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廈門市興潤星貿(mào)易有限公司

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詳細(xì)介紹

名稱:基于LabVIEW和TMS320F2812的液壓伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計
1引言
隨著試驗機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，近年來國內(nèi)外電子液壓*試驗機(jī)發(fā)展了3種不同控制方式：電液伺服閥控制、采用具有速度控制器的壓力閥控制和寬流量范圍的比例閥控制。電液倒服控制技術(shù)作為現(xiàn)代微電予技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和液壓技術(shù)的橋梁，已經(jīng)成為現(xiàn)代控制技術(shù)的重要組成部分。采用電液伺服閥控制的電子液壓*試驗機(jī)除了控制技術(shù)外，還采用高精度力與位移傳感器的測量系統(tǒng)及計算機(jī)采集處理等技術(shù)，在功能上達(dá)到甚至超過了電子*試驗機(jī)，尤其是在大負(fù)荷液壓*試驗機(jī)上具有更大的優(yōu)勢。因此，廣泛應(yīng)用于汽車構(gòu)架的靜載、動載和疲勞等材料的各種性能試驗中。
本文在電液伺服控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，對基于LabVIEW和 TMS320F2812的液壓伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，本系統(tǒng)利用圖形化編程工具LabVIEW軟件編寫的上位機(jī)人機(jī)界面具有易于操作，便于維護(hù)等特點。系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理器DSP中的 TMS320F2812作為核心處理器的實時控制器，該控制器外擴(kuò)了數(shù)據(jù)存儲器和12位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，達(dá)到了系統(tǒng)的精度要求。
2液壓伺服控制系統(tǒng)的組成
本文設(shè)計的電液伺服系統(tǒng)分為以高速數(shù)字處理器DSP為核心的集信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、控制、轉(zhuǎn)換等于一身的實時控制器和利用圖形化編程工具LabVIEW軟件編寫的人機(jī)界面兩大部分。該系統(tǒng)利用串行通信口將試驗機(jī)的操作者通過人機(jī)界而發(fā)出的各種控制命令發(fā)送到實時控制器，實時控制器按命令完成一系列操作并將液壓伺服系統(tǒng)的工作狀態(tài)通過串行通信口送到PC機(jī)，并在PC機(jī)上的人機(jī)界面上顯示。
3上位機(jī)人機(jī)界面軟件設(shè)計
3.1 LabVIEW簡介
上位機(jī)人機(jī)界面軟件采用LabVIEW，他是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境(Laborator Virtual Instrument Engineering Workbenth)的簡稱，LabVIEW采用G語言為其編程語言。G語言是一種適合應(yīng)用于任何編程任務(wù)，具有擴(kuò)展函數(shù)庫的通用編程語言。和C語言等語言一樣，G語言定義了數(shù)據(jù)模型、結(jié)構(gòu)類型和模塊調(diào)用語法規(guī)則等編程語言的基本要素，在功能完整性和應(yīng)用靈活性上不遜色于任何高級語言。G語言與傳統(tǒng)高級編程語言zui大的差別在于編程方式，一般高級語言采用文本編程，而G語言采用圖形化編程方式。
3.2上位機(jī)人機(jī)界面功能介紹
3.2.1通信子模塊
通信子模塊包括信息的接收和數(shù)據(jù)的發(fā)送兩部分。信息接收功能是指上位機(jī)通過串口接收由下位機(jī)反饋回來的命令信號、狀態(tài)信號和反饋信號，供上位機(jī)顯示和保存用。數(shù)據(jù)發(fā)送功能則是上位機(jī)通過串口以一定的協(xié)議發(fā)送幀信息，這些信息將包括所有對下位機(jī)的控制命令。
3.2.2系統(tǒng)設(shè)置模塊
