一種液壓馬達(dá)角位移數(shù)字伺服控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種液壓馬達(dá)角位移數(shù)字伺服控制系統(tǒng)及方法，所述控制系統(tǒng)由數(shù)字控制計(jì)算機(jī)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、伺服放大器、伺服對象、液壓源、光電編碼器和高速計(jì)數(shù)模塊組成；控制方法的步驟為：初始化積分器后讀取隨動指令信號和反饋信號，對反饋信號進(jìn)行一次差分并乘以一次差分系數(shù)得到一次差分乘積，再對一次差分信號進(jìn)行二次差分運(yùn)算并乘以二次差分系數(shù)得到二次差分乘積，將隨動指令信號與反饋信號、一次差分乘積和二次差分乘積這三者之和取誤差，所得誤差信號進(jìn)行累加積分并乘以積分系數(shù)得到積分乘積，將所得積分乘積進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換得到模擬量控制信號經(jīng)伺服放大器控制伺服對象。本發(fā)明不僅節(jié)約成本，簡化安裝，而且提高了系統(tǒng)響應(yīng)能力。
【專利說明】一種液壓馬達(dá)角位移數(shù)字伺服控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種液壓馬達(dá)角位移數(shù)字伺服控制系統(tǒng)及方法，特別涉及一種由數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的性能優(yōu)良的適用于液壓馬達(dá)角位移的數(shù)字伺服控制方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]目前各種機(jī)構(gòu)的精確控制幾乎都采用閉環(huán)反饋控制方式，液壓馬達(dá)角位移的精確控制也不例外，而為了實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制，往往都是對輸入、輸出間的誤差信號進(jìn)行比例(P)、積分(I)、微分(D)等運(yùn)算，而這些運(yùn)算方法施加在何處卻是一個(gè)值得探討的問題。目前廣泛使用的方法都是在前向通道中對誤差進(jìn)行PID運(yùn)算，實(shí)施起來簡單易行，但是前向通道中對誤差每增加一種運(yùn)算，事實(shí)上對輸入信號和反饋信號同時(shí)增加了控制運(yùn)算。對角位移指令信號的每一種運(yùn)算就相當(dāng)于在角位移伺服系統(tǒng)微分方程的右邊增加了一個(gè)強(qiáng)迫項(xiàng)，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)多個(gè)強(qiáng)迫項(xiàng)，這樣，角位移伺服系統(tǒng)輸出就不能精確復(fù)現(xiàn)角速度指令信號。但是為了使系統(tǒng)成為無差系統(tǒng)，在前向通道中積分運(yùn)算卻是必不可少的，另外的強(qiáng)迫項(xiàng)(主要指微分運(yùn)算)可以施加在反饋通道中，在反饋通道中對被控量的直接的無約束的反饋是必須的，即對液壓馬達(dá)角位移的控制必須有一項(xiàng)是直接反饋角位移值，另外為了提高系統(tǒng)響應(yīng)能力，角速度和角加速度的反饋也顯得非常有必要，雖然反饋量越多，系統(tǒng)顯得越復(fù)雜，但是有了數(shù)字計(jì)算機(jī)的參與，這些就不成問題了，因?yàn)橥ㄟ^軟件的實(shí)施就避免了硬件的復(fù)雜性。
[0003]另外，在某些場合下執(zhí)行機(jī)構(gòu)的超調(diào)是不允許的，而傳統(tǒng)的PID運(yùn)算為了避免超調(diào)，往往以犧牲響應(yīng)速度為代價(jià)，為了解決二者的矛盾，在設(shè)計(jì)控制參數(shù)時(shí)應(yīng)該采取閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)相等，這樣可保證系統(tǒng)響應(yīng)不超調(diào)，在此前提下讓伺服放大器發(fā)揮出最大線性輸出能力，從而提高了系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力，因此閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)相等，伺服放大器的輸出能達(dá)到其線性范圍內(nèi)的極大值是設(shè)計(jì)控制參數(shù)的兩個(gè)必要條件，這樣設(shè)計(jì)出的液壓馬達(dá)角位移伺服系統(tǒng)才能快而無超調(diào)、無振蕩。
[0004]隨著各種機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行精度、響應(yīng)速度以及自動化程度的提高，對液壓馬達(dá)角位移伺服系統(tǒng)性能提出了越來越高的要求。當(dāng)今廣泛使用的一般反饋控制方法已不能滿足要求，采用新的電液伺服系統(tǒng)和伺服控制方法是進(jìn)一步提高電液伺服系統(tǒng)性能所要解決的問題所在。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種既快又穩(wěn)的液壓馬達(dá)角位移數(shù)字伺服控制系統(tǒng)及方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種液壓馬達(dá)角位移數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由數(shù)字控制計(jì)算機(jī)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、伺服放大器、伺服對象、液壓源、光電編碼器和高速計(jì)數(shù)模塊組成；伺服對象由電液伺服閥的輸出端依次串接液壓馬達(dá)、機(jī)械負(fù)載構(gòu)成，數(shù)字控制計(jì)算機(jī)的輸出端依次串接數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、伺服放大器后接電液伺服閥的輸入端，液壓源的輸出端分別接電液伺服閥和液壓馬達(dá)的輸入端，機(jī)械負(fù)載的輸出端依次串接光電編碼器和高速計(jì)數(shù)模塊后接數(shù)字控制計(jì)算機(jī)的輸入端。
[0008]一種液壓馬達(dá)角位移數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
[0009](1)開始，數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對其程序中設(shè)置的積分器進(jìn)行初始化，積分器清零；
[0010](2)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)讀取隨動數(shù)字量指令信號值；
[0011](3)高速計(jì)數(shù)器模塊采集由光電編碼器傳送過來的隨動輸出數(shù)字量反饋信號并傳輸給數(shù)字控制計(jì)算機(jī)；
[0012](4)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對隨動輸出數(shù)字量反饋信號進(jìn)行一次差分運(yùn)算；
[0013](5)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對一次差分運(yùn)算結(jié)果乘以一次差分系數(shù)得到一次差分乘積；
