一种基于DSP的双动液压试验机控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于DSP的双动液压试验机控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

随着工业自动化技术和数控技术的飞速发展，对运动控制的要求越来越高。嵌入式控制系统的控制部分已经从分立元件、单元电路向高性能、智能化、集成化模块发展。许多公司已经开始用数字运动控制芯片生产基于工业控制计算机的控制卡或者独立型的控制卡。运动控制技术已经由传统的数控加工技术，发展成为具有开放结构、能结合具体应用而快速重组的先进运动控制技术。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于DSP的双动液压试验机控制系统，采用TMS320LF2407A作为控制系统的核心，充分利用它的运算速度和丰富的外设资源，大大简化了系统电路，同时系统的控制质量显著改善。PC机做为上位机为用户提供了友好的人机交互界面，方便操作者使用。

本发明所采用的技术方案是：所述控制系统对双动液压实验机进行上、下位机联合控制的总体控制方案。由DSP、电液伺服阀、阀控液压缸、位移传感器组成速度闭环控制系统；由DSP、DAC、比例溢流阀、压力传感器组成压力闭环控制系统。

所述TMS320LF2407A为主要控制单元的控制板，实现下位机对双动液压实验机的动作控制和液压机工作状态的监控。下位机通过TMS320LF2407A中集成的ADC采集压力、位移传感器信号；GPIO输出开关信号来控制电磁铁通断；EVA、EVB输出占空比可变的PWM波来控制电液伺服阀从而控制液压缸的速度；SPI串行设备接口扩展DAC输出比例溢流阀控制信号来控制系统的压力；SCI串口与上位PC机进行通信。PC机主要任务是通过人机对话获得操作命令和数据，并通过串口把命令和数据传给下位机，同时接收下位机回传的数据信息并以图形等方式显示在显示器上，从而使操作者更加直观地了解双动液压实验机的工作状态。操作者也可以通过Pc机控制液压机的工作和停止。

所述控制系统选用了TMS320LF2407A作为核心控制器，控制系统输入信号包括开关信号、压力传感器信号和位移传感器信号等，输出信号包括液压机停止工作信号、电磁换向阀的换向信号和电液伺服阀控制信号等。这些信号里既有模拟信号又有数字信号，这就要求在选择控制器时既要考虑ADC的采集通道数又要考虑通用I/O口的数量。

所述TMS320LF2407A的ADC模块只能接受0～3.3V的模拟电压信号，而控制系统中传感器的电压、电流信号不能直接传入ADC。位移传感器输出信号范围为0～10V，压力传感器输出信号范围为4～20mA，需要利用信号转换电路对位移传感器和压力传感器的信号进行处理使转换后的信号为电压信号且信号的电压变化范围为0～3.3V。由于控制系统的工作环境存在一定的噪声干扰，为了采集到纯的信号，信号采集电路加入了模拟低通滤波器。

由于控制命令和图形数据显示由PC机实现，选择异步串行通信方式来进行PC机与DSP通信，该控制系统采用MAX3232作为串口驱动芯片。

所述上位机软件是运行于PC机上，其功能是提供友好的人机界面，便于操作者对参数进行设置和对液压机工作状态进行监视。上位机软件主要由参数设置模块、图形显示模块、监视模块和通信模块组成。参数设置模块可对系统压力、冲压速度、位移等进行设置；监视模块主要任务是对系统运行状态进行监测，保证整个系统运行于安全值之下，当出现异常时进行报警；图形显示模块主要用来显示冲压油缸和压边油缸的速度曲线，从而对比设定曲线与实际控制曲线，以便对控制参数进行调整；通信模块任务是把上位机的控制参数传给DSP和从下位机接收显示数据。下位机软件主要任务是完成整个运动过程的控制和采集液压机工作状态信号并把采集到的信号传给PC机。主要由SCI收发子程序、ADC子程序、PWM子程序、PID予程序、参数和动作解析子程序组成。其中SCI和ADC都是通过中断方式工作。

本发明的有益效果是：采用TMS320LF2407A作为控制系统的核心，充分利用它的运算速度和丰富的外设资源，大大简化了系统电路，同时系统的控制质量显著改善。PC机做为上位机为用户提供了友好的人机交互界面，方便操作者使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的控制系统总体框图。

图2是本发明的位移传感器信号调理电路。

图3是本发明的压力传感器信号调理电路。

图4是本发明的PC机与DSP串行通信接口电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，控制系统对双动液压实验机进行上、下位机联合控制的总体控制方案。由DSP、电液伺服阀、阀控液压缸、位移传感器组成速度闭环控制系统；由DSP、DAC、比例溢流阀、压力传感器组成压力闭环控制系统。

TMS320LF2407A为主要控制单元的控制板，实现下位机对双动液压实验机的动作控制和液压机工作状态的监控。下位机通过TMS320LF2407A中集成的ADC采集压力、位移传感器信号；GPIO输出开关信号来控制电磁铁通断；EVA、EVB输出占空比可变的PWM波来控制电液伺服阀从而控制液压缸的速度；SPI串行设备接口扩展DAC输出比例溢流阀控制信号来控制系统的压力；SCI串口与上位PC机进行通信。PC机主要任务是通过人机对话获得操作命令和数据，并通过串口把命令和数据传给下位机，同时接收下位机回传的数据信息并以图形等方式显示在显示器上，从而使操作者更加直观地了解双动液压实验机的工作状态。操作者也可以通过Pc机控制液压机的工作和停止。

控制系统选用了TMS320LF2407A作为核心控制器，控制系统输入信号包括开关信号、压力传感器信号和位移传感器信号等，输出信号包括液压机停止工作信号、电磁换向阀的换向信号和电液伺服阀控制信号等。这些信号里既有模拟信号又有数字信号，这就要求在选择控制器时既要考虑ADC的采集通道数又要考虑通用I/O口的数量。

如图2、图3，TMS320LF2407A的ADC模块只能接受0～3.3V的模拟电压信号，而控制系统中传感器的电压、电流信号不能直接传人ADC。位移传感器输出信号范围为0～10V，压力传感器输出信号范围为4～20mA，需要利用信号转换电路对位移传感器和压力传感器的信号进行处理使转换后的信号为电压信号且信号的电压变化范围为0～3.3V。由于控制系统的工作环境存在一定的噪声干扰，为了采集到纯的信号，信号采集电路加入了模拟低通滤波器。

如图4，由于控制命令和图形数据显示由PC机实现，选择异步串行通信方式来进行PC机与DSP通信，该控制系统采用MAX3232作为串口驱动芯片。上位机软件是运行于PC机上，其功能是提供友好的人机界面，便于操作者对参数进行设置和对液压机工作状态进行监视。上位机软件主要由参数设置模块、图形显示模块、监视模块和通信模块组成。参数设置模块可对系统压力、冲压速度、位移等进行设置；监视模块主要任务是对系统运行状态进行监测，保证整个系统运行于安全值之下，当出现异常时进行报警；图形显示模块主要用来显示冲压油缸和压边油缸的速度曲线，从而对比设定曲线与实际控制曲线，以便对控制参数进行调整；通信模块任务是把上位机的控制参数传给DSP和从下位机接收显示数据。下位机软件主要任务是完成整个运动过程的控制和采集液压机工作状态信号并把采集到的信号传给PC机。主要由SCI收发子程序、ADC子程序、PWM子程序、PID予程序、参数和动作解析子程序组成。其中SCI和ADC都是通过中断方式工作。