基于DSP Builder的电液伺服系统控制器设计研究.docx

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1、基于DSPBuilder的电液伺服系统控制器设计研究基于DSPBuilder的电液伺服系统控制器设计研究zouzl导语：基于DSPBuilder、Quartus,介绍了当代DSP技术在电液伺服系统中的应用。并结合带钢卷取电液伺服系统,应用DSPBuilder设计了数字PID控制器,仿真结果说明该方法是有效的摘要:基于DSPBuilder、Quartus,介绍了当代DSP技术在电液伺服系统中的应用。并结合带钢卷取电液伺服系统,应用DSPBuilder设计了数字PID控制器,仿真结果说明该方法是有效的。关键词:DSPBuilder;电液伺服系统;FPGAbalign=centerTheDesign

2、onElectric-hydraulicServo-systemControllerBasedonDSPBuilderCHAOZhiqiang,LIHuaying,CHENQiang,SULigang/align/bAbstract:ThetechnologyofmodernDSPforelectric-hydraulicservo-systembasedonDSPBuilderandQuartuswasintroduced.Withthestripsteelbatchingelectric-hydraulicservo2system,thedigitalPIDcontrollerwasdes

3、ignedusingDSPBuilder.Thesimulationresultshowsthatthemethodiseffective.Keywords:DSPBuilder;Electric-hydraulicservo-system;FPGA随着电液伺服控制理论的开展,很多先进的控制策略被应用于电液伺服控制领域中。如:文献1阐述了根本运算为不完全微分PID的滤波型二自由度控制算法,针对飞行仿真转台用液压伺服系统的特点进展了仿真研究。文献2研究了基于RBFNN的PID控制在电液位置伺服系统中的应用。文献3对电液位置伺服系统采用滑模变构造控制,用最优控制理论设计滑模平面,均获得了良好效果。

4、但大量文献均是理论与仿真研究,大多的工业应用仍然以模拟电路实现PID控制算法为主,主要原因是实现这些先进的控制算法的方法目前都是由负责控制的下位机用程序实现的,而计算机易出现死机、掉电等情况,这使液压系统可靠性和平安性都降低。笔者介绍了一种用基于FPGA的DSP技术来设计电液伺服系统控制器的方法。该方法克制了传统伺服控制器的一些缺乏,可将很多复杂的实时控制算法硬件化实现,并根据控制效果的优劣调整控制算法,进而进步了控制器的控制效果、运算速度和可靠性。使用该方法,设计者不必特别理解FPGA可编程逻辑门阵列和VHDL硬件描绘语言,在Matlab中便可设计出需要的伺服控制器。1当代DSP技术概述近几

5、年来,应用数字信号处理技术设计的数字控制器被越来越多地应用到电液伺服系统中。在过去很长的一段时间里,以美国TI公司TMS320系列为代表的DSP处理器几乎是数字信号处理应用系统的唯一选择。但面对当今迅速变化的DSP应用市场,其硬件构造的不可变性,早已显得力不从心。基于FPGA的当代DSP技术是用FPGA等可编程门阵列实现数字信号处理算法,它是一种面向对象的DSP系统,用户可根据需要来定制和配置自己的DSP系统。但是,应用FPGA开发DSP系统专业性强,使其应用受到很大限制。目前,在利用FPGA进展DSP系统的开发应用上,已有了全新的设计工具和设计流程,世界两大FPGA消费厂商Xilinx公司和

6、Altera公司都相继推出了自己的DSP解决方案。DSPBuilder就是Altera公司推出的一个面向DSP开发的系统级工具。MathsWork公司Matlab是功能强大的数学分析工具。Simulink是Matlab的一个工具箱,用于图形化建模拟真。DSPBuilder作为Simulink中的一个工具箱,使得用FPGA设计DSP系统可以通过Simulink的图形化界面进展。DSPBuilder中的根本模块是以算法级的描绘出现的,易于用户从系统或算法级进展理解,甚至不需要特别理解FPGA本身和硬件描绘语言。这为传统控制系统领域的工程师开发基于FPGA的可靠控制系统芯片自顶向下的算法级设计提供了

7、便利的条件。2电液位置伺服系统的数学模型电液伺服系统是将电气和液压两种控制方式结合起来组成的系统。典型的电液系统方框图如图1所示align=centerimg=430,108chuandong/uploadpic/THESIS/2020/5/2020050813435793528O.jpg/img/alignalign=center图1电液伺服系统方框图/alignalign=left控制元件可以是液压控制阀或者液压伺服型变量泵等,执行元件可以是液压缸或者液压马达等。笔者结合文献5带钢卷取电液伺服系统中电液伺服阀及液压缸的参数,研究怎样使用Matlab及DSPBuilder来设计电液伺服系统控

8、制器。2.1电液伺服阀把电液伺服阀看作是一个二阶震荡环节,其传递函数可以写成如下形式:/alignimg=330,81chuandong/uploadpic/THESIS/2020/5/20200508134503789658.jpg/img式中:Ksv为伺服阀的流量增益;sv为伺服阀的固有频率;sv为伺服阀的阻尼比。采用TR2h7/20EF型动圈双级滑阀式位置反应式电液伺服阀,其主要参数为:额定电流iR=013A;供油压力ps=415MPa;额定流量qR=01510-3m3/s;零位泄漏流量qc=81310-6m3/s;颤振电流幅值和频率分别为25mA和50Hz。由实验可得出伺服阀固有频率sv=112rad/s,阻尼比sv=0.6。得到伺服阀的传递函数为:img=327,94chuandong/uploadpic/THESIS/2020/5/20200508134605501105.jpg/img令控制系统采样周期为011s,可得伺服阀的脉冲传递函数为:img=339,74chuandong/uploadpic/THESIS/2020/5/2020050813473813860K.jpg/img