系統(tǒng)設(shè)置模塊簡單介紹標(biāo)定與控制參數(shù)設(shè)定這兩部分。
標(biāo)定部分主要是根據(jù)載荷傳感器，位移傳感器等不同傳感器之間性能參數(shù)的不同而進(jìn)行的零點、增益、量程的標(biāo)定，從而為不同的控制方式提供參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
控制參數(shù)設(shè)定包括控制方式的選擇，試驗類型，限制值等參數(shù)的設(shè)置。
控制方式分為3種：位移控制、行程控制和載荷控制。這3種不同的控制方式所連接的現(xiàn)場設(shè)備都要經(jīng)過由靜態(tài)向動態(tài)的工作過程，所以必須在靜態(tài)時設(shè)置其靜態(tài)初始值，同時規(guī)定其上下限值，超出這一范圍系統(tǒng)都要強(qiáng)行停機(jī)。實驗類型分為常規(guī)，擬動力，疲勞，隨機(jī)波等。
液壓伺服控制系統(tǒng)的正常工作是在各種不同模擬信號波形的驅(qū)動下實現(xiàn)的，這就要求上位機(jī)設(shè)置這些波形的動態(tài)實驗參數(shù)，以供下位機(jī)軟件產(chǎn)生這些波形。以正弦波為例，正弦波的幅值，頻率以及重復(fù)次數(shù)，位于第幾譜塊等參數(shù)都要通過幀協(xié)議發(fā)送給下位機(jī)。
上位機(jī)也要將PID控制的P，I，D參數(shù)發(fā)送給下位機(jī)，由于這些參數(shù)都是浮點型，而DSP2812只能處理定點數(shù)據(jù)，所以上位機(jī)需要在發(fā)送數(shù)據(jù)前將浮點數(shù)轉(zhuǎn)化為定點數(shù)，以便下位機(jī)識別。
3.2.3狀態(tài)顯示模塊
示波器部分主要顯示通道命令、通道載荷和通道位移等曲線。
數(shù)據(jù)生成與保存是將試驗的一些參數(shù)包括通道分配、控制方式、系統(tǒng)標(biāo)定的數(shù)據(jù)、載荷譜等數(shù)據(jù)保存在不同的文件中。
4實時控制器的設(shè)計
4.1實時控制器硬件設(shè)計
該系統(tǒng)的實時控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示，主要包括模擬信號輸入接口電路、信號調(diào)理電路、時鐘與復(fù)位電路、電源轉(zhuǎn)換電路、外部存儲器擴(kuò)展電路、數(shù)據(jù)通信接口電路、功率放大等部分。
本文采用DSP2812自帶外設(shè)ADC完成對信號的采集，同時外擴(kuò)了一片64 KB RAM芯片ISLV6416存儲臨時數(shù)據(jù)，一片DAC7625芯片用以實現(xiàn)數(shù)字信號向模擬信號的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的模擬信號經(jīng)功率放大后輸出。
4.1.1外部數(shù)據(jù)存儲器
外部數(shù)據(jù)存儲器采用ISSI公司的ISLV6416芯片，ISLV6416是一片64 K×16 B的高速靜態(tài)RAM，采用3.3 V電源供電，3.3 V電壓信號由電源轉(zhuǎn)換芯片TPS767D381PWP轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，他可將+5 V電壓轉(zhuǎn)換成+3.3 V和+1.8 V，這兩個電壓同時可供DSP工作。ISLV6416的控制信號OE(讀數(shù)據(jù))，WE(寫數(shù)據(jù))直接與DSP的XWE和XRD兩引腳相連，數(shù)據(jù)和地址線也直接與DSP相連。CE(片選)信號由地址線A16和外部空間選擇信號XZCS2相“或”產(chǎn)生，因此RAM的地址為0x00080000～0x0008FFFF。
4.1.2 D/A轉(zhuǎn)換電路
由于伺服閥的輸入量是模擬信號，而控制器處理后的輸出數(shù)據(jù)是數(shù)字量，因此，需要把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量后輸出到伺服閥上。
