专利名称：电液线速度数字伺服系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电液伺服系统，特别涉及一种由数字计算机控制的阀控液压缸线速度数字伺服系统及其控制方法。
背景技术：
电液伺服系统中，电液线速度伺服在一些机械装备中是经常遇到的，如机械臂的伸缩，加工设备的进给运动，自动化生产线中工件的传送等。电液线速度伺服系统中，电液伺服的变量是机械负载运动的线速度。为了获得优良的线速度伺服性能，电液线速度伺服系统必须采用闭环控制。也就是说，机械装备中运动部件的线速度必须经检测传感器反馈到电液伺服系统输入端，与线速度指令信号进行比较产生误差信号，然后再由伺服控制器对误差信号进行控制运算后发出控制信号，对运动部件的线速度实施校正。对于误差的控制运算目前广泛使用的是比例加积分加微分控制(PID)，前向控制回路中对误差每增加一种运算，就对线速度指令信号和反馈信号同时增加了控制运算。对线速度指令信号的每一种运算就相当于在电液伺服系统的微分方程的右边增加一个强迫项，PID反馈控制方法使控制系统出现多个强迫项。这样，电液伺服系统输出就不能精确复现线速度指令信号。因此，一般的PID反馈控制方法线速度动态跟踪精度差，对阶跃输入的指令信号其输出存在超调和振荡现象。随着各种机械设备的运行精度、响应速度以及自动化程度的提高，对电液线速度伺服性能提出了越来越高的要求。公知的PID反馈控制方法已不能满足要求，采用新的电液伺服系统和反馈控制方法是进一步提高电液伺服性能所要解决的问题之一。目前，电液线速度伺服系统中公知的的伺服控制器采用专用的电子器件，采用数字控制计算机如何实现伺服性能优良的数字控制方法则是现有技术中有待解决的问题之
发明内容
本发明的目的是为了进一步提高电液线速度伺服系统的性能，克服上述现有技术中存在的问题和缺陷，提供一种电液线速度数字伺服系统及其控制方法。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是一种电液线速度数字伺服系统，由数字控制计算机、功率放大器、伺服对象、光电编码器和液压源组成；所述数字控制计算机不仅具有公知的计算功能，而且包括数/模转换模块和高速计数模块，数/模转换模块的输出与功率放大器连接，高速计数模块与光电编码器连接；所述伺服对象由电液伺服阀、液压缸和机械负载组成，所述电液伺服阀、液压缸和机械负载按顺序连接，电液伺服阀还与功率放大器连接，机械负载还与光电编码器连接，电液伺服阀和液压缸还分别与液压源连接。为了达到上述目的，本发明所采用的另一个技术方案是一种电液线速度数字伺服系统的控制方法，包括下列步骤
(1)开始，初始化积分器；(2)读取线速度数字指令信号和由光电编码器采集的线速度数字反馈信号，将两者比较得到误差信号；(3)将误差信号累加积分并乘以积分系数Ki得积分乘积；(4)将线速度数字反馈信号乘以反馈系数Kf得反馈乘积；(5)将所述积分乘积减去反馈乘积得差值；，(6)将所述差值进行数/模转换，得到模拟量控制信号输入到功率放大器，控制伺服对象；(7)返回到步骤O)。由于该电液线速度伺服控制系统采用与众不同的计算机控制方法，在前向回路中对误差信号实施积分运算和乘法运算，在反馈回路中不仅实现了线速度数字信号的反馈， 而且在不需要线加速度检测传感器的情况下实现了线加速度数字信号的反馈。也就是说， 不仅实现了伺服变量数字信号的反馈，而且还实现了伺服变量数字信号变化率的反馈。本发明的有益效果是(1)本发明所述电液线速度数字伺服系统，不仅具有伺服变量线速度的反馈，而且具有伺服变量线速度的变化率——线加速度的反馈。因此，本发明的电液数字伺服系统不仅具有伺服变量本身状态信息的反馈，而且具有伺服变量变化状态信息的反馈，实现了伺服变量两种状态信息的反馈。而一般伺服系统仅能实现伺服变量的一种状态信息反馈。(2)该电液线速度数字伺服系统实现了线速度和线加速度两种状态信号的反馈， 但只使用了一个光电编码器，无需其它检测传感器，在工程实施中不仅方便易行，而且节省成本。(3)由于该数字电液伺服系统与众不同的结构形式和计算机控制方法，提高了电液线速度伺服系统的静态和动态性能。静态精度可以达到无静差，动态时对于线速度指令信号的阶跃瞬时突变，其响应时间缩短且无超调和振荡，动态跟踪精度高；对于外界环境的干扰和机械负载本身参数的变化，电液线速度伺服系统的伺服性能变化不敏感。
图1是本发明的电液线速度数字伺服系统构成方框图；图2是本发明的电液线速度数字伺服系统控制方法流程图。
