CN114384837A - 一种快速起竖双缸同步控制系统 - Google Patents

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黄余民
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Abstract

本发明公开了一种快速起竖双缸同步控制系统，包括上位机、工控机、同步控制器、DA板卡、AD板卡、数字采集卡、调理电路、压力传感器、流量传感器、第一角度编码器、第二角度编码器、第一转速编码器、第二转速编码器、第一永磁同步伺服电机、第一伺服驱动器、第二永磁同步伺服电机和第二伺服驱动器；上位机与工控机相连；工控机分别与DA板卡、AD板卡、数字采集卡相连；同步控制器在工控机中实现；DA板卡与调理电路相连；调理电路分别与压力传感器、流量传感器相连；AD板卡分别与第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第一转速编码器和第二转速编码器相连；数字采集卡与第一角度编码器和第二转速编码器相连。

Description

一种快速起竖双缸同步控制系统
技术领域
本发明涉及双缸起竖技术领域，主要涉及一种快速起竖双缸同步控制系统。
技术背景
传统的特种车辆双缸同步控制系统多采用开环控制，即通过预先规划出负载的运动轨迹，通过动力学逆分析得出电机的转速指令曲线，最后通过给电机输入转速指令达到开环控制的目的。开环控制具有结构简单，容易实现等优点，但是在双缸系统中，左右两侧液压系统存在制造误差及安装误差，开环控制会使得两侧液压缸运动不同步，从而导致负载的变形，严重时可能会出现安全问题，同时，外部干扰的存在会使得系统误差增大，从而使得最后的起竖状态偏差较大，对后续的导弹发射造成不可预知的后果。所以，开环控制越来越无法满足现代特种车辆快速起竖技术的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种快速起竖双缸同步控制系统，该系统包括上位机、工控机、同步控制器、DA板卡、AD板卡、数字采集卡、调理电路、压力传感器、流量传感器、第一角度编码器、第二角度编码器、第一转速编码器、第二转速编码器、第一永磁同步伺服电机、第一伺服驱动器、第二永磁同步伺服电机和第二伺服驱动器；所述上位机与工控机相连，用于发送控制指令和显示所采集的信号；所述工控机分别与DA板卡、AD板卡、数字采集卡相连，用于接收DA板卡和AD板卡传输过来的信号并将其传递给上位机，同时接收数字采集卡传输过来的起竖角度信号并由工控机中的同步控制器进行解算，将控制输出信号u1和u2送入AD板卡；所述调理电路分别与压力传感器、流量传感器相连，用于对所采集的信号进行滤波和降噪处理；所述DA板卡与调理电路相连，用于将采集的压力信号和流量信号输送给工控机；所述AD板卡分别与第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第一转速编码器和第二转速编码器相连，用于输出控制量信号和输送永磁同步伺服电机转速信号给工控机；所述数字采集卡与第一角度编码器和第二角度编码器相连，用于将编码器采集到的起竖角度信号输送给工控机。
进一步，所述同步控制器采用交叉耦合PID控制器；所述交叉耦合PID控制器是在PID控制器的基础上加上起竖角度的交叉耦合控制，即规划的起竖角度θd分别与实际采集的起竖角度θ1与θ2做差，得到左右两侧起竖角度误差e1和e2，同时，由θ1与θ2得到同步误差e，e乘以第一通道的同步控制系数后与e1相加并传递给第一PID控制器，第一PID控制器经过解算后输出控制信号u1；e乘以第二通道的同步控制系数后与e2相加并传递给第二PID控制器，第二PID控制器经过结算后输出控制信号u2。
一种快速起竖双缸同步控制系统是由如下步骤实现的，包括：
步骤S1、上位机发出控制指令，启动系统，检测AD板卡、DA板卡、数字采集卡是否成功初始化，检测轨迹规划文件是否打开成功，如果失败，则在上位机上显示错误信息，同时系统启动失败，如果成功，则转入步骤S2；
步骤S2、压力传感器、流量传感器将所采集的压力信号和流量信号经过调理电路调理后输送给DA板卡，第一转速编码器和第二转速编码器分别将采集的转速信号传递给AD板卡，第一角度编码器和第二角度编码器分别将采集的起竖角度信号传输给数字采集卡，转入步骤S3；
步骤S3、DA板卡、AD板卡和数字采集卡将其采集的信号传输给工控机，转入步骤S4；
