎn)換電路和通訊電路；所述通訊電路用于實(shí)現(xiàn)DSP電路與上位機(jī)或控制總線之間的數(shù)據(jù)傳輸；位置傳感器接口電路用于將差分傳感器的位置信號(hào)發(fā)送給FPGA電路；FPGA電路對(duì)該位置信號(hào)處理后發(fā)送給DSP電路；功率放大電路用于將DSP電路發(fā)來的控制量進(jìn)行放大后，對(duì)電液閥門進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；AD轉(zhuǎn)換及DA轉(zhuǎn)換電路用于將外部發(fā)來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，發(fā)送給DSP電路，或?qū)SP電路輸出的數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。[0006]所述的DSP電路嵌入有軟件實(shí)現(xiàn)的自校正模塊，該模塊包括以下單元:
[0007]死區(qū)參數(shù)估計(jì)單元:每隔t時(shí)間，測(cè)量系統(tǒng)的死區(qū)寬度，并在該單元結(jié)束之后同時(shí)啟動(dòng)死區(qū)參數(shù)更新單元和控制系統(tǒng)建模單元；
[0008]死區(qū)參數(shù)指令更新單元:將測(cè)量得到的死區(qū)寬度作為新的死區(qū)參數(shù)指令發(fā)送給功率放大電路；
[0009]控制系統(tǒng)建模單元:建立比例閥位置控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，并在該單元結(jié)束之后啟動(dòng)控制參數(shù)計(jì)算單元；
[0010]控制參數(shù)計(jì)算單元:根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)計(jì)算系統(tǒng)控制參數(shù)，并在該單元結(jié)束之后啟動(dòng)控制信號(hào)發(fā)送單元；
[0011]控制信號(hào)發(fā)送單元:將控制參數(shù)發(fā)送給電液閥，并在該單元結(jié)束之后啟動(dòng)控制誤差監(jiān)測(cè)單元；
[0012]控制誤差監(jiān)測(cè)單元:監(jiān)測(cè)控制誤差，并判斷控制誤差是否超過5%，在判斷結(jié)果為是時(shí)啟動(dòng)參數(shù)辨識(shí)單元；在判斷結(jié)果為否時(shí)返回啟動(dòng)控制誤差監(jiān)測(cè)單元；
[0013]參數(shù)辨識(shí)單元:計(jì)算辨識(shí)參數(shù),根據(jù)所述辨識(shí)參數(shù)計(jì)算參數(shù)誤差，并判斷參數(shù)誤差是否小于30%，在判斷結(jié)果為是時(shí)啟動(dòng)報(bào)警單元；在判斷結(jié)果為否時(shí)啟動(dòng)控制系統(tǒng)建模單元;
[0014]報(bào)警單元:發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
[0015]本發(fā)明所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0016]死區(qū)參數(shù)估計(jì)步驟:每隔t時(shí)間，測(cè)量系統(tǒng)的死區(qū)寬度，并在該步驟結(jié)束之后同時(shí)執(zhí)行死區(qū)參數(shù)更新步驟和控制系統(tǒng)建模步驟；
[0017]死區(qū)參數(shù)指令更新步驟:將測(cè)量得到的死區(qū)寬度作為新的死區(qū)參數(shù)指令發(fā)送給功率放大電路；
[0018]控制系統(tǒng)建模步驟:建立比例閥位置控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行控制參數(shù)計(jì)算步驟；
[0019]控制參數(shù)計(jì)算步驟:根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)計(jì)算系統(tǒng)控制參數(shù)，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行控制信號(hào)發(fā)送步驟；
[0020]控制信號(hào)發(fā)送步驟:將控制參數(shù)發(fā)送給電液閥，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行控制誤差監(jiān)測(cè)步驟；
[0021]控制誤差監(jiān)測(cè)步驟:監(jiān)測(cè)控制誤差，并判斷控制誤差是否超過5%，在判斷結(jié)果為是時(shí)執(zhí)行參數(shù)辨識(shí)步驟；在判斷結(jié)果為否時(shí)返回執(zhí)行控制誤差監(jiān)測(cè)步驟；
[0022]參數(shù)辨識(shí)步驟:計(jì)算辨識(shí)參數(shù)，根據(jù)所述辨識(shí)參數(shù)計(jì)算參數(shù)誤差，并判斷參數(shù)誤差是否小于30%，在判斷結(jié)果為是時(shí)執(zhí)行報(bào)警步驟；在判斷結(jié)果為否時(shí)執(zhí)行控制系統(tǒng)建模步驟；
