[發(fā)明專利]一種伺服壓力機控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310665674.9
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103660361A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐敦兵;張偉;張澤群;楊俊;孫競偉;殷磊磊;周建華;桑澤磊;王昌生;崔祥友
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B30B15/26
• 分類號: B30B15/26;B30B15/14
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種伺服壓力機控制系統(tǒng)，屬于機電控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前的伺服壓力機控制系統(tǒng)大多采用個人計算機或工控機與運動控制卡相結(jié)合的上位機與下位機模式，使用通用操作系統(tǒng)，如windows、Linux等操作系統(tǒng)，該方式能將計算機的開放性和信息處理能力與運動控制卡的運動處理特性相結(jié)合，便于升級和擴展，但這種方式也存在著控制系統(tǒng)成本高，硬件資源浪費嚴重，功耗高的缺點。同時，在伺服壓力機的發(fā)展過程中，如何提高伺服壓力機的精度，并且實現(xiàn)快速穩(wěn)定的響應(yīng)一直是伺服壓力機研究的重點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種伺服壓力機控制系統(tǒng)，降低控制系統(tǒng)成本、充分利用硬件資源、降低功耗，并提高控制精度、響應(yīng)速度以及穩(wěn)定性。

一種伺服壓力機控制系統(tǒng)，所述伺服壓力機包括伺服電機，伺服電機通過齒輪減速傳動裝置與一偏心輪相連接，偏心輪通過連桿與一滑塊相連接，所述滑塊上設(shè)置有用于檢測滑塊位置和速度的位置檢測裝置，所述偏心輪上設(shè)有用于檢測偏心輪轉(zhuǎn)速的光電編碼器，所述伺服壓力機控制系統(tǒng)包括ARM9微處理器子模塊和FPGA子模塊，兩者通過總線通訊；ARM9微處理器子模塊讀取所述位置檢測裝置輸出的滑塊位置信息，通過滑塊位置信息得到此位置處滑塊的理論速度并將滑塊理論速度傳遞給FPGA子模塊；FPGA子模塊采用三級串聯(lián)模糊PID控制結(jié)構(gòu)對伺服電機進行控制，具體如下：FPGA子模塊將滑塊速度理論值與滑塊實際速度進行比較，得到滑塊速度理論值與實際值的偏差和偏差的微分，并根據(jù)偏差和偏差的微分通過模糊規(guī)則在線查詢模糊矩陣對PID控制器參數(shù)進行整定；之后將滑塊速度轉(zhuǎn)化為偏心輪轉(zhuǎn)速，并與偏心輪實際速度進行比較，通過偏心輪轉(zhuǎn)速模糊PID控制器處理；最后將偏心輪速度轉(zhuǎn)化為伺服電機轉(zhuǎn)速，并與伺服電機實際轉(zhuǎn)速比較，通過伺服電機轉(zhuǎn)速模糊PID控制器處理，最終得到伺服電機驅(qū)動信號。

優(yōu)選地，所述位置檢測裝置為光柵尺。

進一步地，所述ARM9微處理器子模塊包括Linux+Xenomai的實時嵌入式操作系統(tǒng)，該實時嵌入式操作系統(tǒng)通過以下方法構(gòu)建：通過Xenomai基于Adeos機制構(gòu)建一個平行于Linux系統(tǒng)的實時內(nèi)核，Adeos在已存在的操作系統(tǒng)中抽象出一個軟件層，Linux和Xenomai都以域的形式存在，Xenomai?在Adeos?系統(tǒng)中的域優(yōu)先級高于Linux?域，當(dāng)用戶進行參數(shù)設(shè)定時，采用Linux標準系統(tǒng)調(diào)用，當(dāng)伺服壓力機處于運行狀態(tài)時時采用Xenomai的實時系統(tǒng)調(diào)用，由于Xenomai域的優(yōu)先級高于Linux，在進入運行狀態(tài)后，系統(tǒng)的實時任務(wù)將不受影響，直到伺服壓力機停止運轉(zhuǎn)后，重新調(diào)用Linux標準系統(tǒng)。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過采用ARM9微處理器子模塊和FPGA子模塊結(jié)合的控制器模式，采用嵌入式的操作系統(tǒng)，使得軟硬件資源結(jié)構(gòu)緊湊，功耗小，降低了成本；通過構(gòu)建Linux+Xenomai的實時嵌入式操作系統(tǒng)增強了控制系統(tǒng)的實時性；通過直接檢測滑塊、偏心輪的位置信息，采集伺服電機的運轉(zhuǎn)信息，構(gòu)建了閉環(huán)系統(tǒng)，使得系統(tǒng)精度大大提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中各標號含義如下：

1、S3C2440芯片；2、外部接口模塊；3、SRAM單元；4、NANDFLASH單元；5、電源模塊；6、開關(guān)量輸入輸出處理子模塊；7、FPGA子模塊；8、伺服電機編碼盤接口；9、信號處理模塊；10、伺服電機驅(qū)動器；11、伺服電機；12、一級傳動小齒輪；13、一級傳動大齒輪；14、二級傳動小齒輪；15、帶光柵尺滑塊；16、連桿；17、偏心輪；18、光電編碼器；19、二級傳動大齒輪；20、操作面板；21、觸摸屏；22、I2C總線；

圖2為本發(fā)明的PID綜合閉環(huán)控制的原理圖；

圖3為本發(fā)明的Linux+Xenomai的實時嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明：