步骤S4、工控机检测压力信号、流量信号和永磁同步伺服电机转速信号是否大于额定值，同时检测所采集的起竖角度信号是否大于期望起竖角度信号，若是，系统停止工作，若否，工控机将压力信号、流量信号、永磁同步伺服电机转速信号和起竖角度信号传输给上位机，上位机实时显示各种信号，转入步骤S5；
步骤S5、工控机中的同步控制器对起竖角度信号θ1、θ2进行解算，然后同步控制器通过DA板卡将控制器输出信号u1和u2传递给第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，进而控制第一永磁同步伺服电机和第二永磁同步伺服电机转速，实现对起竖角度的闭环控制。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本发明所设计的同步控制器能够避免起竖过程中双缸不同步引起的起竖架变形等问题，起竖机构的安全性得到了保障，同时，保证了起竖过程的平稳性，提高了控制精度。
(2)本发明所设计的上位机可以实时显示所监测的数据，操作人员可以实时观测起竖系统的状态，增强了起竖过程的直观性。
附图说明
图1是快速起竖双缸同步控制系统图；
图2是交叉耦合PID原理图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种快速起竖双缸同步控制系统包括上位机、工控机、同步控制器、DA板卡、AD板卡、数字采集卡、调理电路、压力传感器、流量传感器、第一角度编码器、第二角度编码器、第一转速编码器、第二转速编码器、第一永磁同步伺服电机、第一伺服驱动器、第二永磁同步伺服电机和第二伺服驱动器。所述上位机与工控机相连，用于发送控制指令和显示所采集的信号。所述工控机分别与DA板卡、AD板卡、数字采集卡相连，用于接收DA板卡和AD板卡传输过来的信号并将其传递给上位机，同时接收数字采集卡传输过来的起竖角度信号并由工控机中的同步控制器进行解算，将控制输出信号u1和u2送入AD板卡。所述调理电路分别与压力传感器、流量传感器相连，用于对所采集的压力信号和流量信号进行滤波和降噪处理。所述DA板卡与调理电路相连，用于将采集的压力信号和流量信号用输送给工控机。所述AD板卡分别与第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第一转速编码器和第二转速编码器相连，用于输出控制量信号和输送永磁同步伺服电机转速信号给工控机。所述数字采集卡与第一角度编码器和第二转速编码器相连，用于将编码器采集到的起竖角度信号输送给工控机。
同步控制器采用交叉耦合PID控制器，交叉耦合PID控制器的实现原理如图2所示，所述交叉耦合PID控制器是在PID控制器的基础上加上起竖角度的交叉耦合控制，即规划的起竖角度θd分别与实际起竖角度θ1与θ2做差，得到左右两侧起竖角度误差e1和e2，同时，由θ1与θ2得到同步误差e，e乘以左侧通道的同步控制系数后与e1相加并传递给左侧PID控制器，e乘以右侧通道的同步控制系数后与e2相加并传递给右侧PID控制器，两侧控制器输出永磁同步伺服电机转速信号，实现对永磁同步伺服电机的转速控制。
一种快速起竖双缸同步控制系统是由如下步骤实现的，包括：
步骤S1、由上位机发出控制指令，启动系统，检测AD板卡、DA板卡、数字采集卡是否成功初始化，检测轨迹规划文件是否打开成功，如果失败，则在上位机上显示错误信息，同时系统启动失败，如果成功，则转入步骤S2。
步骤S2、压力传感器、流量传感器将其采集的压力信号和流量信号经过调理电路调理后输送给DA板卡，第一转速编码器和第二转速编码器分别将采集的转速信号传递给AD板卡，第一角度编码器和第二角度编码器分别将采集的起竖角度信号传输给数字采集卡，转入步骤S3。
步骤S3、DA板卡、AD板卡和数字采集卡将其采集的信号传输给工控机，转入步骤S4。
步骤S4、工控机检测压力信号、流量信号和永磁同步伺服电机转速信号是否大于额定值，同时检测起竖角度信号是否大于规划的起竖角度信号，如果是，控制系统停止工作，如果否，工控机将压力信号、流量信号、永磁同步伺服电机转速信号和起竖角度信号传输给上位机，上位机实时显示各种信号，转入步骤S5。
步骤S5、工控机中的同步控制器对起竖角度信号θ1、θ2进行解算，然后同步控制器通过DA板卡将控制器输出信号u1和u2分别传递给第一伺服伺服驱动器和第二伺服驱动器，进而控制第一永磁同步伺服电机和第二永磁同步伺服电机转速，实现对起竖角度的闭环控制。