具体实施例方式为了加深对本发明的理解，下面结合附图1和2对本发明的具体实施例作进一步的详细叙述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。附图1是本发明实施例的电液线速度数字伺服系统构成方框图。该电液线速度数字伺服系统由数字控制计算机120、功率放大器130、伺服对象140、光电编码器150和液压源160 ；所述数字控制计算机120不仅包含公知的计算功能，而且包括数/模转换模块和高速计数模块，数/模转换模块的输出与功率放大器130连接，高速计数模块的输入与光电编码器连接；所述伺服对象140由电液伺服阀141、液压缸142和机械负载143组成，所述电液伺服阀141、液压缸142和机械负载143按顺序连接，电液伺服阀141还与功率放大器130连接，机械负载143还与光电编码器150连接，其运动线速度检测后反馈到数字控制计算机的高速计数模块的输入端；此外，电液伺服阀141和液压缸142还分别与液压源160连接。图2是本发明的电液线速度数字伺服系统控制方法流程图，所述控制方法步骤如下(1)步骤110为开始动作，(2)步骤120对积分器进行初始化处理，对积分器清零，即INT = 0 ；(3)步骤130读取角速度数字指令信号vR ；(4)步骤140采集由光电编码器送来的角速度数字反馈信号vF ；(5)步骤150将角速度数字指令信号和角速度数字量反馈信号进行比较得到误差信号，即 ER = vR-vF ；(6)步骤160对误差信号进行累加积分，即INT = INT+ER ；(7)步骤170对累加积分乘以积分系数Ki得积分乘积Pl = INT*Ki ；(8)步骤180对线速度数字反馈信号乘以反馈系数Kf得反馈乘积P2 = vf*Kf ；(9)步骤190将积分乘积Pl减去反馈乘积P2得到差值M = P1-P2 ；(10)步骤200将数字量差值信号M转换成模拟量信号，一方面将此模拟量信号作为控制信号输入到功率放大器，另一方面工作流程又返回到步骤130，如此不断地对电液伺服系统进行控制运行。本发明所提供的电液线速度数字伺服系统实现了伺服变量两种状态信息的反馈， 具有优良的静态性能和动态性能。静态精度可以达到无静差；动态时对于线速度指令信号的阶跃瞬时突变，其响应时间缩短且无超调和振荡，动态跟踪精度高；对于外界环境的干扰和机械负载本身参数的变化，电液线速度伺服系统的伺服性能变化不敏感。
权利要求
1.一种电液线速度数字伺服系统，其特征是该系统由数字控制计算机、功率放大器、 伺服对象、光电编码器和液压源组成，其中所述数字控制计算机还包括数/模转换模块和高速计数模块，所述数/模转换模块与功率放大器连接，所述高速计数模块与光电编码器连接；所述伺服对象由电液伺服阀、液压缸和机械负载组成，所述电液伺服阀、液压缸和机械负载按顺序连接，所述电液伺服阀还与功率放大器连接，所述机械负载还与光电编码器连接，所述电液伺服阀和液压缸分别与液压源连接。
2.一种如权利要求1所述的电液线速度数字伺服系统的控制方法，其特征是包括如下步骤(1)初始化积分器；(2)读取线速度数字指令信号和由光电编码器采集的线速度数字反馈信号，将两者比较得到误差信号；(3)将误差信号累加积分并乘以积分系数Ki得积分乘积；(4)将线速度数字反馈信号乘以反馈系数Kf得反馈乘积；(5)将所述积分乘积减去反馈乘积得差值；(6)将所述差值进行数/模转换，得到模拟量控制信号输入到功率放大器，控制伺服对象；(7)返回到步骤(2)。
全文摘要
本发明公开了一种电液线速度数字伺服系统及其控制方法，该系统由数字控制计算机、功率放大器、伺服对象、光电编码器和液压源组成；其中数字控制计算机包括数/模转换模块和高速计数模块；伺服对象由电液伺服阀、液压缸和机械负载组成，电液伺服阀、液压缸和机械负载按顺序连接，电液伺服阀与功率放大器连接，机械负载与光电编码器连接。控制方法步骤为初始化积分器；读取线速度指令信号和反馈信号，将两者比较得到误差信号；将误差累加积分并乘以积分系数Ki得积分乘积；将线速度反馈信号乘以反馈系数Kf得反馈乘积；将积分乘积减去反馈乘积并将差值进行数/模转换，得到模拟量控制信号经功率放大器控制伺服对象。
文档编号G05B11/42GK102385311SQ20111027281
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者曾文火, 朱鹏程 申请人:江苏科技大学