CN105134697A - 一种基于树莓派的数字式智能电液伺服控制器 - Google Patents

一种基于树莓派的数字式智能电液伺服控制器 Download PDF

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Abstract

一种基于树莓派的数字式智能电液伺服控制器，涉及伺服阀智能控制技术领域，它还有树莓派电脑(1)、A/D转换器(2)、D/A转换器(3)、模型跟随自适应控制机构(4)、模糊推理机(5)、PID控制器(6)、阀内传感器模块(7)、负载传感器模块(8)和环境传感器模块(9)，所述树莓派电脑(1)的芯片通过数据线和D/A转换器分别与系统伺服控制器与模型跟随自适应控制机构(4)、模糊推理机(5)和PID控制器(6)通讯相连；采用全数字信号对伺服阀进行控制，具有控制速度快、控制精度高、智能化程度高、易于操作的优点。

Description

一种基于树莓派的数字式智能电液伺服控制器
技术领域
本发明涉及伺服阀智能控制技术领域，具体涉及一种基于树莓派的数字式智能电液伺服控制器。
背景技术
传统的电液伺服阀中的控制器都是采用模拟方式工作，通过电器元件组成电路，实现PID等简单控制算法。这种模拟式控制器，受电气元件特性影响，容易受到温度、振动等环境因素的干扰，长时间工作控制精度与工作可靠性将降低，且控制参数一经出厂，便无法调整；部分专利提出的采用单片机、嵌入式系统等单元对信号进行控制，但它们的处理能力非常有限，处理速度慢，难以实现高级控制算法，也制约了控制性能的提高，无法满足现代高速、高精度、高可靠性的工作需求。
系统的伺服控制系统一般采取数据采集卡与电脑实现，成本高，移动不便，控制距离长，易受到干扰。且两者相互独立，没有耦合控制，影响了控制速度、控制精度的提高。
发明内容
本发明的目的主要是为了解决上述技术问题，而提供一种基于树莓派的数字式智能电液伺服控制器。
本发明包括伺服阀本体，它还有树莓派电脑、A/D转换器、D/A转换器、模型跟随自适应控制机构、模糊推理机、PID控制器、阀内传感器模块、负载传感器模块和环境传感器模块，所述树莓派电脑的芯片通过数据线和D/A转换器分别与系统伺服控制器与模型跟随自适应控制机构、模糊推理机和PID控制器通讯相连，所述阀内传感器模块、负载传感器模块和环境传感器模块分别通过A/D转换器与树莓派电脑的芯片通讯相连。
所述阀内传感器模块由位移传感器、力传感器和压力传感器组成，所述位移传感器、力传感器和压力传感器分别安装在伺服阀本体内，并分别通过A/D转换器与树莓派电脑的芯片通讯相连。
所述负载传感器模块由位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器和扭矩传感器组成，所述位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器和扭矩传感器分别安装在伺服阀本体的负载上，并分别通过A/D转换器与树莓派电脑的芯片通讯相连。
所述环境传感器模块由油温传感器和压力继电器组成，所述油温传感器和压力继电器分别通过A/D转换器与树莓派电脑1的芯片通讯相连。
所述树莓派电脑采用BroadcomBCM2836900MHz的四核SoC，1GB内存，带有MicroSD卡插槽，10/100自适应网卡，HDMI接口，4个USB2.0接口，3.5mm音频输出接口，40PIN接口，摄像头接口，LCD接口，支持Linux、Window10操作系统。
所述模型跟随自适应控制机构通过内外算法与模糊推理机相互耦合。
本发明优点是：本发明将伺服阀控制器与系统伺服控制器集成在微型树莓派电脑上，同时把系统伺服控制器中的模型跟随自适应控制控制算法与伺服阀控制器中的模糊控制的PID控制算法耦合起来，采用全数字信号对伺服阀进行控制，具有控制速度快、控制精度高、智能化程度高、易于操作的优点。
附图说明
图1是本发明结构原理示意图。
图2是本发明耦合控制器流程示意图。
图中：1、树莓派电脑；2、A/D转换器；3、D/A转换器；4、模型跟随自适应控制机构；5、模糊推理机；6、PID控制器；7、阀内传感器模块；8、负载传感器模块；9、环境传感器模块；10、显示器；11、键盘鼠标；12、无线网卡。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1、2所示，本发明包括伺服阀本体，它还有树莓派电脑1、A/D转换器2、D/A转换器3、模型跟随自适应控制机构4、模糊推理机5、PID控制器6、阀内传感器模块7、负载传感器模块8和环境传感器模块9，所述树莓派电脑1的芯片通过数据线和D/A转换器分别与系统伺服控制器与模型跟随自适应控制机构4、模糊推理机5和PID控制器6通讯相连，所述阀内传感器模块7、负载传感器模块8和环境传感器模块9分别通过A/D转换器2与树莓派电脑1的芯片通讯相连。
所述阀内传感器模块7由位移传感器、力传感器和压力传感器组成，所述位移传感器、力传感器和压力传感器分别安装在伺服阀本体内，并分别通过A/D转换器2与树莓派电脑1的芯片通讯相连。
所述负载传感器模块8由位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器和扭矩传感器组成，所述位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器和扭矩传感器分别安装在伺服阀本体的负载上，并分别通过A/D转换器2与树莓派电脑1的芯片通讯相连。
所述环境传感器模块9由油温传感器和压力继电器组成，所述油温传感器和压力继电器分别通过A/D转换器2与树莓派电脑1的芯片通讯相连。
所述树莓派电脑1采用BroadcomBCM2836900MHz的四核SoC，1GB内存，带有MicroSD卡插槽，10/100自适应网卡，HDMI接口，4个USB2.0接口，3.5mm音频输出接口，40PIN接口，摄像头接口，LCD接口，支持Linux、Window10操作系统。
所述树莓派电脑1还可外接显示器10、键盘鼠标11和无线网卡12，用于输入数据和与外网进行数据交换。
所述模型跟随自适应控制机构4通过内外算法与模糊推理机5相互耦合
工作方式及原理：如图2所示，输入信号uin和负载传感器的反馈信号ufsys分别经A/D转换、求差后，得到系统控制偏差e1，同时对e1求一阶和二阶导数，分别得到系统偏差变化速度e’1和系统偏差变化加速度e”1，它们全部输入进模型跟随自适应控制(AMFC)机构处理后得到控制信号usys，它与经过A/D转换的阀内传感器反馈信号ufsen求差后，得到伺服阀控制偏差e2，同时对e2求一阶和二阶导数，分别得到伺服阀控制偏差变化速度e’2和偏差变化加速度e”2，e2、e’2、e”2输入进PID控制器；同时，将e’1、e”1、e’2、e”2全部输入进模糊推理机中，经过处理，输出比例、微分、积分控制参数Kp，Ki，Kd，并输入进PID控制器中。PID控制器输出量为user，经D/A转换并功率放大后输入进伺服阀线圈，伺服阀线圈控制伺服阀阀芯的移动，构成阀内控制闭环，最终使反馈信号不断逼近输入信号，即提升伺服阀的快速性与准确性。
本发明将伺服阀控制器与系统伺服控制器全集成在阀内的树莓派微型计算机中，采用全数字信号处理方法，充分利用树莓派电脑强大的输入输出、储存、计算能力。伺服阀内控制器采用模糊自整定PID控制，系统伺服控制器采用模型跟随自适应(AMFC)控制算法，且两者进行耦合，控制效果更好，结构紧凑，不易受干扰；可以接入键盘鼠标、显示屏、无线网卡等外围元件；接入了外接报警器、继电器，能实现自动保护。本发明具有控制速度快、控制精度高、不易受干扰、可靠性高、布置调整灵活、成本低等优点。

