基于双核处理器的电液伺服控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开的基于双核处理器的电液伺服控制器，包括有通过SPI总线连接的STM32微控制器和DSP微处理器，STM32微控制器和DSP微处理器分别与电源管理系统连接；STM32微控制器连接有第一复位系统、外部时钟、GPIO扩展单元、报警电路、第一JTAG接口、输出信号自检电路、第一光电隔离单元、本地给定信号模块、输入信号自检电路、第二光电隔离单元，STM32微控制器与触摸屏构成闭合回路；DSP微处理器连有外部时钟、第二复位系统、以太网通信模块、EEPROM、第二JTAG接口，DSP微处理器与外扩SRAM通过导线构成闭合回路。本实用新型的电液伺服控制器实现了对电液伺服系统的智能及准确的控制。
【专利说明】基于双核处理器的电液伺服控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于工业控制设备【技术领域】，涉及一种电液伺服控制器，具体涉及一种基于双核处理器的电液伺服控制器。
【背景技术】
[0002]电液伺服控制系统是电液控制技术中最早出现的一种应用形式。通常所说的电液伺服控制系统，从其结构组成来说，是指以电液伺服阀(或伺服变量泵)作为电液转换和放大元件来实现某种控制规律的系统，它的输出信号能跟随输入信号快速变化，有时也称为随动系统。
[0003]电液伺服控制系统将液压技术与电子及电气技术有机地结合，既具有高精度且快速调节响应能力，又具有控制大惯量且实现大功率输出的优点，因而在国民经济建设和国防建设等各个【技术领域】得到了广泛的应用。与现代微电子技术、计算机技术、传感器技术、控制理论相结合发展起来的电液伺服控制、电液数字控制和电液比例控制构成了现代液压控制技术的完整体系。现阶段，电液伺服控制系统已成为工业自动化与武器装备自动化【技术领域】的一个重要研究方面；凡是需要大功率、快响应、高精度的控制系统，都可采用电液控制技术，而且都已有成功例证。
[0004]目前，伺服控制系统大部分都采用传统的硬件结构，控制方法比较固定，而且也无法实现许多在不同工况下的高性能控制方法，难以满足现代工业的需求；此外，国内的伺服系统缺乏自主研发的主导产品且多为国外进口，不但价格昂贵，而且智能化程度不高。随着科技的进步，工业自动化程度的提高，工业应用领域对电液伺服系统的要求也随之提高，为了打破国外对此项技术的垄断地位，现阶段迫切需要研制一种智能型、高可靠性及控制性能更加优秀的电液伺服系统。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种基于双核处理器的电液伺服控制器，实现了对电液伺服系统的智能及准确的控制。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是，基于双核处理器的电液伺服控制器，包括有通过SPI总线连接的STM32微控制器和DSP微处理器，STM32微控制器和DSP微处理器分别通过导线与电源管理系统连接；STM32微控制器分别连接有第一复位系统、8M外部时钟、GPIO扩展单元、报警电路、第一 JTAG接口、输出信号自检电路、第一光电隔离单元、本地给定信号模块、输入信号自检电路、第二光电隔离单元，STM32微控制器通过导线与触摸屏构成闭合回路；DSP微处理器分别连接有30M外部时钟、第二复位系统、以太网通信模块、EEPR0M、第二 JTAG接口，DSP微处理器与外扩SRAM通过导线构成闭合回路。
[0007]本实用新型所采用的特点还在于，
[0008]STM32微控制器内分别设置有第一 SPI模块、A/D转换、D/A转换器，DSP微处理器内设置有第二 SPI模块，第一 SPI模块与第二 SPI模块之间通过SPI总线构成闭合回路；STM32微控制器内的A/D转换器分别与所述第二光电隔离单元、本地给定信号模块连接，第二光电隔离单元分别连接有输入信号自检电路、I/U变换电路，I/U变换电路分别连接有指令远程给定信号模块、位置反馈信号模块；STM32微控制器内的D/A转换器通过与第一光电隔离单元连接，第一光电隔离单元分别与输出信号自检电路、U/I变换器电路连接，U/I变换器电路分别与输出信号自检电路、伺服阀、位置变送器连接，伺服阀与电液伺服阀连接。
[0009]STM32微控制器的具体型号为:STM32F103RET6。
[0010]DSP微处理器的具体型号为:TMS320F28335。
[0011 ] 以太网通信模块连接有上层管理PC机。
[0012]以太网通信模块采用的是DM9000A以太网通信模块。
[0013]本实用新型的有益效果在于:
[0014](I)本实用新型基于双核处理器的电液伺服控制器采用DSP和STM32为双核控制器，其中DSP主要做控制算法，STM32主要控制外围电路，两者分工协同工作，不仅摆脱了国外的技术封锁，同时能够根据用户需求完全从底层开始进行设计研发工作，包括底层的硬件电路设计和底层驱动程序设计，完全自主研发，不仅提高了整个系统集成化程度，还更加方便了日后对系统的升级；
