CN203453201U

CN203453201U - 一种基于pid调节的双闭环电液伺服控制装置

Info

Publication number: CN203453201U
Application number: CN201320529251.XU
Authority: CN
Inventors: 贺惠农; 邱宏亮
Original assignee: HANGZHOU VICON TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU VICON TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2023-08-28

Abstract

本实用新型涉及一种电液伺服控制装置，尤其是一种基于PID调节的双闭环电液伺服控制装置。包括外环PID调节模块、外环反馈调理电路、内环PID调节模块、内环反馈调理电路、功率放大电路，外环PID调节模块分别与外环反馈调理电路、内环PID调节模块连接，内环PID调节模块分别与内环反馈调理电路、功率放大电路连接。上述结构设置一个双闭环控制结构，在使用的时候外环反馈调理电路、内环反馈调理电路分别与外部传感部件连接，利用两个闭环结构，就可以实现三级伺服阀的控制需求，同时又能兼容只需单环控制的二级伺服阀，适用性变广，而采用PID调节技术，提高系统的动态响应和稳定性。

Description

一种基于PID调节的双闭环电液伺服控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种电液伺服控制装置，尤其是一种基于PID调节的双闭环电液伺服控制装置。

背景技术

电液伺服系统电液伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。最常见的有电液位置伺服系统、电液速度控制系统和电液力（或力矩）控制系统。

现有技术中，电液伺服控制技术是现代控制技术的重要构成，且由于它具有动态响应快，控制精度高、使用寿命长等优点，因而在航空航天、船舶、化工以及工业生产等多个领域得到了广泛的应用。电液伺服控制器是液压伺服控制系统中不可缺少的控制单元，控制器的质量直接影响着整个液压控制系统的精度。控制器将试件反馈的信号（如位移、加速度）经过调理后，与指令信号进行偏差计算后传递给伺服阀，伺服阀带动试件完成相应的动作。

现有的一些伺服控制装置（含伺服控制器）大多只对伺服阀这一级进行闭环控制，对连接在伺服阀上面的缸体不做控制，因此功能比较单一，适用性不广。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种多级控制、适用性广的一种基于PID调节的双闭环电液伺服控制装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于PID调节的双闭环电液伺服控制装置，包括外环PID调节模块、外环反馈调理电路、内环PID调节模块、内环反馈调理电路、功率放大电路，外环PID调节模块分别与外环反馈调理电路、内环PID调节模块连接，内环PID调节模块分别与内环反馈调理电路、功率放大电路连接。

本实用新型的进一步设置为：外环PID调节模块包括外环零偏电路、外环偏差计算电路、外环PID调节单元、外环求和电路，外环偏差计算电路分别与外环零偏电路、外环PID调节单元、外环反馈调理电路连接，外环PID调节单元与外环求和电路连接，内环PID调节模块包括内环零偏电路、内环偏差计算电路、内环PID调节单元、内环求和电路、颤振信号电路，内环偏差计算电路分别与内环零偏电路、内环PID调节单元、内环反馈调理电路连接，内环PID调节单元与内环求和电路连接，内环求和电路分别与颤振信号电路、功率放大电路连接。

本实用新型的进一步设置为：外环PID调节单元与内环PID调节单元相同，包括P调节模块、I调节模块、D调节模块，P调节模块、I调节模块、D调节模块的输入端分别与相应的偏差计算电路连接，P调节模块、I调节模块、D调节模块的输出端分别与相应的求和电路连接。

本实用新型的进一步设置为：功率放大电路包括高电流输出运放OPA552、三个高精度运放OPA2134以及切换选择电路，高电流输出运放的IN+端与电阻R2串联后接地，IN-端与电容C1连接后接地，IN-端与电阻R3连接后接到内环PID调节模块的输出端，内环PID调节模块的输出端经电阻R3后，连接电容C2，经电容C2后接入高电流输出运放的OUT端，内环PID调节模块的输出端经电阻R3后，连接电阻R10，经电阻R10后与一个高精度运放U2B串联，高精度运放U2B与电阻R11、电容C3并联，高精度运放U2B与电阻R13、高精度运放U3A串联，高精度运放U2B连接电阻R14后接地，高精度运放U2B与电阻R12、高精度运放U2A串联，高精度运放U3A、高精度运放U2A的输出端分别与切换选择电路连接，切换选择电路与电阻R5、电阻R6的并联电路串联后接入高电流输出运放的OUT端。

