快速控制原型技术在液压伺服控制中的应用

　　传统控制器的设计特点是:在对实体的数学模型仿真结束后,还需要将控制率编译成控制器的专用代码,连接到接入实体的回路中进行验证,接入实体还需要利用接口技术将控制用计算机和数据采集板卡及实体建立联系。由于实体和数学模型的差距等各种客观因素,导致控制器设计往往要反复几次,每次都将带来大量代码和接口函数的修改,这些工作繁琐而复杂。根据现在国际上流行的live design (实时设计)设计思想,本文提出将快速控制原型技术应用到液压伺服控制系统中。本文利用快速控制原型技术,实现了从控制系统设计工程师喜欢用的系统设计软件Matlab中的控制框图自动生成代码,并自动下载到前端控制器的过程。其特点是可以实时运行、自动下载,并且可以在线调节系统参数。可以在控制器的设计阶段就实时地观察控制器在真实回路中的表现。从而一次将控制器设计到位。大大提高了工作效率,并且提升了系统的可靠性。这种自动生成代码、自动下载、实时调节的特点已经成为一种主流趋势,正在被国际上各大公司所采用。

　　1　快速控制原型技术简介

　　快速控制原型技术是本文的一个核心内容,快速控制原型是国内外新生的一个名词,是美国Mathwork公司和德国dSPACE公司就相关技术提出的RapidControlPrototyping (简称RCP)的中文名称。其原理是:快速地建立控制对象及控制器的联系,屏蔽控制器与控制对象的接口,自动地将控制率下载到控制器中并对整个控制系统进行多次的、实时的在线的试验来验证控制系统软、硬件方案的可行性。这个过程区别于以往开发过程的的关键就是能将控制框图,接口板卡信息自动编译成控制器专用的代码,并自动下载到目标机控制被控对象。将以前需要软件工程师做的复杂而繁琐的工作交给计算机自动完成。实时地观察仿真效果,并且能在线调节参数,使仿真结果能够迅速得到检验,可直接为控制算法开发人员提供试验曲线,对系统设计开发人员可使其在系统仿真阶段就能与实际系统有效地整合。将其应用于液压伺服系统控制器的设计,将大大缩短产品的开发周期,提高工作效率,具有很高的实用价值。

　　2　快速控制原型系统在液压伺服控制中的应用

　　本课题所研究的液压系统是一个用于位置控制的舵机系统。其方块图如图1所示。

　　控制器由Matlab进行设计,为了便于试验快速控制原型系统,简化被控对象,液压伺服系统取常用的数学模型,并根据伺服阀辨识参数。本文采用Matlab中RTW支持的stateflow状态流技术设计了bang-bang控制器。之后得到系统控制框图如图2。

　　系统仿真完成后,需要将其开发成测试系统,以考察真实系统的控制效果。利用快速控制原型技术,可以快捷方便地将仿真系统转化为实际系统,实时地验证修改控制效果,对液压伺服控制系统设计具有实用价值。为了增加本文的通用性,这里选用研华公司的812PG多功能板卡来举例说明,该款板卡为一款价格适中的普通数据采集板卡,具有通用性。将仿真系统转变为实际系统最大的瓶颈在于接口部分。对于这款板卡, Matlab已经提供了相应的驱动模块,可以直接调用。对于Matlab暂不支持的板卡需要自己编写设备驱动的源代码。在Smi ulink中将原系统的数学模型去掉,输入输出换上相应的接口板卡模块。改变后的系统框图如图3。