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电液位置伺服控制系统作为控制领域的一个重要组成部分,具有功率大、响应快、精度高、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等特点,在工业领域得到广泛应用。随着现代工业的发展,控制对象的环境越来越复杂,对控制的要求也越来越高,因此,对各种控制方法和策略的研究也越来越多,但由于传统电液伺服系统的控制方法已经难以满足现代控制的要求,特别是计算机控制技术发展以来,更是如此。虽然随着可编程控制器(以下简称PLC)大量的进入控制领域,给自动控制带来了一大进步,但PLC的内存有限、计算能力有限,虽然可以应用PLC自带的PID子程序进行闭环控制,但对于负载干扰比较强,而比例(P)、积分(I)、微分(D)三者之间的配合又有一定的限制,难以达到比较好的效果,如果应用复杂的智能控制,则因内存和计算能力的有限,有些束手无策。在现代控制中,引入计算机控制系统以后,整个控制系统的模式,由传统的线性控制发展到了现代的离散控制,即通常所说的采样控制系统,则以上问题起码有一个相对要好得多的解决方法。
和传统的线性控制(连续性控制)比较,数字控制由于是采用程序控制,所以控制策略的改变比较方便;在线性控制系统中,控制器的精度由元件的精度决定,达到10-3已经很不容易,数字控制由字长决定,从理论上讲,可以达到相当高的程度,实际中可以根据需要的精度决定字长;在线性控制系统中,控制器的稳定性,依赖于所选择元件的稳定性,在数字计算机中,用“0”、“1”的组合表示数字量,因此稳定性要好得多;计算机控制还可以实现软件的复用以及对系统输出通道进行分时控制等功能,比较而言,计算机系统确实具有相当大的优势。
采样控制系统需要强大的上位机的计算能力的支持,应用上位计算机不但需要掌握控制所需要的各种计算机语言,还必须学习各种接口、通讯等方面的知识,这给从事控制行业的科技工作者带来巨大的压力。而现代新开发的LabVIEW(LaboratoryVirtual Instrument Engineering Workbench)是一种用图表代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和命令的先后顺序决定程序的执行顺序,而LabVIEW采用数据流的编程方式,程序框图中节点之间的数据流走向决定了程序的执行顺序。它用图表表示函数,用连线表示数据流走向。LabVIEW程序被称为VI(Virtual Instrument),即虚拟仪器,LabVIEW的核心概念是“软件即是仪器”。它将软件和各种不同的测量仪器硬件及计算机集成在一起,建立虚拟仪器系统,以形成用户自定义的解决方案。由于LabVIEW本身具有强大的程序结构和字符串、数组、簇和矩阵运算能力,还提供了丰富的线性代数运算函数,使进行高级智能控制成为可能。
本文在提出传统电液伺服系统的基本模型和控制方式后,在YYSTC-O01液压实验台上搭建并运行了电液伺服系统,建立了系统的数学模型,计算相关参数,进行了系统仿真,并对参数进行修正。其次,分析了数字控制的基本方法,提出基于PLC的电液位置伺服控制系统的控制方案,分析其优缺点,搭建了基于虚拟仪器技术的电液位置伺服控制系统模型框架,并利用LabVIEW进行了在线控制。再次,在基于虚拟仪器的电液位置伺服控制系统中加入了PID控制算法。进行位置控制实验,通过实验获取了数据并与传统的电液伺服系统、基于PLC的系统进行了比较。比较实验结果表明,利用虚拟仪器对系统进行控制,能达到PLC的控制效果,在控制实时性上有所改进。
本系统的用户操作界面以及整个系统的控制程序,包括数据采集,I/O控制,模拟量输出控制,PID算法等实现,全部利用虚拟仪器开发环境LabVIEW软件实现,软件是整个系统的核心部分,数据板卡使用NI6008,负责信号的输入和输出。整个系统在工作时,将必要的数据存入了Access数据库,为事后的数据分析提供了数据源,通过实验测试,表明整个系统工作正常,效果较好。
本课题表明LabVIEW在电液伺服系统中是可以应用的,同时该系统在控制的实时性和快速性上也得到了一定的改善和提高。本课题主要为电液伺服系统的研究搭建了新的应用研究平台,在这个平台上,基于虚拟仪器本身的特点,可以对电液伺服控制系统的智能控制进行更新层次的研究,为工程应用奠定了基础。