本实用新型的进一步设置为：所述的切换选择电路由五组电阻与开关连接的串联电路并联构成。

上述结构设置一个双闭环控制结构，在使用的时候外环反馈调理电路、内环反馈调理电路分别与外部传感部件连接，利用两个闭环结构，就可以实现三级伺服阀的控制需求，同时又能兼容只需单环控制的二级伺服阀，适用性变广，而采用PID调节技术，提高系统的动态响应和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例的原理框图；

图2为内、外PID调理单元的原理框图；

图3为功率放大电路的电路图；

具体实施方式

参考图1、图2、图3可知，本实用新型一种基于PID调节的双闭环电液伺服控制装置，包括外环PID调节模块、外环反馈调理电路、内环PID调节模块、内环反馈调理电路、功率放大电路，外环PID调节模块包括外环零偏电路、外环偏差计算电路、外环PID调节单元、外环求和电路，外环偏差计算电路分别与外环零偏电路、外环PID调节单元、外环反馈调理电路连接，外环PID调节单元与外环求和电路连接，内环PID调节模块包括内环零偏电路、内环偏差计算电路、内环PID调节单元、内环求和电路、颤振信号电路，内环偏差计算电路分别与内环零偏电路、内环PID调节单元、内环反馈调理电路连接，内环PID调节单元与内环求和电路连接，内环求和电路分别与颤振信号电路、功率放大电路连接，功率放大电路的输出端与内环反馈调理电路与液压阀连接，液压阀与液压缸连接，液压缸与外环反馈调理电路连接。

其中外环PID调节单元与内环PID调节单元相同，包括P调节模块、I调节模块、D调节模块，P调节模块、I调节模块、D调节模块的输入端分别与相应的偏差计算电路连接，P调节模块、I调节模块、D调节模块的输出端分别与相应的求和电路连接，此处的相应的意义是，外环PID调节单元的P调节模块、I调节模块、D调节模块的输入端分别与外环偏差计算电路连接，外环PID调节单元的P调节模块、I调节模块、D调节模块的输出端与外环求和电路连接，内环PID调节单元则与对应的内环偏差计算电路、内环求和电路连接。

功率放大电路包括高电流输出运放OPA552、三个高精度运放OPA2134以及切换选择电路，高电流输出运放的IN+端与电阻R2串联后接地，IN-端与电容C1连接后接地，IN-端与电阻R3连接后接到内环PID调节模块的输出端，内环PID调节模块的输出端经电阻R3后，连接电容C2，经电容C2后接入高电流输出运放的OUT端，内环PID调节模块的输出端经电阻R3后，连接电阻R10，经电阻R10后与一个高精度运放U2B串联，高精度运放U2B与电阻R11、电容C3并联，高精度运放U2B与电阻R13、高精度运放U3A串联，高精度运放U2B连接电阻R14后接地，高精度运放U2B与电阻R12、高精度运放U2A串联，高精度运放U3A、高精度运放U2A的输出端分别与切换选择电路连接，切换选择电路与电阻R5、电阻R6的并联电路串联后接入高电流输出运放的OUT端，而切换选择电路由五组电阻与开关连接的串联电路并联构成。

图3中的调节输出为内环求和电路的输出端，驱动输出为功率放大电路的输出端。

反馈调理电路：实现电液伺服系统中各种传感器的反馈输入信号的采集调理。主要包括多类型传感器支持电路和对应的调理电路。其中多类型传感器支持电路为多种不同类型的传感器提供接口支持和信号采集，能够匹配4-20mA信号、LVDT信号等的输入。内外环的反馈调理电路功能基本相同。

PID调节模块：一个完整的PID调节模块的结构，具体包含偏差计算电路、P调节模块、I调节模块、D调节模块和求和电路。

偏差计算电路：用于计算反馈信号和指令信号的差值。内外环的偏差计算电路功能基本相同。

P、I、D调节：用于实现对偏差输出电路输出的信号进行P调节、I调节和D调节，其中P调节模块可以单独使用，其余两个需要跟P调节模块结合形成PI调节、PD调节或者三者形成PID调节。

