一种电液位置伺服控制系统的制作方法

本发明涉及一种电液位置伺服控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

在汽车制造过程中，大量应用电液位置伺服式机械手(焊装、喷漆)、机床(冲、压)以及其他加工装置。电液位置伺服系统具有功率大、响应快、精度高的特点，这就要求控制系统不仅有良好的定位精度，而且要有好的伺服跟踪性能，因此是控制领域中的一个重要组成部分。电液位置伺服控制系统的典型特征是非线性、不确定性、时变性、外界干扰和交叉耦合干扰等，系统精确的数学模型不易建立。因此，对电液系统的控制一直是一个复杂控制系统问题。

常规pid控制器具有结构简单、参数意义明确、控制的动态和静态特性优良等特点。人工神经网络(nnc)具有信息综合、学习记忆和自适应能力、逼近任意非线性函数的能力，可以处理那此难以用模型和规则描述的过程，但也存在局部最小点，不易达到最优控制。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于dspnnc-pid的电液位置伺服控制系统，采用pc机+dsp为主控制器，nnc自学习、自适应对pid参数自整定的控制算法，以满足在非线性、参数时变性、不确定性条件下，对机械手电液位置伺服系统进行高精度和快速响应的控制要求。

本发明所采用的技术方案是：

所述控制系统以dsp为核心、由喷漆机械手第一关节、位置传感器、12位a/d转换器和d/a转换器、信号调理电路和输出放大驱动电路以及上位机pc等组成，实现定位和伺服跟踪控制。

所述控制系统采用了pc+dsp的控制方案，其中pc机主要用来显示控制界面，调节各控制参数，实时显示各相关信号。而dsp则完成低层的控制功能，通过a/d转换器采集各路信号，经过一定的算法处理后，由d/a口输出，以及通过i/o口、光电隔离驱动放大电路来控制各电磁阀的开关。同时通过通信，向pc机发送采集来的信号，并接收pc机的起动、停止等指令以及各控制参数。

所述i/o板主要用来驱动各电磁阀，驱动电流可达数安培，电磁噪声较大，各继电器的开关会产生较强电磁干扰，开关的电流冲击及电压峰值较大，这会影响dsp的运行。因此与dsp主板分开布线制板。i/o板设计中采用74ls244作为驱动元件，tlp521作为光电隔离和继电器来驱动外负载。在pcb布线时，有大电流通过的导线适当加粗，该板可驱动8路(可扩展至16路)的电磁阀。

所述控制系统的软件设计主要分为两部分，使用labview编写的pc机程序和用c语言编写的dsp程序，其中pc机的程序用来显示和处理dsp发送来的数据，并向dsp发送指令及调节参数。

所述dsp的系统软件设计是在ccs2000的开发系统下采用c语言设计和编写，采用自顶向下的设计思路，按功能划分软件模块，主要由初始化模块、故障诊断、usb通信模块、机械手nnc控制学习模块和机械手nnc-pid控制模块等组成。

本发明的有益效果是：该系统由于具有自学习和实时调整pid参数的能力，使系统很快收敛于位置稳态值，同时对参数时变表现出良好的鲁棒性，很好地解决了液压系统的非线性和参数时变问题，具有良好的定位精度和伺服跟踪性能。

附图说明

图1是本发明的电液位置伺服控制系统组成图。

图2是本发明的dsp控制系统原理图。

图3是本发明的系统软件结构图。

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，以喷漆机械手第一关节为对象，构造了研究实验装置。控制系统以dsp为核心、由喷漆机械手第一关节、位置传感器、12位a/d转换器和d/a转换器、信号调理电路和输出放大驱动电路以及上位机pc等组成，实现定位和伺服跟踪控制。

tms320f2812是ti公司推出的2000系列的数字信号处理(dsp)，主要应用在控制领域。频率达150mhz，定点32位的cpu，可运行16x16和32x32的运算、片上高达128kb的程序存储器，128kb的rom和18kb的saram，外部接口16位数据线和19位地址线，可外扩1mb的rom)此外还集成有16通道的12位的a/d转换器，最小化周期80ns，以及56个可单独编程的通用i/0(gpio)引脚。高速的数字信号处理能力及丰富的外扩资源使tms320f2812适合应用在要求较高的控制系统。

如图2，控制系统采用了pc+dsp的控制方案，其中pc机主要用来显示控制界面，调节各控制参数，实时显示各相关信号。而dsp则完成低层的控制功能，通过a/d转换器采集各路信号，经过一定的算法处理后，由d/a口输出，以及通过i/o口、光电隔离驱动放大电路来控制各电磁阀的开关。同时通过通信，向pc机发送采集来的信号，并接收pc机的起动、停止等指令以及各控制参数。

tms320f2812的a/d转换器模块时钟可达25mhz，转化精度为12位，可采集16个通道，0~3v的电压模拟信号。在pcb布线时，信号引入端到tms320f2812引脚的距离要尽量的短，同时各通道远离数字信号，并且大面积铺地。a/d转换器电路模块中j3接传感器，j19可接示波器等，可供其他仪器采集数据。

usb通信电路设计中采用的isp1581是philips公司的通用串行总线接口器件，它完全符合usb2刀规范。支持usb2.0的自检工作模式和usb1.1的返回工作模式，直接与ata/atapi外设相连，集成8k字节的多结构fifo存储器；高速的dma接口；7个out端点和一个固定的控制in/out端点、通过一个高速的通用并行接口，isp1581为基于微控制器/微处理器的系统提供了高速的usb通信能力。使用已有的结构和参考的固件，不仅缩短了开发时间，还减少了开发风险和费用，是一种简捷、经济的usb外设解决方案。

如图3，控制系统的软件设计主要分为两部分，使用labview编写的pc机程序和用c语言编写的dsp程序，其中pc机的程序用来显示和处理dsp发送来的数据，并向dsp发送指令及调节参数。

dsp的系统软件设计是在ccs2000的开发系统下采用c语言设计和编写，采用自顶向下的设计思路，按功能划分软件模块，主要由初始化模块、故障诊断、usb通信模块、机械手nnc控制学习模块和机械手nnc-pid控制模块等组成。

技术特征：

技术总结
一种电液位置伺服控制系统，采用PC机+DSP为主控制器，NNC自学习、自适应对PID参数自整定的控制算法，以满足在非线性、参数时变性、不确定性条件下，对机械手电液位置伺服系统进行高精度和快速响应的控制要求。该系统由于具有自学习和实时调整PID参数的能力，使系统很快收敛于位置稳态值，同时对参数时变表现出良好的鲁棒性，很好地解决了液压系统的非线性和参数时变问题，具有良好的定位精度和伺服跟踪性能。

技术研发人员：邢筱丹
受保护的技术使用者：邢筱丹
技术研发日：2016.11.22
技术公布日：2018.05.29