[0023]報(bào)警步驟:發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
[0024]本發(fā)明所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器，通過改進(jìn)傳統(tǒng)電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的硬件，采用浮點(diǎn)型DSP+FPGA的控制架構(gòu)，浮點(diǎn)型DSP作為主控制芯片，F(xiàn)PGA作為協(xié)控制芯片，主控制芯片的高速浮點(diǎn)型運(yùn)算能力，可以保證系統(tǒng)在線辨識(shí)和極點(diǎn)配置等自校正算法以及通訊協(xié)議算法的高效執(zhí)行。在控制過程中，根據(jù)實(shí)際使用的電液閥門選擇合適的控制模型，建立比例閥位置控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中通過電流、壓力等信息，采用基于遞推最小二乘法進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的在線辨識(shí)，最大限度的對(duì)系統(tǒng)中非線性環(huán)節(jié)以及參數(shù)漂移進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)使用極點(diǎn)配置的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)器開環(huán)傳遞函數(shù)的改進(jìn)和控制參數(shù)計(jì)算，F(xiàn)PGA電路能夠?qū)Χ喾N位置傳感器協(xié)議和濾波等信號(hào)處理算法，減少了主控制芯片的負(fù)擔(dān)，極大地提高了系統(tǒng)的控制效率，同時(shí)拓展了驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于多種電液閥門的高精度位置伺服控制，比例閥控位置系統(tǒng)控制精度可以達(dá)到0.5_。
[0025]本發(fā)明所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)方法，在驅(qū)動(dòng)器初始運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行控制器參數(shù)設(shè)計(jì)，并按照該參數(shù)作為初始控制參數(shù)；然后，不斷監(jiān)測(cè)控制誤差，如果控制誤差無法達(dá)到5%以內(nèi)，開始進(jìn)行基于遞推最小二乘算法的系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)，比較辨識(shí)參數(shù)和系統(tǒng)初始參數(shù)，如果參數(shù)誤差達(dá)到30%以上，使用辨識(shí)參數(shù)按照系統(tǒng)控制器預(yù)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自校正算法，如果參數(shù)誤差小于30%，驅(qū)動(dòng)器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。參數(shù)誤差小于30%而控制誤差無法達(dá)到5%以內(nèi)，則可能是由于驅(qū)動(dòng)器故障導(dǎo)致的，需要人為調(diào)試；最后，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，還需要每隔500s進(jìn)行一次系統(tǒng)死區(qū)參數(shù)估計(jì)算法，將得到的死區(qū)參數(shù)疊加到控制指令上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償。采用上述方法，能夠?qū)Χ喾N電液閥門進(jìn)行高精度位置伺服控制，比例閥控位置系統(tǒng)控制精度可以達(dá)到0.5_。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為實(shí)施方式一所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的原理框圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器包括DSP電路1、FPGA電路2、位置傳感器接口電路3、功率放大電路4、AD轉(zhuǎn)換及DA轉(zhuǎn)換電路5和通訊電路6 ;所述通訊電路6用于實(shí)現(xiàn)DSP電路I與上位機(jī)或控制總線之間的數(shù)據(jù)傳輸；位置傳感器接口電路3用于將差分傳感器的位置信號(hào)發(fā)送給FPGA電路
2；FPGA電路2對(duì)該位置信號(hào)處理后發(fā)送給DSP電路I ;功率放大電路4用于將DSP電路I發(fā)來的控制量進(jìn)行放大后，對(duì)電液閥門進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；AD轉(zhuǎn)換及DA轉(zhuǎn)換電路5用于將外部發(fā)來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，發(fā)送給DSP電路1，或?qū)SP電路I輸出的數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。
