CN109139623B - 一种模拟型闭环伺服执行器控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电液伺服控制领域，特涉及一种模拟型闭环伺服执行器控制器。本发明的控制信号处理模块和反馈信号处理模块的输出端与误差比较器输入端连接，误差比较器输出端与PID运算模块输入端连接，PID运算模块输出端与颤振电路输入端连接，颤振电路输出端与V/I电路输入端连接，V/I电路输出信号与执行器连接，传感器采集执行器的参数，并将采集的参数反馈至反馈信号处理模块。本发明实现了阀控系统的高速精准的控制。
Description
技术领域
本发明涉及电液伺服控制领域，特涉及一种模拟型闭环伺服执行器控制器。
背景技术
目前阀控系统采用开环控制器进行控制，即根据伺服油缸所需位置设定输入电压值，控制器将输入电压转换为电流输出控制阀控缸动作，输出的电流值作为一个固定值输出，导致伺服油缸动作速度较慢，一直以一个固定的速度输出，在伺服油缸到达指定位置时，伺服阀输出电流不变，阀控缸继续动作超出指定位置，无法达到高速精准的位置控制。
电液伺服系统是典型的非线性不确定系统，由参数时变、扰动大、难以精确建模的特点。它的这些特点会影响到系统的稳定性、动态特性及精度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种模拟型闭环伺服执行器控制器。本发明包括低功耗高精度的通用仪表放大器对输入控制信号和反馈信号进行差分，处理后通过差分比较器对控制信号和反馈信号进行差分后进行PID运算，通过比例运算对误差信号进行放大，同时通过积分电路对误差信号进行叠加运算，采用微分电路对误差信号进行前置运算减少超调时间，后置加法电路进行叠加后经过U/I转换电路输出阀控电流，用于控制阀控伺服执行器从而实现阀控系统的高速精准的控制。本发明实现了阀控系统的高速精准的控制，使伺服阀输出电流能够与阀控物理量高速匹配。
本发明的技术方案是：一种模拟型闭环伺服执行器控制器，包括控制信号处理模块、反馈信号处理模块、误差比较器、PID运算模块、颤振电路、V/I电路、执行器和传感器，其特征在于：控制信号处理模块和反馈信号处理模块的输出端与误差比较器输入端连接，误差比较器输出端与PID运算模块输入端连接，PID运算模块输出端与颤振电路输入端连接，颤振电路输出端与V/I电路输入端连接，V/I电路输出信号与执行器连接，传感器采集执行器的参数，并将采集的参数反馈至反馈信号处理模块。
根据如上所述的一种模拟型闭环伺服执行器控制器，其特征在于：执行器包括伺服阀和阀控元件。
根据如上所述的一种模拟型闭环伺服执行器控制器，其特征在于：控制信号处理模块输出信号与反馈信号处理模块输出信号之间的相移差小于20度。
根据如上所述的一种模拟型闭环伺服执行器控制器，其特征在于：PID运算模块为线性控制器。
根据如上所述的一种模拟型闭环伺服执行器控制器，其特征在于：PID运算模块输出后与颤振电路进行加法运算，加法电路的放大倍数为1,调偏范围为±10％，加法电路后直接接V/I电路。
本发明的有益效果是：通过检测执行器实际位置和所需控制位置对应控制信号的偏差，调整控制器输出电流使得执行器实际位置与理论为之偏差在1‰以内，从而实现高精度高速的伺服执行系统控制。
附图说明
图1为本发明的电路框图。
图2为本发明的电路原理图。
图3为控制信号处理模块、反馈信号处理模块和误差比较器电路图。
图4为PID运算模块、颤振电路和V/I电路电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明模拟型闭环伺服执行器控制器，包括控制信号处理模块、反馈信号处理模块、误差比较器、PID运算模块、颤振电路、V/I电路、执行器和传感器，控制信号处理模块和反馈信号处理模块的输出端与误差比较器输入端连接，误差比较器输出端与PID运算模块输入端连接，PID运算模块输出端与颤振电路输入端连接，颤振电路输出端与V/I电路输入端连接，V/I电路输出信号与执行器连接，从而控制执行器工作。本发明的执行器包括伺服阀和阀控元件，传感器采集执行器的参数，并将采集的参数反馈至反馈信号处理模块。