[0014](6)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對一次差分運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行二次差分運(yùn)算；
[0015](7)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對二次差分運(yùn)算結(jié)果乘以二次差分系數(shù)得到二次差分乘積；
[0016](8)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對反饋信號、一次差分乘積和二次差分乘積三者進(jìn)行加法運(yùn)算；
[0017](9)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對隨動指令信號與加法運(yùn)算結(jié)果取誤差；
[0018]( 10)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對誤差信號進(jìn)行累加積分；
[0019](11)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)將累加積分結(jié)果乘以積分系數(shù)得到積分乘積；
[0020]( 12)數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊將積分乘積進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換得到模擬量控制信號，工作流程同時(shí)又返回到步驟2;
[0021]( 13)數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊將模擬量控制信號輸入到伺服放大器進(jìn)行信號放大后驅(qū)動電液伺服閥以控制液壓馬達(dá)帶動機(jī)械負(fù)載運(yùn)動。
[0022]積分器的積分系數(shù)Ki; 一次差分系數(shù)Kdl和二次差分系數(shù)Kd2根據(jù)如下方法得到，作為其初始整定值:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種液壓馬達(dá)角位移數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，其特征是:所述系統(tǒng)由數(shù)字控制計(jì)算機(jī)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、伺服放大器、伺服對象、液壓源、光電編碼器和高速計(jì)數(shù)模塊組成；伺服對象由電液伺服閥的輸出端依次串接液壓馬達(dá)、機(jī)械負(fù)載構(gòu)成，數(shù)字控制計(jì)算機(jī)的輸出端依次串接數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、伺服放大器后接電液伺服閥的輸入端，液壓源的輸出端分別接電液伺服閥和液壓馬達(dá)的輸入端，機(jī)械負(fù)載的輸出端依次串接光電編碼器和高速計(jì)數(shù)模塊后接數(shù)字控制計(jì)算機(jī)的輸入端。
2.一種如權(quán)利要求1所述的液壓馬達(dá)角位移數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括如下步驟:(1)開始，數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對其程序中設(shè)置的積分器進(jìn)行初始化，積分器清零；(2)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)讀取隨動數(shù)字量指令信號值；(3)高速計(jì)數(shù)器模塊采集由光電編碼器傳送過來的隨動輸出數(shù)字量反饋信號并傳輸給數(shù)字控制計(jì)算機(jī)； (4)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對隨動輸出數(shù)字量反饋信號進(jìn)行一次差分運(yùn)算；(5)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對一次差分運(yùn)算結(jié)果乘以一次差分系數(shù)得到一次差分乘積；(6)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對一次差分運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行二次差分運(yùn)算；(7)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對二次差分運(yùn)算結(jié)果乘以二次差分系數(shù)得到二次差分乘積；(8)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對反饋信號、一次差分乘積和二次差分乘積三者進(jìn)行加法運(yùn)算；(9)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對隨動指令信號與加法運(yùn)算結(jié)果取誤差；(10)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)對誤差信號進(jìn)行累加積分；(11)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)將累加積分結(jié)果乘以積分系數(shù)得到積分乘積；(12)數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊將積分乘積進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換得到模擬量控制信號，同時(shí)返回到步驟⑵；(13)數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊將模擬量控制信號輸入到伺服放大器進(jìn)行信號放大后驅(qū)動電液伺服閥以控制液壓馬達(dá)帶動機(jī)械負(fù)載運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓馬達(dá)角位移數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是:積分器的積分系數(shù)Ki，一次差分系數(shù)Kdl和二次差分系數(shù)Kd2根據(jù)如下方法得到，作為其初始整定值:(1 Υ'Υ Μ 丫1Κ, = 9.032 — ~^ ；UJ IJ(,,,,,μΨKdi=lA4lJ^—.V^max JKr =0.692Ι<Κιη,Μ —B ；Mmsx式中屯為積分器的積分系數(shù)；Kdl為一次差分系數(shù)、Kd2為二次差分系數(shù)；K為伺服放大器的放大倍數(shù)，J為伺服對象的等效轉(zhuǎn)動慣量，Β為伺服對象等效阻尼系數(shù);Mmax為伺服放大器在線性范圍內(nèi)能夠輸出的最大電壓為線性范圍內(nèi)角位移輸入的最大值。
【文檔編號】H02P21/00GK103647488SQ201310659521
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】夏永鋒, 朱鵬程, 張冰蔚 申請人:江蘇科技大學(xué)