[0029]本實(shí)施方式中，DSP與FPGA均采用浮點(diǎn)型。功率放大電路4主要由伺服閥驅(qū)動(dòng)接口、比例閥驅(qū)動(dòng)接口以及開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)接口組成，與DSP電路I相連接，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，功率放大電路4接收通過運(yùn)算得到的控制量，完成功率放大，能夠同時(shí)進(jìn)行伺服閥、比例閥和開關(guān)閥中的一種或多種驅(qū)動(dòng)。AD轉(zhuǎn)換及DA轉(zhuǎn)換電路5與DSP電路I相連接，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，接收外部O?IOV的標(biāo)準(zhǔn)模擬指令信息輸入，通過模擬電路將信號(hào)調(diào)理至O?3V范圍，輸送至DSP電路I中的AD接口，另外可以同時(shí)可以將DSP電路I輸出的數(shù)字控制量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的O?IOV模擬電壓信號(hào)。FPGA電路2進(jìn)行位置傳感器信息的預(yù)處理，具有實(shí)時(shí)更新傳感器接口協(xié)議的能力，同時(shí)保證處理速度，不占用DSP電路I的處理時(shí)間。通訊電路6與PC上位機(jī)或控制總線進(jìn)行控制指令和系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)通訊，模擬指令信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換及DA轉(zhuǎn)換電路5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后通過并行總線接口將位置信息直接輸送給DSP電路1，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA電路2將轉(zhuǎn)換后的位置傳感器信息輸送給DSP電路I。通過與給定位置信號(hào)進(jìn)行比較，利用位置誤差信號(hào)進(jìn)行控制，另外系統(tǒng)實(shí)時(shí)通過系統(tǒng)在線辨識(shí)方法進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)估計(jì)，然后通過自校正模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù)的重構(gòu)與修正，克服系統(tǒng)非線性死區(qū)以及參數(shù)變化的影響，將最終的控制量輸送至功率放大電路4進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)電液閥門，達(dá)到位置高精度伺服控制目標(biāo)。
[0030]本實(shí)施方式通過改進(jìn)傳統(tǒng)電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的硬件，采用浮點(diǎn)型DSP+FPGA的控制架構(gòu)，浮點(diǎn)型DSP作為主控制芯片，F(xiàn)PGA作為協(xié)控制芯片，主控制芯片的高速浮點(diǎn)型運(yùn)算能力，可以保證系統(tǒng)在線辨識(shí)和極點(diǎn)配置等自校正算法以及通訊協(xié)議算法的高效執(zhí)行。在控制過程中，根據(jù)實(shí)際使用的電液閥門選擇合適的控制模型，建立比例閥位置控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中通過電流、壓力等信息，采用基于遞推最小二乘法進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的在線辨識(shí)，最大限度的對(duì)系統(tǒng)中非線性環(huán)節(jié)以及參數(shù)漂移進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)使用極點(diǎn)配置的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)器開環(huán)傳遞函數(shù)的改進(jìn)和控制參數(shù)計(jì)算，F(xiàn)PGA電路2能夠?qū)Χ喾N位置傳感器協(xié)議和濾波等信號(hào)處理算法，減少了主控制芯片的負(fù)擔(dān)，極大地提高了系統(tǒng)的控制效率，同時(shí)拓展了驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種電液閥門的高精度位置伺服控制，比例閥控位置系統(tǒng)控制精度可以達(dá)到0.5_。
[0031]本實(shí)施方雖為電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器，但也可以作為一種通用的伺服控制裝置，適用于直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)電機(jī)等控制，應(yīng)用者可以根據(jù)其特殊的應(yīng)用領(lǐng)域通過修改軟件更改系統(tǒng)硬件參數(shù)來靈活方便地實(shí)現(xiàn)其功能。