如图3所示，控制信号处理模块输出信号与反馈信号处理模块输出信号之间的相移差小于20度，这样可以提高本发明装置的精度。控制信号处理模块的输入型号可以为单正电压型信号VI＝0～+10V，或对称信号±10V或+4～20mA不对称电流信号。经过输入转化电路和调零调偏电路得到统一的电压±1V。后置二级二阶巴特沃斯滤波电路进行滤波，总的放大倍数为A2＝1.586*1.586＝2.51596。电路中其他干扰信号以80dB/十倍频的速度衰减。品质因数Q＝0.707。用于减少信号干扰。品质因数Q＝0.707。F＝F0时，以-80dB/十倍频衰减，且控制信号和反馈信号相移小于45度。F＝1/2F0时，以-80dB/十倍频衰减，且控制信号和反馈信号相移小于20度。反馈信号处理模块：传感器反馈信号经INA128差分放大和调偏信号做加法运算，由U3(OP2177)进行调幅。电路图为电压信号和电流信号输入复用电路图。输入信号为电压信号时，R1不焊接；输入信号为电流信号时，焊接R1，电流经R1转换为电压信号。
如图4所示，PID运算模块是线性控制器，控制量是给控制信号r(t)和反馈信号y(t)的偏差：e(t)＝r(t)-y(t)。对其差值进行运算后输出电压信号SVC。信号经过PID运算模块输出后与颤振电路进行加法运算。加法电路的放大倍数为1,调偏范围为±10％，加法电路后直接接V/I电路，同时可加入修正信号，直接作用于电路输出模块。本发明的颤振电路是根据伺服阀和阀控元件的需求为其提供颤振信号(频率和振幅)，颤振频率、颤振幅值是根据伺服阀和阀控元件的参数要求进行调节。
本发明通过模拟电路实现闭环伺服执行器控制器的高精度控制，通过PID运算模块使稳态误差进一步减小并提前提前使抑制误差，通过减少反馈信号与控制信号的相位差，确保执行器实际位置与理论为之偏差范围小于在1‰，从而使本发明的模拟电路实现闭环伺服执行器具有精度高，成本低的特点。本发明适用于对阀控元件进行高频响高精度的位置、角位置、角速度、速度、加速度或力等物理量的控制。
Claims (2)
1.一种模拟型闭环伺服执行器控制器，包括控制信号处理模块、反馈信号处理模块、误差比较器、PID运算模块、颤振电路、V/I电路、执行器和传感器，其特征在于：控制信号处理模块和反馈信号处理模块的输出端与误差比较器输入端连接，误差比较器输出端与PID运算模块输入端连接，PID运算模块输出端与颤振电路输入端连接，颤振电路输出端与V/I电路输入端连接，V/I电路输出信号与执行器连接，传感器采集执行器的参数，并将采集的参数反馈至反馈信号处理模块；控制信号处理模块输出信号与反馈信号处理模块输出信号之间的相移差小于20度；控制信号处理模块的输入信号为单正电压型信号VI=0~+10V或对称信号±10V或+4~20mA不对称电流信号；输入信号经过输入转化电路和调零调偏电路得到统一的电压±1V；后置二级二阶巴特沃斯滤波电路进行滤波；反馈信号处理模块为传感器反馈信号经INA128差分放大和调偏信号做加法运算，由OP2177器件进行调幅，PID运算模块是线性控制器，控制量是控制信号r(t)和反馈信号y(t)的偏差：e(t)= r(t)- y(t)，对偏差值进行运算后输出电压信号SVC，电压信号SVC经过PID运算模块输出后与颤振电路进行加法运算，加法电路的放大倍数为1倍,调偏范围为±10%，加法电路后直接接V/I电路。
2.根据权利要求1所述的一种模拟型闭环伺服执行器控制器，其特征在于：执行器包括伺服阀和阀控元件。
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