电液伺服控制系统的研究与应用

       0　引言

    材料试验机是检测材料及其制品在各种环境和模拟状态下的机械性能、工艺性能、结构抗振强度以及材料与构件内外表面缺陷的重要科学测试仪器与设备,它广泛应用于交通运输、冶金建筑、汽车、宇航与造船以及国防科技、高等院校等国民经济的各个领域和部门。

    本文根据材料试验机的设计要求,将先进的数字信号处理器(DSP)用于电液伺服控制系统,设计了一种基于DSP的新型的数字电液伺服试验机控制器,数字控制系统通常具有精度高、速度快、存储量大及有逻辑判断功能等特点,因此较易实现高级复杂的控制方法,获得快速、精密的控制效果[4]。本文主要从产品设计要求入手,研究了电液伺服控制器的系统结构,数学模型,建立了系统控制算法及软件实现方法,同时,介绍了控制器的整体软、硬件设计。

    1　系统总体方案设计

    万能试验机需要测量试验力、活塞位移和试样变形三个量,系统的控制精度及系统控制可靠性就成为考察系统性能优劣的两项关键指标,系统总体结构框如图1所示。

    1·1　系统控制结构

    基于DSP的电液伺服控制系统主要由五个部分组成[2]:智能控制器、功率放大器、电液伺服阀、液压缸、传感器(反馈测量元件),系统控制结构如图2所示。

     智能控制器是由TMS320LF2407及其外围电路构成,通过从负载端采集的信号,进行A/D转换,然后经过软件控制算法实现电液伺服系统的位置控制、速度控制、力控制。功率放大器是由电子元件组成的电路板构成,起功率放大作用,用于直接驱动电液伺服阀。伺服阀是电液伺服系统的核心元件,能够对输出的流量和压力进行连续的双向控制,具有快速的响应速度和良好的控制精度。液压缸是液压控制系统中的执行元件,将液压能转换为机械能。传感器主要用来检测执行机构的压力(或拉力)、位移、变形,并转换为数字量,然后作为变量输入控制器算法程序,实现多种形式的闭环控制。

    2　控制算法

    电液伺服控制系统是非线性时变系统,无法建立精确的数学模型,本文对常规PID控制算法进行了改进,并与模糊控制原理相结合,提出了基于模糊参数自适应PID控制算法。控制算法的基本原理:控制器根据系统的指令信号和传感器的反馈信号相比较,获得跟踪误差信号,经过控制算法给出控制信号,控制信号经伺服放大器放大后驱动电液伺服阀[1],伺服阀将电量变成液压油流量,移动活塞消除差值,使试样应变以一定精度跟踪斜坡达到恒应变速率控制的目的[5]。同理,可以实现恒应力、恒位移速率控制,整个系统工作在闭环自动调节下。