[0032]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的DSP電路I嵌入有軟件實(shí)現(xiàn)的自校正模塊，該模塊包括以下單元:
[0033]死區(qū)參數(shù)估計(jì)單元:每隔t時(shí)間，測(cè)量系統(tǒng)的死區(qū)寬度，并在該單元結(jié)束之后同時(shí)啟動(dòng)死區(qū)參數(shù)更新單元和控制系統(tǒng)建模單元；
[0034]死區(qū)參數(shù)指令更新單元:將測(cè)量得到的死區(qū)寬度作為新的死區(qū)參數(shù)指令發(fā)送給功率放大電路4 ;
[0035]控制系統(tǒng)建模單元:建立比例閥位置控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，并在該單元結(jié)束之后啟動(dòng)控制參數(shù)計(jì)算單元；
[0036]控制參數(shù)計(jì)算單元:根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)計(jì)算系統(tǒng)控制參數(shù)，并在該單元結(jié)束之后啟動(dòng)控制信號(hào)發(fā)送單元；
[0037]控制信號(hào)發(fā)送單元:將控制參數(shù)發(fā)送給電液閥，并在該單元結(jié)束之后啟動(dòng)控制誤差監(jiān)測(cè)單元；
[0038]控制誤差監(jiān)測(cè)單元:監(jiān)測(cè)控制誤差，并判斷控制誤差是否超過5%，在判斷結(jié)果為是時(shí)啟動(dòng)參數(shù)辨識(shí)單元；在判斷結(jié)果為否時(shí)返回啟動(dòng)控制誤差監(jiān)測(cè)單元；
[0039]參數(shù)辨識(shí)單元:計(jì)算辨識(shí)參數(shù),根據(jù)所述辨識(shí)參數(shù)計(jì)算參數(shù)誤差，并判斷參數(shù)誤差是否小于30%，在判斷結(jié)果為是時(shí)啟動(dòng)報(bào)警單元；在判斷結(jié)果為否時(shí)啟動(dòng)控制系統(tǒng)建模單元;
[0040]報(bào)警單元:發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
[0041]驅(qū)動(dòng)器初始運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行控制器參數(shù)的與設(shè)計(jì)，并按照該參數(shù)作為初始控制參數(shù)；然后不斷監(jiān)測(cè)控制誤差，如果控制誤差無法達(dá)到5 %以內(nèi)，開始進(jìn)行基于遞推最小二乘算法的系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)，比較辨識(shí)參數(shù)和系統(tǒng)初始參數(shù)，如果參數(shù)誤差達(dá)到30%以上，使用辨識(shí)參數(shù)按照系統(tǒng)控制器預(yù)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，如果參數(shù)誤差小于30%，驅(qū)動(dòng)器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。參數(shù)誤差小于30 %而控制誤差無法達(dá)到5 %以內(nèi)，則可能是由于驅(qū)動(dòng)器故障導(dǎo)致的，需要人為調(diào)試。最后，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，還需要每隔一段時(shí)間(本實(shí)施方式選用500s)進(jìn)行一次系統(tǒng)死區(qū)參數(shù)估計(jì)算法，將得到的死區(qū)參數(shù)疊加到控制指令上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償。
[0042]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式二所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的控制系統(tǒng)建模單元建立比例閥位置控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)時(shí)，初始開環(huán)傳遞函數(shù)通過預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算獲得，循環(huán)過程中的開環(huán)傳遞函數(shù)通過辨識(shí)參數(shù)計(jì)算獲得。
[0043]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式二所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的參數(shù)辨識(shí)單元通過最小二乘法遞推獲得辨識(shí)參數(shù)。
[0044]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的通訊電路6包括CAN接口電路和RS485接口電路。