[0015](2)本实用新型基于双核处理器的电液伺服控制器的智能化程度相当高，如:实时监测系统，通过对液压系统给定信号、反馈信号、位置信号的采集，以可视化的形式展现出来，用户可以对系统的运行状态一目了然，设计了完善的故障报警自诊断程序，通过对系统各个信号的采集，能及时判断故障的类型，将其精确定位并采取相应的保护措施，提高了系统的安全性和可维护性；
[0016](3)本实用新型基于双核处理器的电液伺服控制器具有实现多种控制策略的能力，随着控制学科的飞速发展，模糊控制、神经网络控制等智能控制策略被广泛应用于电液伺服系统，本实用新型基于双核处理器的电液伺服控制器从实际的需求出发考虑，结合精确数字PID控制方法和模糊Fuzzy控制方法自身的优势，组合成Fuzzy-PID控制方法，根据偏差的大小范围，选择合适的控制方法进行调节。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型基于双核处理器的电液伺服控制器的结构图。
[0018]图中，1.STM32微控制器，2.DSP微处理器，3.电源管理系统，4.第一复位系统，
5.8M外部时钟，6.触摸屏，7.GPIO扩展单元，8.报警电路，9.第一 JTAG接口，10.第一光电隔离单元，11.输出信号自检电路，12.本地给定信号模块，13.输入信号自检电路，14.第二光电隔离单元，15.U/I变换电路，16.伺服阀，17.位置变送器，18.电液伺服阀，19.远程给定信号模块，20.位置反馈信号模块，21.30M外部时钟，22.第二复位系统，23.以太网通信模块，24.EEPR0M，25.第二 JTAG接口，26.外扩SRAM，27.上层管理PC机，28.1/U变换电路。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0020]本实用新型基于双核处理器的电液伺服控制器，其结构如图1所示，包括有通过SPI总线连接的STM32微控制器I和DSP微处理器2，STM32微控制器I和DSP微处理器2分别通过导线与电源管理系统3连接；STM32微控制器I分别连接有第一复位系统4、8M外部时钟5、GPIO扩展单元7、报警电路8、第一 JTAG接口 9、输出信号自检电路11、第一光电隔离单元10、本地给定信号模块12、输入信号自检电路13、第二光电隔离单元14，STM32微控制器I通过导线与触摸屏6构成闭合回路；DSP微处理器2分别连接有30M外部时钟21、第二复位系统22、以太网通信模块23、EEPR0M24、第二 JTAG接口 25，DSP微处理器2与外扩SRAM26通过导线构成闭合回路。
[0021]STM32微控制器I内分别设置有第一 SPI模块、A/D转换器、D/A转换器；DSP微处理器2内设置有第二 SPI模块，第一 SPI模块与第二 SPI模块之间通过SPI总线构成闭合回路。
[0022]STM32微控制器I内的A/D转换器分别与第二光电隔离单元14、本地给定信号模块12连接，第二光电隔离单元14分别连接有输入信号自检电路13、I/U变换电路28，I/U变换电路28分别连接有远程给定信号模块19、位置反馈信号模块20 ；STM32微控制器I内的D/A转换器通过与第一光电隔离单元10连接，第一光电隔离单元10分别与输出信号自检电路11、U/I变换器电路15连接，U/I变换器电路15分别与输出信号自检电路11、伺服阀16、位置变送器17连接，伺服阀16与电液伺服阀18连接。
[0023]其中，STM32微控制器I的具体型号为:STM32F103RET6。
[0024]DSP微处理器2的具体型号为:TMS320F28335.[0025]以太网通信模块23采用的是DM9000A以太网通信模块；以太网通信模块23还连接有上层管理PC机27。 [0026]本实用新型的伺服控制器调节控制系统内各部件的作用:
[0027]第一复位系统4与第二复位系统22内预先设置系统初始化方法，用于完成系统初始化设置；
[0028]STM32微控制器I内的A/D转换器和D/A转换器分别进行模数与数模转换；
[0029]与STM32微控制器I连接的报警电路8内集成有系统自检报警子程序，用于进行报警，
[0030]STM32微控制器I内的第一 SPI模块与DSP微处理器2内的第二 SPI模块连接，用于实现两者之间的通信；
[0031]DSP微处理器2内预先设置了 Fuzzy-PID控制即模糊PID控制方法；
[0032]以太网通信模块23实现了 DSP微处理器2与上层管理PC机27之间通信；
[0033]由EEPR0M24完成数据的存储。
[0034]本实用新型基于双核处理器的电液伺服控制器中采用的模糊PID控制方法。