Claims (3)

1.一种快速起竖双缸同步控制系统，其特征在于：包括上位机、工控机、同步控制器、DA板卡、AD板卡、数字采集卡、调理电路、压力传感器、流量传感器、第一角度编码器、第二角度编码器、第一转速编码器、第二转速编码器、第一永磁同步伺服电机、第一伺服驱动器、第二永磁同步伺服电机和第二伺服驱动器；所述上位机与工控机相连，用于发送控制指令和显示所采集的信号；所述工控机分别与DA板卡、AD板卡、数字采集卡相连，用于接收DA板卡和AD板卡传输过来的信号并将其传递给上位机，同时接收数字采集卡传输过来的起竖角度信号并由工控机中的同步控制器进行解算，将控制输出信号u1和u2送入AD板卡；所述调理电路分别与压力传感器、流量传感器相连，用于对所采集的压力信号和流量信号进行滤波和降噪处理；所述DA板卡与调理电路相连，用于将采集的压力信号和流量信号用输送给工控机；所述AD板卡分别与第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第一转速编码器和第二转速编码器相连，用输出控制量信号和输送永磁同步伺服电机转速信号给工控机；所述数字采集卡与第一角度编码器和第二角度编码器相连，用于将编码器采集到的起竖角度信号输送给工控机。
2.根据权利要求1所述一种快速起竖双缸同步控制系统，其特征在于：所述同步控制器采用交叉耦合PID控制器；所述交叉耦合PID控制器是在PID控制器的基础上加上起竖角度的交叉耦合控制，即规划的起竖角度θd分别与实际采集的角度θ1与θ2做差，得到左右两侧起竖角度误差e1和e2，同时，由θ1与θ2得到同步误差e，e乘以第一通道的同步控制系数后与e1相加并传递给第一PID控制器，第一PID控制器经过解算后输出控制信号u1；e乘以第二通道的同步控制系数后与e2相加并传递给第二PID控制器，第二PID控制器经过结算后输出控制信号u2。
3.根据权利要求1所述一种快速起竖双缸同步控制系统，其特征在于，步骤如下：
步骤S1、上位机发出指令信号，启动系统，检测AD板卡、DA板卡、数字采集卡是否成功初始化，检测轨迹规划文件是否打开成功，如果失败，则在上位机上显示错误信息，同时系统启动失败，如果成功，则转入步骤S2；
步骤S2、压力传感器、流量传感器将采集的压力信号和流量信号经过调理电路调理后输送给DA板卡，第一转速编码器和第二转速编码器分别将采集的转速信号传递给AD板卡，第一角度编码器和第二角度编码器将采集的起竖角度信号θ1和θ2传输给数字采集卡，转入步骤S3；
步骤S3、DA板卡、AD板卡和数字采集卡将其采集的信号传输给工控机，转入步骤S4；
步骤S4、工控机检测压力信号、流量信号和永磁同步伺服电机转速信号是否大于额定值，同时检测所采集的起竖角度信号是否大于期望起竖角度信号，若是，系统停止工作；若否，工控机将压力信号、流量信号、永磁同步伺服电机转速信号和起竖角度信号传输给上位机，上位机实时显示各种信号，转入步骤S5；
步骤S5、工控机中的同步控制器对起竖角度信号θ1和θ2进行解算，然后同步控制器通过DA板卡将控制器输出信号u1和u2分别传递给第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，进而控制第一永磁同步伺服电机和第二永磁同步伺服电机转速，实现对起竖角度的闭环控制。
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