在設(shè)計過程中，選擇了12位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片DAC7625，他是BURR-BROWN公司生產(chǎn)的一種低功耗12位并口輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，他的Setting Time只有10μs，支持單極和雙極輸出。12位數(shù)據(jù)可由 TMS320F2812一次送出。根據(jù)電源供電方式的不同，4通道模擬輸出量電壓的范圍將由兩參考電壓端參考電壓決定。如單電源+5 V供電，參考電壓端VREFH輸入+2.5 V，VREFL接地，則模擬輸出量電壓范圍為0～2.5 V。若采用雙電源±5 V供電，參考電壓端VREFH輸入+2.5 V，VREFL輸入-2.5 V，則模擬輸出量電壓范圍為-2.5～+2.5 V。參考電壓可由芯片 MAX1403產(chǎn)生。DAC7625選擇哪路模擬量輸出由兩個片選信號A0，A1決定。讀寫信號RW與DSP的XR/W腳相連，片選DAC_CS由地址線A16反相后與外部空間選擇信號XZCS2相“或”產(chǎn)生，所以DAC7625的地址范圍為：0x00090000～0x0009FFFF。
4.1.3串口通信
整個DSP作為下位機(jī)的核心CPU，是通過串口實現(xiàn)與上位機(jī)的通信的， TMS320F2812有兩個片內(nèi)外設(shè)SCIA/SCIB實現(xiàn)串口通信功能。硬件電路采用符合RS232標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動芯片 MAX232進(jìn)行串口通信。 MAX232芯片功耗低，集成度高，+5 V供電，具有兩個接收和發(fā)送通道。
4.2控制器的軟件設(shè)計
初始化程序包括各種參數(shù)和變量的初始化，啟動定時器，由于此液壓伺服系統(tǒng)的控制信號為50 Hz以下，所以將定時時間確定為1 Ms，*系統(tǒng)要求。1 Ms定時后，檢測定時中斷標(biāo)志位是否置1，置位信號由中斷服務(wù)子程序完成，若已經(jīng)被置1則啟動A/D轉(zhuǎn)換采集，A/D轉(zhuǎn)換主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、工程變換等工作，并根據(jù)相應(yīng)的控制模式，將相應(yīng)傳感器的信號作為控制器的反饋信號，若未置位則返回等待。調(diào)用Command函數(shù)，在Command函數(shù)中，程序根據(jù)相應(yīng)的控制狀態(tài)和控制參數(shù)計算當(dāng)前時刻的命令信號，該命令信號由兩部分組成，一部分為靜態(tài)命令，另一部分為動態(tài)命令，實際控制信號為兩部分之和，該信號為前饋PID控制的輸入信號。前饋PID控制函數(shù)則根據(jù)命令信號、反饋信號和相關(guān)參數(shù)(如PID參數(shù))計算輸出控制指令。D/A轉(zhuǎn)換函數(shù)主要是通過D/A板將計算機(jī)的控制指制信號為兩部分之和，該信號為前饋PID控制的輸入信號。前饋PID控制函數(shù)則根據(jù)命令信號、反饋信號和相關(guān)參數(shù)(如PID參數(shù))計算輸出控制指令。D/A轉(zhuǎn)換函數(shù)主要是通過D/A板將汁算機(jī)的控制指令轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的模擬量(該模擬信號通過伺服放大板進(jìn)行放大后驅(qū)動伺服驅(qū)動部分)，串口發(fā)送程序子函數(shù)將控制器當(dāng)前時刻的所有信號(包括命令信號、狀態(tài)信號和反饋信號)的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，供上位機(jī)顯示和保存用。之后將標(biāo)志位清零并判斷串口接收標(biāo)志位是否為1，是則對已經(jīng)接收到的完整數(shù)據(jù)包處理，否則返回上一步。

多年專業(yè)從事大型進(jìn)口系統(tǒng)備件銷售。主營品牌Foxboro，Tricon，Ovation，Motorola，Xycom，ABB，Allen-Bradley，Schneider，Siemens，GE Fanuc,Yaskawa，Woodward等進(jìn)口自動化系統(tǒng)備件銷售及系統(tǒng)集成的*，對各大自動化品牌產(chǎn)品有著強(qiáng)大的優(yōu)勢，同時配備優(yōu)秀的工程團(tuán)隊。

◆ 企業(yè)名稱：廈門興潤星貿(mào)易有限公司

◆ 企業(yè)性質(zhì)：有限責(zé)任公司

◆ 主營業(yè)務(wù)：DCS,PLC

◆ 經(jīng)營模式：貿(mào)易

◆ 貿(mào)易地區(qū)：全國

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