專利名稱：一種電液線位移數字伺服系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種電液伺服系統，更具體地說，是涉及一種電液線位移數字伺服系統及其控制方法。
背景技術：
電液伺服系統中，電液線位移伺服在一些機械裝備中是經常遇到的，如機械臂的伸縮，加工設備的進給運動，自動化生產線中工件的傳送等。電液線位移伺服系統中，電液伺服的變量是機械負載運動的線位移。為了獲得優良的線位移伺服性能，電液線位移伺服系統必須采用閉環控制。也就是說，機械裝備中運動部件的線位移必須經檢測傳感器反饋到電液伺服系統輸入端，與線位移指令信號進行比較產生誤差信號，然后再由伺服控制器對誤差信號進行控制運算后發出控制信號，對運動部件的線位移實施校正。對于誤差的控制運算目前廣泛使用的是比例加積分加微分控制(PID)。前向控制回路中對誤差每增加一種運算，事實上對線速度指令信號和反饋信號同時增加了控制運算。對線速度指令信號的每一種運算就相當于在電液伺服系統的微分方程的右邊增加一個強迫項，PID反饋控制方法使控制系統出現多個強迫項。這樣，電液伺服系統輸出就不能精確復現線速度指令信號。因此，一般的PID反饋控制方法線位移動態跟蹤精度差，對階躍輸入的指令信號其輸出存在超調和振蕩現象。隨著各種機械設備的運行精度、響應速度以及自動化程度的提高，對電液線位移伺服性能提出了越來越高的要求。公知的反饋控制方法已不能滿足要求，采用新的電液伺服系統和伺服控制方法是進一步提高電液伺服性能所要解決的問題之一。目前，電液線位移伺服系統中公知的的伺服控制器采用專用的電子器件，采用數字控制計算機如何實現伺服性能優良的數字控制方法則是現有技術中有待解決的問題之

發明內容
本發明的目的是為進一步提高電液伺服系統的性能，解決上述現有技術中存在的問題和缺陷，提供一種新穎的由數字控制計算機控制的電液線位移數字伺服系統及其控制方法。為了達到上述目的，本發明實現目的所采取的技術方案是一種電液線位移數字伺服系統，由數字控制計算機、功率放大器、伺服對象、光電編碼器和液壓源組成；其中所述數字控制計算機不僅具有公知的計算功能，而且包括數/ 模轉換模塊和高速計數模塊，數/模轉換模塊的輸出與功率放大器連接，高速計數模塊與光電編碼器連接；所述伺服對象由電液伺服閥、液壓缸和機械負載組成，所述電液伺服閥、 液壓缸和機械負載按順序連接，所述電液伺服閥還與所述功率放大器連接，所述機械負載還與所述光電編碼器連接，所述電液伺服閥和所述液壓缸還分別與所述液壓源連接。為了達到上述目的，本發明采用的另一個技術方案是
一種電液線位移數字伺服系統的控制方法，包括下列步驟(I)開始，初始化積分器；(2)讀取線位移數字指令信號和由光電編碼器采集的線位移數字反饋信號，將兩者比較得到誤差信號；(3)將誤差信號累加積分并乘以積分系數Ki得積分乘積；(4)將線位移數字反饋信號乘以反饋系數Kf得反饋乘積；(5)將線位移數字反饋信號進行差分運算并乘以微分系數Kd得微分乘積；(6)將所述積分乘積減去反饋乘積然后再減去微分乘積得差值；(7)將所述差值進行數/模轉換，得到模擬量控制信號輸入到功率放大器，控制伺服對象；(8)返回到步驟(2)。由于本奶明的電液線位移伺服系統采用與眾不同的計算機控制方法，在前向回路中對誤差信號實施積分運算和乘法運算，在反饋回路中不僅實現了線位移數字信號的反饋，而且在不需要線速度檢測傳感器和線加速度檢測傳感器的情況下實現了線速度和線加速度數字信號的反饋。也就是說，不僅實現了伺服變量位移信息的反饋，而且還實現了伺服變量其它兩個狀態信息的反饋。本發明的特點和有益效果是(I)本發明的電液線位移數字伺服系統，不僅具有伺服變量線位移的反饋，而且具有伺服變量線位移的變化率——線速度的反饋，以及線速度的變化率——線加速度的反饋。因此，本發明的電液數字伺服系統不僅具有伺服變量本身狀態信息的反饋，而且具有伺服變量變化狀態信息的反饋，實現了伺服變量三種狀態信息的反饋。而一般電液線位移伺服系統僅能實現伺服變量的一種狀態信息反饋。(2)本發明的電液線位移數字伺服系統實現了線位移、線速度以及線加速度三種狀態信號的反饋，但只使用了一個光電編碼器，無需其它檢測傳感器，在工程實施中不僅方便易行，而且節省成本。(3)由于本發明的電液線位移數字伺服系統與眾不同的結構形式和計算機控制方法，提高了電液線位移伺服系統的靜態和動態性能。靜態精度可以達到無靜差，動態時對于線位移指令信號的階躍瞬時突變，其響應時間縮短且無超調和振蕩，動態跟蹤精度高；對于外界環境的干擾和機械負載本身參數的變化，電液線位移伺服系統的伺服性能變化不敏感。


圖I是本發明的電液線位移數字伺服系統構成方框圖；圖2是本發明的電液線位移數字伺服系統控制方法流程圖。
