嵌入式液压控制器的实现

　　O 前言

　　随着现代化工业技术的迅速发展，对带钢的品种、规格、质量和产量的要求日益增高。这促使各大钢铁公司纷纷对原有生产线进行技术改造以满足用户需求。在技术改造的大潮中，嵌入式控制器以其响应快、可靠性高、功耗低等特点被广泛应用。

　　国内外的文献研究结果表明，液压伺服系统效果好的是模拟系统(响应快)，但由于参数调整非常难，自适应性差，以及参数漂移等问题使模拟系统难以保证长期可靠运行，用数字系统代替模拟系统时，只有当数字系统采样时间和响应(循环周期)时间达到1～2ms时基本上与模拟系一样，1ms时的效果更好，再高就没有必要了[1]。为了满足液压系统的实时性和稳定性要求，我们试验过工控机、PLC等多种控制平台，但是大多不能满足苛刻的实时性要求，最终我们选用响应快可靠性高的嵌入式系统设计了嵌入式控制器。控制器采用目前流行的开放式VME总线结构，以德国MEN公司的A12单板计算机作为控制器模块，并使用了嵌入式实时操作系统VxWorks。稳定可靠的硬件平台加上性能出色的操作系统组成了一个高性能的控制系统，该系统在实际应用中获得了良好的效果。

　　1 液压位置控制系统

　　液压位置伺服控制的基本原理就是液压流体动力的反馈控制，即利用反馈得到位置的偏差信号，将该信号伺服放大后去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符[2]。在液压伺服控制系统中，输出量能够自动、快速而准确地再现输人量的变化规律，同时还对输入信号进行功率放大。轧机液压位置控制系统如图1所示，图中显示的只是轧机一侧的控制系统，对每个轧机而言，需要两个这样的系统。液压系统选用位置传感器返回液压缸位移的偏差信号，然后进行P1D控制计算，输出信号由电液伺服阀伺服放大后由液压泵驱动液压缸向减少偏差的方向移动。

　　2 液压系统的控制精度

　　如前所述，采用数字控制的液压系统控制精度要求达到1 ins左右，国外(如SMS)对此方面要求的解释如下。

　　伺服阀响应时间为6～8 ins是指给定满容量输出，即伺服阀从0% ～90%流量的时间，这种大流量操作只有初始摆辊缝和卸荷时使用，即对应轧线上未轧钢的动作。而当机架轧钢时，伺服阀和AGC系统进入伺服锁定状态，即“小信号”处理过程，此时控制器对伺服阀的给定不超过10% ，伺服阀在“小信号”时的响应时间几乎小于1 ms，再加上伺服阀到油缸的油路(应尽可能短)滞后，动作时间在1～2ins之间。因此，要求液压控制器采样时间和控制时间在1～2 ms。