求和电路：用于实现对PID调节后的各个信号进行求和处理。内外环的求和电路功能基本相同。

零偏电路：用于调节电液伺服系统的输出零位，可调范围为0～±10V。内外环的零偏电路功能基本相同，采用高精度的运放实现。

颤振信号电路：根据电液伺服阀的需要，为电液伺服系统提供一种补偿系统摩擦力的高频低幅信号。颤振信号的幅值、频率等可通过电位器调节，采用高精度的运放实现。

功率放大电路：用于实现对伺服驱动信号的电压/电流（V/I）转换，和驱动的功率放大，最终输出电流信号驱动电液伺服阀。电流驱动输出信号的大小可根据切换选择电路中的开关切换选择不同的量程档位，电路主要采用高电流输出运放和高精度运放构成。

本实施例中，指令信号由上位机（或其他设备）给出。外环反馈调理电路将从传感器反馈回来的位移信号经调理后，与指令信号、外环零偏调节信号一起送入外环偏差计算电路，外环偏差计算电路将上述信号进行偏差计算后，送入外环PID调节单元进行PID调节。PID调节后各自的输出信号送入外环求和电路。外环求和电路计算后输出送入内环偏差计算电路。同时送入内环偏差计算电路的还有内环反馈调理电路输出的内环阀位移反馈信号，内环的零偏信号。内环偏差计算电路将上述信号进行偏差计算后，送入内环PID调节单元进行PID调节。PID调节后各自的输出信号送入内环求和电路。内环求和电路的另一个输入为颤振信号。内环求和电路的调节输出送入功率放大电路，进行V/I转换和功率放大。功率放大电路将转换后得到的电流驱动信号送给电液伺服阀，以进行伺服驱动控制。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明所做的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种基于PID调节的双闭环电液伺服控制装置，其特征在于：包括外环PID调节模块、外环反馈调理电路、内环PID调节模块、内环反馈调理电路、功率放大电路，外环PID调节模块分别与外环反馈调理电路、内环PID调节模块连接，内环PID调节模块分别与内环反馈调理电路、功率放大电路连接。

2.按照权利要求1所述的基于PID调节的双闭环电液伺服控制装置，其特征在于：外环PID调节模块包括外环零偏电路、外环偏差计算电路、外环PID调节单元、外环求和电路，外环偏差计算电路分别与外环零偏电路、外环PID调节单元、外环反馈调理电路连接，外环PID调节单元与外环求和电路连接，内环PID调节模块包括内环零偏电路、内环偏差计算电路、内环PID调节单元、内环求和电路、颤振信号电路，内环偏差计算电路分别与内环零偏电路、内环PID调节单元、内环反馈调理电路连接，内环PID调节单元与内环求和电路连接，内环求和电路分别与颤振信号电路、功率放大电路连接。

3.按照权利要求2所述的基于PID调节的双闭环电液伺服控制装置，其特征在于：外环PID调节单元与内环PID调节单元相同，包括P调节模块、I调节模块、D调节模块，P调节模块、I调节模块、D调节模块的输入端分别与相应的偏差计算电路连接，P调节模块、I调节模块、D调节模块的输出端分别与相应的求和电路连接。

4.按照权利要求1或2或3所述的基于PID调节的双闭环电液伺服控制装置，其特征在于：功率放大电路包括高电流输出运放OPA552、三个高精度运放OPA2134以及切换选择电路，高电流输出运放的IN+端与电阻R2串联后接地，IN-端与电容C1连接后接地，IN-端与电阻R3连接后接到内环PID调节模块的输出端，内环PID调节模块的输出端经电阻R3后，连接电容C2，经电容C2后接入高电流输出运放的OUT端，内环PID调节模块的输出端经电阻R3后，连接电阻R10，经电阻R10后与一个高精度运放U2B串联，高精度运放U2B与电阻R11、电容C3并联，高精度运放U2B与电阻R13、高精度运放U3A串联，高精度运放U2B连接电阻R14后接地，高精度运放U2B与电阻R12、高精度运放U2A串联，高精度运放U3A、高精度运放U2A的输出端分别与切换选择电路连接，切换选择电路与电阻R5、电阻R6的并联电路串联后接入高电流输出运放的OUT端。

5.按照权利要求4所述的基于PID调节的双闭环电液伺服控制装置，其特征在于：所述的切换选择电路由五组电阻与开关连接的串联电路并联构成。