一种用于液压振动试验系统的多通道控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明用于单维或多维液压振动试验系统应用领域，具体涉及一种多通道控制装置，既能够实现单个或多个液压作动器的伺服控制，也能够实现对油源等其它设备的远程控制。
【背景技术】
[0002]液压振动台凭借其低中频时推力大、位移大、响应快、重量轻、体积小等诸多优点，弥补了电动式振动台的许多不足，广泛应用于航空航天、车辆、地震模拟等领域，在振动试验系统中占据了重要地位。
[0003]国际上MTS公司在80年代基于电液伺服阀建立了多套液压振动台，工作频率达到200Hz，但油液共振影响仍然无法克服，易出现超差现象。国内在液压振动台控制方面做了一定的研究，通常的方法是位移闭环控制或者采用三状态控制策略(地震模拟振动台三状态控制的研究，韩俊伟、于丽明、赵慧《哈尔滨工业大学学报》1999九1^，￥01131小03:22?24)主要应用在液压振动台的低频控制方面。针对高频应用，专利《一种高频液压激振系统伺服控制装置》(严侠、陈颖、胡绍全等，专利号201420720159.6)构建了一种高频液压激振系统伺服控制装置，改善了激振系统的高频段频率特性和加速度波形失真度，但是对于低频和多通道应用，并未给出说明。专利《一种伺服控制器》(李康、徐凯、汪东、周景雷，专利号201120493657.8)构建了一款伺服控制器，解决了现有液压伺服控制系统体积大、复杂、操作不便、功能单一的问题，但是该伺服控制器最高的采样频率才到1kHz，数据传输速率更是只有200Hz，并且未给出多通道应用的详细说明。
[0004]实际应用中，存在着以下几个方面的问题。
[0005]在液压振动系统参数整定和测试中经常需要使用方波、正弦波、扫频波等信号，目前公布的文献资料，较少有集成信号生成的液压控制装置的描述。
[0006]液压振动试验系统通常由油源、管路、执行机构、控制系统等组成。油源通常位于油源间，给系统提供高压油液;管路将高压油液输送到试验现场的分配器;分配器上的开关阀控制油液进入液压执行机构;控制系统通过伺服阀等控制元件，控制执行机构完成规定动作。目前公布的文献资料，较少有对整个系统实现自动控制的资料。
[0007]实际应用中存在着各种吨位的液压缸，小吨位的液压缸通常由伺服阀直接控制；大吨位的需要增加一个中间级的三级阀进行功率放大，而三级阀也存在两种形式:阀内集成有控制电路的自控型和没有集成控制电路的外控型，对于自控型的执行机构，使用与两级系统完全相同；对于外控型的三级阀，液压控制装置需要提供三级阀的位移控制功能。目前公布的文献资料，几乎没有对这些不同结构形式的执行机构兼容的控制装置描述。
[0008]实际物理振动环境大多数是多维的，并且大都可以用六自由度进行描述，为了模拟真实振动环境，越来越多的多维液压振动台得到部署，目前还未见到对多维液压振动台控制装置描述的专利文献资料。
[0009]本发明针对以上问题，利用高性能微处理器、FPGA、电子元件等设备设计完成一款液压振动试验系统多通道控制装置，它可以实现从直流到中高频的控制应用；既可以实现对各类执行机构的伺服控制，也可以实现对液压系统的油源、各类开关阀的自动控制;既可以应用于二级阀和自控型三级阀执行机构的系统，也可应用于外控型三级阀系统；既可以使用内部生成的正弦波、方波、扫频信号作为指令信号，也可以将采集外部设备的输出作为指令信号；既可应用于六自由度液压振动试验系统，也可应用于I?6通道的液压振动试验系统。
[0010]这种装置操作简便易行，稳定可靠，通用性强，外观简洁，可广泛应用于各种液压振动试验系统中。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提供一种用于液压振动试验系统的多通道控制装置，用于液压系统油源和各类开关阀的自动控制，以及单通道/多通道的液压执行机构的伺服控制，实现高精度、高带宽的振动控制。
[0012]本发明提供的一种用于液压振动试验系统的多通道控制装置，包括:上位机、与上位机电连接的下位机，所述下位机包括电源板卡、处理器板卡和信号调理板卡，其中:电源板卡提供直流电源，处理器板卡用于完成信号采集、处理和控制计算，信号调理板卡用于信号调理，所述电源板卡包括电源输出接口，电源板卡通过电源输出接口与处理器板卡连接，所述处理器板卡包括网口电路、多个混合接口、一个数字接口，处理器板卡通过网口电路接收上位机下传的指令和参数，并上传数据给上位机，通过混合接口与信号调理板卡电连接。
[0013]所述下位机还包括工业数字接口板卡，用于远程控制并检测外部设备，所述工业数字接口板卡包括子数字接口、隔离输出电路、隔离输入电路、串行总线接口、工业电源输出电路，通过处理器板卡的数字接口与处理器板卡电连接，所述子数字接口针脚定义与处理器板卡上的数字接口定义相同，所述隔离输出电路将数字接口上的数字TTL输出电平经过隔离、驱动放大输出24V电源，连接到外部的开关阀等设备，隔离输入电路将外部管路或者油源上的状态信号经过隔离、电平转换为TTL电平连接到数字接口上，串行接口电路将微处理器板卡上的串口信号进行隔离、电平转换，与外部设备进行通信。
[0014]所述电源板卡还包括交流电源输入接口、过流保护器、EMI滤波器、电源转换与稳压器，外部交流电经过输入接口进入下位机，过流保护器限制过大电流，EMI滤波器滤除电源线上的射频干扰噪声，电压转换与稳压器将交流电变换为三路稳定的直流电。
[0015]所述电源输出接口包括三类电源:数字Vl电源，给外部设备供电；模拟V2电源，给处理器板卡供电;模拟V3电源，给信号调理板卡供电。
[0016]所述信号调理板卡包括子混合接口、一路通用信号输入电路、两路位移信号调理电路、一路压差信号调理电路、一路加速度信号调理电路、一路输出驱动电路，子混合接口针脚定义与处理器板卡上的混合接口定义相同，通用信号输入电路用于标准电压信号的滤波处理，位移信号调理电路一路用于调理外控型三级阀的位移反馈信号，一路用于调理液压作动器的位移反馈信号，压差信号调理电路用于调理液压作动器上的压差传感器反馈信号，加速度信号调理电路用于加速度传感器信号的调理、放大和滤波。
[0017]所述处理器板卡还包括电源输入接口、微处理器、FPGA、Flash存储器、SDRAM存储器、数模转换器、模数转换器、数字接口，电源输入接口针脚定义与电源板卡的电源输出接口针脚定义相同，微处理器通过外设总线接口与Flash存储器和SDRAM存储器相连，进行试验信息、上下位机状态、各通道采集参数和控制参数的存储，生成基础波形数据，下发给FPGA0
[0018]所述FPGA包括信号滤波模块、信号生成模块、控制计算模块和输出模块，信号滤波模块对模数转换器输入的信号做滤波处理;信号生成模块根据微处理器下发的信号参数和基础波形数据输出实时波形，控制内部信号和外部指令的平滑切换;控制计算模块根据指令和反馈信号计算当前控制输出，输出模块在控制输出信号上叠加颤振信号，输出给数模转换器，数模转换器将数字输出信号转换为连续模拟信号，通过混合接口传递给信号调理板卡。
[0019]所述每个混合接口包