Claims (6)

1.一种基于树莓派的数字式智能电液伺服控制器，包括伺服阀本体，其特征在于它还有树莓派电脑(1)、A/D转换器(2)、D/A转换器(3)、模型跟随自适应控制机构(4)、模糊推理机(5)、PID控制器(6)、阀内传感器模块(7)、负载传感器模块(8)和环境传感器模块(9)，所述树莓派电脑(1)的芯片通过数据线和D/A转换器分别与系统伺服控制器与模型跟随自适应控制机构(4)、模糊推理机(5)和PID控制器(6)通讯相连，所述阀内传感器模块(7)、负载传感器模块(8)和环境传感器模块(9)分别通过A/D转换器(2)与树莓派电脑(1)的芯片通讯相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于树莓派的数字式智能电液伺服控制器，其特征在于所述阀内传感器模块(7)由位移传感器、力传感器和压力传感器组成，所述位移传感器、力传感器和压力传感器分别安装在伺服阀本体内，并分别通过A/D转换器(2)与树莓派电脑(1)的芯片通讯相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于树莓派的数字式智能电液伺服控制器，其特征在于所述负载传感器模块(8)由位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器和扭矩传感器组成，所述位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器和扭矩传感器分别安装在伺服阀本体的负载上，并分别通过A/D转换器(2)与树莓派电脑(1)的芯片通讯相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于树莓派的数字式智能电液伺服控制器，其特征在于所述环境传感器模块(9)由油温传感器和压力继电器组成，所述油温传感器和压力继电器分别通过A/D转换器(2)与树莓派电脑(1)的芯片通讯相连。
5.根据权利要求1所述的一种基于树莓派的数字式智能电液伺服控制器，其特征在于所述树莓派电脑(1)采用BroadcomBCM2836900MHz的四核SoC，1GB内存，带有MicroSD卡插槽，10/100自适应网卡，HDMI接口，4个USB2.0接口，3.5mm音频输出接口，40PIN接口，摄像头接口，LCD接口，支持Linux、Window10操作系统。
6.根据权利要求1所述的一种基于树莓派的数字式智能电液伺服控制器，其特征在于所述模型跟随自适应控制机构(4)通过内外算法与模糊推理机(5)相互耦合。
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Denomination of invention: A digital intelligent electro hydraulic servo controller based on raspberry pie

Granted publication date: 20180213

License type: Common License

Record date: 20201021

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Contract record no.: X2020420000004

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