[0035]本实用新型基于双核处理器的电液伺服控制器有远程控制和本地控制两种工作模式:由STM32微控制器I的相应的GPIO扩展单元7的高低电平控制，STM32微控制器I将控制模式代码和采集的数据组帧后通过第一 SPI模块传给DSP微处理器2，远程控制模式代码为B5H，本地控制模式代码为B6H，DSP微处理器2通过接收到的数据来确定远程或本地工作模式。
[0036]当工作在远程控制模式下时，DSP微处理器2将根据远程给定信号模块19发出的指令信号和位置反馈信号模块20发出的反馈信号的偏差进行运算，得出输出控制量；当工作在本地控制模式下时，DSP微处理器2将根据本地给定信号模块12发出的本地给定信号和位置反馈信号模块20发出的反馈信号的偏差进行计算，得出输出控制量。
[0037]在工业现场，由于用来实现位置反馈的位置变送器17和电液伺服阀18的安装结构原因，电液伺服阀18实际的负载行程的满量程位置和零点位置有可能会与本实用新型的伺服控制器调节控制系统输出控制信号的量程相反，并且位置变送器17的反馈信号的量程也有可能与实际位置对应的量程相反，即为伺服阀16的反作用和反馈反作用工作情况。针对以上情况，在控制方法实现上考虑到伺服阀16的反作用和反馈反作用，通过读取STM32微控制器I相应的GPIO扩展单元7的高低电平，来判断伺服阀16与位置反馈的正反作用，伺服阀16正作用模式代码为C5H，伺服阀16反作用模式代码为C6H，位置变送器17反馈正作用模式代码为C7H，位置变送器17反馈反作用模式代码为C8H，进行数据组帧后通过SPI传给DSP，DSP微处理器2根据收到的数据信息来确定伺服阀16和位置变送器17反馈的工作情况，并以此来确定相应的算法处理和修改。当伺服阀16为反作用时，对计算的偏差取反，并根据取反后的偏差进行PID运算，得出输出控制量；当位置变送器17反馈为反作用时，根据反馈信号的量程，在计算偏差前，对反馈信号的值进行修正，并根据本地给定信号单元给出的信号或指令远程给定信号模块发出的信号与位置变送器17反馈反作用时的反馈信号的偏差进行PID运算，得出输出控制量。
【权利要求】
1.基于双核处理器的电液伺服控制器，其特征在于，包括有通过SPI总线连接的STM32微控制器(I)和DSP微处理器(2 )，所述STM32微控制器(I)和DSP微处理器(2 )分别通过导线与电源管理系统(3)连接； 所述STM32微控制器(I)分别连接有第一复位系统(4)、8M外部时钟(5)、GPIO扩展单元(7)、报警电路(8)、第一 JTAG接口(9)、输出信号自检电路(11)、第一光电隔离单元(10)、本地给定信号模块(12)、输入信号自检电路(13)、第二光电隔离单元(14)，所述STM32微控制器(I)通过导线与触摸屏(6)构成闭合回路； 所述DSP微处理器(2)分别连接有30M外部时钟(21)、第二复位系统(22)、以太网通信模块(23)、EEPROM (24)、第二 JTAG接口(25)，所述DSP微处理器(2)与外扩SRAM (26)通过导线构成闭合回路。
2.根据权利要求1所述的基于双核处理器的电液伺服控制器，其特征在于，所述STM32微控制器(I)内分别设置有第一 SPI模块、A/D转换、D/A转换器，所述DSP微处理器(2)内设置有第二 SPI模块，所述第一 SPI模块与所述第二 SPI模块之间通过SPI总线构成闭合回路； 所述STM32微控制器(I)内的A/D转换器分别与所述第二光电隔离单元(14)、本地给定信号模块(12)连接，所述第二光电隔离单元(14)分别连接有输入信号自检电路(13)、1/U变换电路(28)，所述I/U变换电路(28)分别连接有指令远程给定信号模块(19)、位置反馈信号模块(20); 所述STM32微控制器(I)内的D/A转换器通过与所述第一光电隔离单元(10)连接，所述第一光电隔离单元(10)分别与输出信号自检电路(11)、U/I变换器电路(15)连接，所述U/I变换器电路(15)分别与输出信号自检电路(11)、伺服阀(16)、位置变送器(17)连接，所述伺服阀(16)与电液伺服阀(18)连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于双核处理器的电液伺服控制器，其特征在于，所述STM32微控制器(I)的具体型号为:STM32F103RET6。
4.根据权利要求1或2所述的基于双核处理器的电液伺服控制器，其特征在于，所述DSP微处理器(2)的具体型号为:TMS320F28335。
5.根据权利要求1所述的基于双核处理器的电液伺服控制器，其特征在于，所述以太网通信模块(23)连接有上层管理PC机(27)。
6.根据权利要求1或5所述的基于双核处理器的电液伺服控制器，其特征在于，所述以太网通信模块(23)采用的是DM9000A以太网通信模块。
【文档编号】G05B19/418GK203759526SQ201420155731
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】王延年, 熊伟, 李 浩, 罗尧, 来翔星, 李欢 申请人:西安工程大学