[0045]本實(shí)施方式中，所述的通訊電路6主要由CAN接口電路以及RS485接口電路組成，通訊電路6與DSP電路I相連接。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，首先通過配置，使用一種或多種接口與PC上位機(jī)以及控制總線相連接，然后將上位機(jī)及總線的指令傳送至DSP電路1，并將系統(tǒng)的狀態(tài)信息進(jìn)行上傳。
[0046]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式五所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的通訊電路6還包括磁耦合芯片，RS485接口電路通過所述的磁耦合芯片與DSP電路I連接。
[0047]本實(shí)施方式中，所述的磁耦合芯片采用IS07631C型芯片，該芯片對(duì)控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行隔離，實(shí)現(xiàn)RS485接口電路的可靠通訊。
[0048]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式五所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的RS485接口電路的通訊電平轉(zhuǎn)換芯片采用SN65LBC184芯片。SN65LBC184芯片具有15KV的ESD防護(hù)能力，擁有防雷性能，適用于長(zhǎng)線傳輸。
[0049]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的DSP電路I采用TMS320F28335芯片實(shí)現(xiàn)。
[0050]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的FPGA電路2采用EP3C10E144芯片實(shí)現(xiàn)。
[0051]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的位置傳感器接口電路3包括SSI接口電路和QEP接口電路，采用滿足EIA-422標(biāo)準(zhǔn)的差分電平進(jìn)行信號(hào)的驅(qū)動(dòng)與接收，將差分傳感器位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為3.3V CMOS電平輸送至FPGA電路2。SSI接口電路采用TI的AM26L31E芯片實(shí)現(xiàn)，QEP接口電路采用AM26L32E芯片實(shí)現(xiàn)，
[0052]【具體實(shí)施方式】十一:本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的AD轉(zhuǎn)換及DA轉(zhuǎn)換電路5中的AD轉(zhuǎn)換電路采用AD7606芯片實(shí)現(xiàn)，該芯片具有16位精度，8路單端輸入通過8個(gè)采樣保持器可以保證同時(shí)采樣，該芯片還包括I個(gè)200KHz的轉(zhuǎn)換器，接口則可以靈活使用SPI或者并行接口，該芯片的輸入接口內(nèi)建有限幅電路，以及高達(dá)7kV的ESD能力。另外，獨(dú)立的采樣保持器保證了信號(hào)的相位關(guān)系，200KHZ的轉(zhuǎn)換器完全可以滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，高速并行接口保證了轉(zhuǎn)換結(jié)果高速的輸出以減小系統(tǒng)的延時(shí)，完善的限幅保護(hù)和防靜電接口電路則使得該芯片具有較高的可靠性，非常適合工業(yè)場(chǎng)合。DA轉(zhuǎn)換電路采用了 AD421芯片，該芯片具有16位精度，能夠可靠輸出4~20mA的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。
[0053]【具體實(shí)施方式】十二:本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，對(duì)于伺服閥和比例閥的驅(qū)動(dòng)主要采用L298驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片能夠?qū)λ欧y的步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)也能夠?qū)Ρ壤y的比例電磁鐵進(jìn)行電流控制，驅(qū)動(dòng)電路采用外部輸入24V，最大驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到3A，另外采用6路隔離PWM輸出驅(qū)動(dòng)開關(guān)伺服閥，PWM頻率達(dá)到ΙΟΚΗζ，采用K1010光耦進(jìn)行隔離。
[0054]【具體實(shí)施方式】十三:本實(shí)施方式所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)方法，通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0055]死區(qū)參數(shù)估計(jì)步驟:每隔t時(shí)間，測(cè)量系統(tǒng)的死區(qū)寬度，并在該步驟結(jié)束之后同時(shí)執(zhí)行死區(qū)參數(shù)更新步驟和控制系統(tǒng)建模步驟；
