[發(fā)明專利]一種電液線位移數(shù)字伺服系統(tǒng)及其控制方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210005149.X
• 申請(qǐng)日: 2012-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN102591383A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾文火;朱鵬程
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D27/02
• 分類號(hào): G05D27/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種電液伺服系統(tǒng)，更具體地說，是涉及一種電液線位移數(shù)字伺服系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

電液伺服系統(tǒng)中，電液線位移伺服在一些機(jī)械裝備中是經(jīng)常遇到的，如機(jī)械臂的伸縮，加工設(shè)備的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)化生產(chǎn)線中工件的傳送等。電液線位移伺服系統(tǒng)中，電液伺服的變量是機(jī)械負(fù)載運(yùn)動(dòng)的線位移。為了獲得優(yōu)良的線位移伺服性能，電液線位移伺服系統(tǒng)必須采用閉環(huán)控制。也就是說，機(jī)械裝備中運(yùn)動(dòng)部件的線位移必須經(jīng)檢測傳感器反饋到電液伺服系統(tǒng)輸入端，與線位移指令信號(hào)進(jìn)行比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，然后再由伺服控制器對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行控制運(yùn)算后發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的線位移實(shí)施校正。

對(duì)于誤差的控制運(yùn)算目前廣泛使用的是比例加積分加微分控制(PID)。前向控制回路中對(duì)誤差每增加一種運(yùn)算，事實(shí)上對(duì)線速度指令信號(hào)和反饋信號(hào)同時(shí)增加了控制運(yùn)算。對(duì)線速度指令信號(hào)的每一種運(yùn)算就相當(dāng)于在電液伺服系統(tǒng)的微分方程的右邊增加一個(gè)強(qiáng)迫項(xiàng)，PID反饋控制方法使控制系統(tǒng)出現(xiàn)多個(gè)強(qiáng)迫項(xiàng)。這樣，電液伺服系統(tǒng)輸出就不能精確復(fù)現(xiàn)線速度指令信號(hào)。因此，一般的PID反饋控制方法線位移動(dòng)態(tài)跟蹤精度差，對(duì)階躍輸入的指令信號(hào)其輸出存在超調(diào)和振蕩現(xiàn)象。

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(dòng)化程度的提高，對(duì)電液線位移伺服性能提出了越來越高的要求。公知的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)一步提高電液伺服性能所要解決的問題之一。

目前，電液線位移伺服系統(tǒng)中公知的的伺服控制器采用專用的電子器件，采用數(shù)字控制計(jì)算機(jī)如何實(shí)現(xiàn)伺服性能優(yōu)良的數(shù)字控制方法則是現(xiàn)有技術(shù)中有待解決的問題之二。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是為進(jìn)一步提高電液伺服系統(tǒng)的性能，解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和缺陷，提供一種新穎的由數(shù)字控制計(jì)算機(jī)控制的電液線位移數(shù)字伺服系統(tǒng)及其控制方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的所采取的技術(shù)方案是：

一種電液線位移數(shù)字伺服系統(tǒng)，由數(shù)字控制計(jì)算機(jī)、功率放大器、伺服對(duì)象、光電編碼器和液壓源組成；其中所述數(shù)字控制計(jì)算機(jī)不僅具有公知的計(jì)算功能，而且包括數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊和高速計(jì)數(shù)模塊，數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊的輸出與功率放大器連接，高速計(jì)數(shù)模塊與光電編碼器連接；所述伺服對(duì)象由電液伺服閥、液壓缸和機(jī)械負(fù)載組成，所述電液伺服閥、液壓缸和機(jī)械負(fù)載按順序連接，所述電液伺服閥還與所述功率放大器連接，所述機(jī)械負(fù)載還與所述光電編碼器連接，所述電液伺服閥和所述液壓缸還分別與所述液壓源連接。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：

一種電液線位移數(shù)字伺服系統(tǒng)的控制方法，包括下列步驟：

(1)開始，初始化積分器；

(2)讀取線位移數(shù)字指令信號(hào)和由光電編碼器采集的線位移數(shù)字反饋信號(hào)，將兩者比較得到誤差信號(hào)；

(3)將誤差信號(hào)累加積分并乘以積分系數(shù)K_i得積分乘積；

(4)將線位移數(shù)字反饋信號(hào)乘以反饋系數(shù)K_f得反饋乘積；

(5)將線位移數(shù)字反饋信號(hào)進(jìn)行差分運(yùn)算并乘以微分系數(shù)K_d得微分乘積；

(6)將所述積分乘積減去反饋乘積然后再減去微分乘積得差值；

(7)將所述差值進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，得到模擬量控制信號(hào)輸入到功率放大器，控制伺服對(duì)象；

(8)返回到步驟(2)。

由于本奶明的電液線位移伺服系統(tǒng)采用與眾不同的計(jì)算機(jī)控制方法，在前向回路中對(duì)誤差信號(hào)實(shí)施積分運(yùn)算和乘法運(yùn)算，在反饋回路中不僅實(shí)現(xiàn)了線位移數(shù)字信號(hào)的反饋，而且在不需要線速度檢測傳感器和線加速度檢測傳感器的情況下實(shí)現(xiàn)了線速度和線加速度數(shù)字信號(hào)的反饋。也就是說，不僅實(shí)現(xiàn)了伺服變量位移信息的反饋，而且還實(shí)現(xiàn)了伺服變量其它兩個(gè)狀態(tài)信息的反饋。

本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是：

(1)本發(fā)明的電液線位移數(shù)字伺服系統(tǒng)，不僅具有伺服變量線位移的反饋，而且具有伺服變量線位移的變化率——線速度的反饋，以及線速度的變化率——線加速度的反饋。因此，本發(fā)明的電液數(shù)字伺服系統(tǒng)不僅具有伺服變量本身狀態(tài)信息的反饋，而且具有伺服變量變化狀態(tài)信息的反饋，實(shí)現(xiàn)了伺服變量三種狀態(tài)信息的反饋。而一般電液線位移伺服系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)伺服變量的一種狀態(tài)信息反饋。

(2)本發(fā)明的電液線位移數(shù)字伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了線位移、線速度以及線加速度三種狀態(tài)信號(hào)的反饋，但只使用了一個(gè)光電編碼器，無需其它檢測傳感器，在工程實(shí)施中不僅方便易行，而且節(jié)省成本。