具體實施例方式為了加深對本發明的理解，下面結合圖I和2對本發明的具體實施例作進一步的詳細敘述，該實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明保護范圍的限定。圖I是本發明實施例的電液線位移數字伺服系統構成方框圖。該電液線位移數字伺服系統由數字控制計算機120、功率放大器130、伺服對象140、光電編碼器150和液壓源 160 ;所述數字控制計算機120不僅包含公知的計算功能，而且包括數/模轉換模塊和高速計數模塊，數/模轉換功能的輸出與功率放大器130連接，高速計數功能的輸入與光電編碼器連接；所述伺服對象140由電液伺服閥141、液壓缸142和機械負載143組成，所述電液伺服閥141、液壓缸142和機械負載143按順序連接，電液伺服閥141還與功率放大器130 連接，機械負載143還與光電編碼器150連接，其運動線位移檢測后反饋到數字控制計算機的高速計數模塊的輸入端；此外，電液伺服閥141和液壓缸142還分別與液壓源160連接。圖2是本發明實施例的電液線位移數字伺服系統控制方法流程圖，所述數字控制方法步驟如下
信號，即
(1)步驟110
(2)步驟120
(3)步驟130
(4)步驟140
(5)步驟150 ER = yR-yF ；
(6)步驟160
(7)步驟170
(8)步驟180
(9)步驟190
為開始動作，
對積分器進行初始化處理，對積分器清零，即INT = O ;
讀取線位移數字指令信號yR ；
采集由光電編碼器送來的線位移數字反饋信號yF ；
將線位移數字指令信號和線位移數字量反饋信號進行比較得到誤差
對誤差信號進行累加積分，即INT = INT+ER ；
對累加積分乘以積分系數Ki得積分乘積Pl = INT*Ki ；
對線位移數字反饋信號乘以反饋系數Kf得反饋乘積P2 = yF*Kf ； 將積分乘積Pl減去反饋乘積P2得到差值M = P1-P2 ；
(10)步驟200將光電編碼器送來的線位移數字反饋信號YF進行差分運算P3 = Δ yF/Δ T ；(11)步驟210將差分運算結果乘以微分系數Kd得微分乘積P3 = P3*Kd ；(12)步驟220進行第二次減法運算M = M-P3 ；(13)步驟230將數字量差值信號M轉換成模擬量信號，一方面由步驟240將此模擬量信號作為控制信號輸入到功率放大器，另一方面工作流程又返回到步驟130，如此不斷地對電液線位移伺服系統進行計算機數字控制和運行。由于該電液線位移伺服控制系統采用與眾不同的計算機控制方法，在不需要線速度檢測傳感器和線加速度檢測傳感器的情況下實現了線速度和線加速度數字信號的反饋。 也就是說，不僅實現了伺服變量位移信息的反饋，而且還實現了伺服變量其它兩個狀態信息的反饋。本發明的控制方法不僅控制實時性強，而且提高了電液線位移數字伺服系統的靜態和動態性能；對于線位移指令信號的瞬時突變，動態響應時間減少且無超調無振蕩；對于外界環境的干擾和機械負載本身的變化，仍能保持電液線位移伺服系統的伺服性能。
權利要求
1.一種電液線位移數字伺服系統，包括數字控制計算機、功率放大器、伺服對象、光電編碼器和液壓源，其特征在于所述數字控制計算機還包括數/模轉換模塊和高速計數模塊，所述數/模轉換模塊與所述功率放大器連接，所述高速計數模塊與所述光電編碼器連接；所述伺服對象由電液伺服閥、液壓缸和機械負載組成，所述電液伺服閥、液壓缸和機械負載按順序連接，所述電液伺服閥還與所述功率放大器連接，所述機械負載還與所述光電編碼器連接，所述電液伺服閥和所述液壓缸分別與所述液壓源連接。
2.一種如權利要求I所述的電液線位移數字伺服系統的控制方法，其特征在于包括如下步驟(1)開始，初始化積分器；(2)讀取線位移數字指令信號和由光電編碼器采集的線位移數字反饋信號，將兩者比較得到誤差信號；(3)將誤差信號累加積分并乘以積分系數Ki得積分乘積；(4)將線位移數字反饋信號乘以反饋系數Kf得反饋乘積；(5)將線位移數字反饋信號進行差分運算并乘以微分系數Kd得微分乘積；(6)將所述積分乘積減去反饋乘積然后再減去微分乘積得差值；(7)將所述差值進行數/模轉換，得到模擬量控制信號輸入到功率放大器，控制伺服對象；(8)返回到步驟(2)。
全文摘要
一種電液線位移數字伺服系統及其控制方法，系統包括數字控制計算機、功率放大器、伺服對象、光電編碼器和液壓源，所述數字控制計算機還包括數/模轉換模塊和高速計數模塊，伺服對象包含電液伺服閥、液壓缸和機械負載，其中電液伺服閥、液壓缸和機械負載依次連接，電液伺服閥與功率放大器連接，機械負載與光電編碼器連接。控制方法是初始化積分器；讀取線位移指令信號和反饋信號，將兩者比較得誤差信號；將誤差累加積分并乘以積分系數Ki得積分乘積；將線位移反饋信號乘以反饋系數Kf得反饋乘積；將線位移反饋信號進行差分運算并乘以微分系數Kd得微分乘積；將積分乘積減去反饋乘積和微分乘積得差值，將差值進行數/模轉換經功率放大器控制伺服對象。
文檔編號G05D27/02GK102591383SQ201210005149
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者曾文火, 朱鵬程 申請人:江蘇科技大學