[0056]死區(qū)參數(shù)指令更新步驟:將測(cè)量得到的死區(qū)寬度作為新的死區(qū)參數(shù)指令發(fā)送給功率放大電路4 ;
[0057]控制系統(tǒng)建模步驟:建立比例閥位置控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行控制參數(shù)計(jì)算步驟；
[0058]控制參數(shù)計(jì)算步驟:根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)計(jì)算系統(tǒng)控制參數(shù)，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行控制信號(hào)發(fā)送步驟；
[0059]控制信號(hào)發(fā)送步驟:將控制參數(shù)發(fā)送給電液閥，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行控制誤差監(jiān)測(cè)步驟；
[0060]控制誤差監(jiān)測(cè)步驟:監(jiān)測(cè)控制誤差，并判斷控制誤差是否超過5%，在判斷結(jié)果為是時(shí)執(zhí)行參數(shù)辨識(shí)步驟；在判斷結(jié)果為否時(shí)返回執(zhí)行控制誤差監(jiān)測(cè)步驟；
[0061]參數(shù)辨識(shí)步驟:計(jì)算辨識(shí)參數(shù)，根據(jù)所述辨識(shí)參數(shù)計(jì)算參數(shù)誤差，并判斷參數(shù)誤差是否小于30%，在判斷結(jié)果為是時(shí)執(zhí)行報(bào)警步驟；在判斷結(jié)果為否時(shí)執(zhí)行控制系統(tǒng)建模步驟；
[0062]報(bào)警步驟:發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
[0063]本實(shí)施方式中，以比例閥控缸位置控制系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。DSP電路I首先根據(jù)預(yù)先輸入的閥門參數(shù)和控制要求進(jìn)行調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)，即控制系統(tǒng)建模。具體步驟如下:
[0064]根據(jù)已經(jīng)輸入的參數(shù)進(jìn)行理想狀態(tài)下控制系統(tǒng)建模。比例閥位置控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:
【權(quán)利要求】
1.基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:它包括DSP電路(I)、FPGA電路(2)、位置傳感器接口電路(3)、功率放大電路(4)、AD轉(zhuǎn)換及DA轉(zhuǎn)換電路(5)和通訊電路(6)；所述通訊電路(6)用于實(shí)現(xiàn)DSP電路(I)與上位機(jī)或控制總線之間的數(shù)據(jù)傳輸；位置傳感器接口電路(3)用于將差分傳感器的位置信號(hào)發(fā)送給FPGA電路(2) ;FPGA電路(2)對(duì)該位置信號(hào)處理后發(fā)送給DSP電路(I);功率放大電路(4)用于將DSP電路(I)發(fā)來的控制量進(jìn)行放大后，對(duì)電液閥門進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；AD轉(zhuǎn)換及DA轉(zhuǎn)換電路(5)用于將外部發(fā)來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，發(fā)送給DSP電路(I)，或?qū)SP電路(I)輸出的數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述的DSP電路(I)嵌入有軟件實(shí)現(xiàn)的自校正模塊，該模塊包括以下單元: 死區(qū)參數(shù)估計(jì)單元:每隔t時(shí)間，測(cè)量系統(tǒng)的死區(qū)寬度，并在該單元結(jié)束之后同時(shí)啟動(dòng)死區(qū)參數(shù)更新單元和控制系統(tǒng)建模單元； 死區(qū)參數(shù)指令更新單元:將測(cè)量得到的死區(qū)寬度作為新的死區(qū)參數(shù)指令發(fā)送給功率放大電路⑷； 控制系統(tǒng)建模單元:建立比例閥位置控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，并在該單元結(jié)束之后啟動(dòng)控制參數(shù)計(jì)算單元； 控制參數(shù)計(jì)算單元:根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)計(jì)算系統(tǒng)控制參數(shù)，并在該單元結(jié)束之后啟動(dòng)控制信號(hào)發(fā)送單元； 控制信號(hào)發(fā)送單元:將控制參數(shù)發(fā)送給電液閥，并在該單元結(jié)束之后啟動(dòng)控制誤差監(jiān)測(cè)單元； 