GT-400-SV运动控制器在液压系统中的应用

分类：技术教程日期：2009-06-03 17:04:01 来源：中国传动网

摘要：随着现代工业的发展，液压同步控制系统在多个领域得到应用。本文介绍了一种基于GT-400-SV运动控制器的液压同步控制系统并对系统的硬件、软件及实现进行了分析。调试结果表明：GT-400-SV运动控制器能够满足系统具有同步性能的要求。

关键字：GT-400-SV;液压系统;同步控制

Abstract: With the development of modern industry ,hydraulic synchronized control system has been applied in mang fields. ,A hydraulic synchronized control system on GT-400-SV motion controller is introduced, and hardware,software,and inplementation of the system is analyzed.Debugging results showed that: GT-400-SV motion controller system is synchronized to meet performance requirements.

Keyword: GT-400-SV;Hydraulic System;Synchronous control

1 引言

　　液压系统同步控制就是使得两个或者多个液压缸在运动过程中达到速度同步和位置同步。随着现代工业的发展，液压同步控制技术在金属加工、冶金机械、工程机械及航空航天等领域得到广泛的应用。汽车纵梁液压机由多个液压缸并联工作，其同步驱动一般采用比例控制阀组成的同步闭环控制。连铸生产过程中拉坯机拉辊速度的高精度同步控制，采用了电液伺服阀控马达同步闭环技术，同时为了确保系统的稳定性和同步精度及良好的动态响应能力，控制算法中采用了优化参数的PID校正网络，同步精度为0.45%。“胜利二号”钻井平台的四缸同步驱动采用电液比例变量泵、自整角机组成同步闭环控制系统，并采用了PID优化控制策略实现了同步控制。三峡大型水轮机转子静平衡装置中的四缸同步控制系统采用电液比例阀，并利用模糊控制的方法实现了同步控制。航空航天高新技术工程中的万吨数控锻造液压机中的五缸同步控制，采用了阀控液压缸的方式和PID与模糊控制的复合控制策略，同步精度达到了0.6mm。

　　本文所介绍的液压同步控制系统，运用低成本的固高GT-400-SV运动控制器控制算法，采用闭环结构实现同步控制。GT-400-SV运动控制器在机器人、数控机床、木工机械、印刷机械、装配生产线、电子加工设备及激光加工设备等领域都已得到应用。而本文介绍将GT-400-SV运动控制器运用于液压系统，有效克服了现有液压油缸同步运动控制的不足，大大提高了同步运动的控制精度。

2 系统硬件

2.1 硬件结构

　　该系统由PC机、固高运动控制板、电液比例阀、编码器、通信电缆及液压缸等组成。其中PC机为上位主机，固高GT-400-SV运动控制器为下位机。通过PCI模式实现PC主机与GT-400-SV运动控制器的信息交换。PC机向运动控制器发出运动控制指令，并通过该接口获取运动控制器的当前状态和相关控制参数，GT-400-SV运动控制器主要负责完成实时对电液比例阀的控制以实现对液压缸的行程位置的控制，并通过编码器接口控制获得运动位置反馈信息。

　　GT-400-SV运动控制器可实现四缸的同步控制，系统工作时，四个调高油缸必须同步运动（包括速度同步和位置同步），且同步控制精度要求非常高。通过编码器实时采集与液压缸相连的编码器的数值，即四个液压缸的运动位移值。以四个液压缸运动位移值最大者为基准，其他液压缸的位移值与之相比较而得到各液压缸的偏差位移量，经过运动控制器相应的控制算法计算后，由控制程序发出相应的指令，驱动阀芯运动，控制电液比例阀流量的大小，进而控制液压缸的位移，消除位移误差，最终达到四缸同步。系统结构图如图1.

图1 系统结构图

2.2 GT-400-SV运动控制器

　　固高公司生产的GT系列运动控制器，可以实现四轴的同步控制，在工业生产中具有广泛的应用。本课题正是利用GT-400-SV运动控制器实现液压系统同步控制。

　　GT-400-SV运动控制器核心由ADSP2181数字信号处理器FPGA组成，实现高性能的控制计算。它的应用领域非常广泛。GT-400-SV运动控制器以IBM-PC及其兼容机为主，提供标准的PCI总线产品。方便用户配置系统硬件。控制器在实现运动控制信号处理的同时，集成了编码器输入端口，通过编码器采集到的位移信号，可以直接反馈到运动控制器，从而简化了系统硬件的接线，减少了信号损失，提高了系统的工作效率。

3 系统软件

　　系统采用VB来进行程序开发，而运动控制器配备了在Windows98/2000/NT环境下的功能强大的动态链接库（DLL）,在编写程序时只要对动态链接库进行调用即能够实现运动控制器的各种功能。

　　VB为Visual Basic 的缩写，是1991年美国微软公司推出的，目前的最新版本是VB 2008 Beta2（VB9）中文版，本系统采用Visual Basic 6。Visual Basic是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发 Windows 环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大可以与 Windows 专业开发工具SDK相媲美。在Visual Basic环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用Windows内部的广泛应用程序接口（API）函数，以用动态链接库（DLL）、对象的链接与世隔嵌入（OLE）、开放式数据连接（ODBC）等技术，可以高效、快速地开发Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。随着VB是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发 Windows 环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大可以与 Windows 专业开发工具SDK相媲美。VB是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发 Windows 环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大可以与 Windows 专业开发工具SDK相媲美。

　　介绍板卡软件即其提供的动态链接库，系统使用VB编程介绍VB。软件实现介绍动态链接库的调用控制算法和程序框图。硬件实现写板卡跳线的处理和连接线

4 系统实现

　　4.1硬件实现

　　硬件的实现为：第一，将控制器板卡插入工控机PCI插槽并安装控制器通讯驱动;第二，对硬件进行接线;第三连接硬件设备电源。其中硬件接线图如2.

图2 运动控制器接线图

　　在GT-400-SV运动控制器接线端子板上，CN5～CN8对应要控制的四个轴，连接对应每个液压缸的电液比例阀和编码器。其中每个轴的接线方式如图3所示（以CN5为例）。

图3 控制器端子板CN5接线图

4.2软件实现

　　将随运动控制器所带光盘中Windows\VB目录下提供的TDeclarPCI.bas 加入用户的工程中调用运动控制器的动态链接库，实现运动控制器的功能。GT-400-SV运动控制器内部采用PID滤波器，外加速度和加速度前馈，即PID+Kvff+Kaff滤波器，外部通过编码器采集的位置反馈信息。在运动控制轴初始化中，通过对数字伺服滤波参数的调节和外部编码器的位置反馈信息，使系统实现精确而稳定的控制。控制算法框图如图4.

图4 运动控制器控制算法图

　　计算公式为：

　　式（1）控制算法计算公式

　　系统采用VB来进行程序开发。系统程序主要由三个模块分组成：控制模块、执行模块及反馈模块分组成。程序流程图如图5.

图5 程序流程图

5 调试结果

　　通过现场对该控制系统的调试，得到以下结论：基于GT-400-SV运动控制器的液压同步控制系统，具有良好的同步性，且系统运行稳定。图6为某一采样时刻通过编码器采集到的四个缸的位移数据。编码器为四倍频增量式，所以40个脉冲等量为一个毫米，从图5我们可以看到，位移最大值为第二个缸，最快缸与最慢缸误差为39个脉冲，四缸基本上达到了同步，达到了系统性能指标的要求。