控制誤差監(jiān)測(cè)單元:監(jiān)測(cè)控制誤差，并判斷控制誤差是否超過5%，在判斷結(jié)果為是時(shí)啟動(dòng)參數(shù)辨識(shí)單元；在判斷結(jié)果為否時(shí)返回啟動(dòng)控制誤差監(jiān)測(cè)單元； 參數(shù)辨識(shí)單元:計(jì)算辨識(shí)參數(shù)，根據(jù)所述辨識(shí)參數(shù)計(jì)算參數(shù)誤差，并判斷參數(shù)誤差是否小于30%，在判斷結(jié)果為是時(shí)啟動(dòng)報(bào)警單元；在判斷結(jié)果為否時(shí)啟動(dòng)控制系統(tǒng)建模單元； 報(bào)警單元:發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述的控制系統(tǒng)建模單元建立比例閥位置控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)時(shí)，初始開環(huán)傳遞函數(shù)通過預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算獲得，循環(huán)過程中的開環(huán)傳遞函數(shù)通過辨識(shí)參數(shù)計(jì)算獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述的參數(shù)辨識(shí)單元通過最小二乘法遞推獲得辨識(shí)參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述的通訊電路(6)包括CAN接口電路和RS485接口電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述的通訊電路(6)還包括磁耦合芯片，RS485接口電路通過所述的磁耦合芯片與DSP電路(I)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述的RS485接口電路的通訊電平轉(zhuǎn)換芯片采用SN65LBC184芯片。
8.基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于:該方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn): 死區(qū)參數(shù)估計(jì)步驟:每隔t時(shí)間，測(cè)量系統(tǒng)的死區(qū)寬度，并在該步驟結(jié)束之后同時(shí)執(zhí)行死區(qū)參數(shù)更新步驟和控制系統(tǒng)建模步驟；死區(qū)參數(shù)指令更新步驟:將測(cè)量得到的死區(qū)寬度作為新的死區(qū)參數(shù)指令發(fā)送給功率放大電路⑷； 控制系統(tǒng)建模步驟:建立比例閥位置控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行控制參數(shù)計(jì)算步驟； 控制參數(shù)計(jì)算步驟:根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)計(jì)算系統(tǒng)控制參數(shù)，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行控制信號(hào)發(fā)送步驟； 控制信號(hào)發(fā)送步驟:將控制參數(shù)發(fā)送給電液閥，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行控制誤差監(jiān)測(cè)步驟； 控制誤差監(jiān)測(cè)步驟:監(jiān)測(cè)控制誤差，并判斷控制誤差是否超過5%，在判斷結(jié)果為是時(shí)執(zhí)行參數(shù)辨識(shí)步驟；在判斷結(jié)果為否時(shí)返回執(zhí)行控制誤差監(jiān)測(cè)步驟； 參數(shù)辨識(shí)步驟:計(jì)算辨識(shí)參數(shù)，根據(jù)所述辨識(shí)參數(shù)計(jì)算參數(shù)誤差，并判斷參數(shù)誤差是否小于30%，在判斷結(jié)果為是時(shí)執(zhí)行報(bào)警步驟；在判斷結(jié)果為否時(shí)執(zhí)行控制系統(tǒng)建模步驟； 報(bào)警步驟:發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于:所述的控制系統(tǒng)建模步驟中，初始開環(huán)傳遞函數(shù)通過預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算獲得，循環(huán)過程中的開環(huán)傳遞函數(shù)通過辨識(shí)參數(shù)計(jì)算獲得。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于DSP的電液位置伺服驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于:所述的參數(shù)辨識(shí)步驟中，辨識(shí)參數(shù)通過最小二乘法遞推獲得。
【文檔編號(hào)】F15B21/08GK103982491SQ201410228409
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】孫敬颋, 毛琨 申請(qǐng)人:北京敬科海工科技有限公司