AB羅克韋爾PLC1746-A13

AB羅克韋爾PLC1746-A13

一種用基于FPGA的DSP技術來設計電液伺服系統(tǒng)控制器的方法。該方法克服了傳統(tǒng)伺服控制器的一些不足，可將許多復雜的實時控制算法硬件化實現(xiàn)，并根據(jù)控制效果的優(yōu)劣調(diào)整控制算法，從而提高了控制器的控制效果、運算速度和可靠性。使用該方法，設計者不必十分了解FPGA（可編程邏輯門陣列）和VHDL（硬件描述語言），在Matlab中便可設計出需要的伺服控制器。

1現(xiàn)代DSP技術概述

近幾年來，應用數(shù)字信號處理技術設計的數(shù)字控制器被越來越多地應用到電液伺服系統(tǒng)中。在過去很長的一段時間里，以美國TI公司TMS320系列為代表的DSP處理器幾乎是數(shù)字信號處理應用系統(tǒng)的選擇。但面對當今迅速變化的DSP應用市場，其硬件結構的不可變性，早已顯得力不從心?；贔PGA的現(xiàn)代DSP技術是用FPGA等可編程門陣列實現(xiàn)數(shù)字信號處理算法，它是一種面向對象的DSP系統(tǒng)，用戶可根據(jù)需要來定制和配置自己的DSP系統(tǒng)。但是，應用FPGA開發(fā)DSP系統(tǒng)專業(yè)性強，使其應用受到很大限制。目前，在利用FPGA進行DSP系統(tǒng)的開發(fā)應用上，已有了全新的設計工具和設計流程，世界兩大FPGA生產(chǎn)廠商Xilinx公司和Altera公司都相繼推出了自己的DSP解決方案。DSPBuilder就是Altera公司推出的一個面向DSP開發(fā)的系統(tǒng)級工具。MathsWork公司Matlab是功能強大的數(shù)學分析工具。Simulink是Matlab的一個工具箱，用于圖形化建模仿真。DSPBuilder作為Simulink中的一個工具箱，使得用FPGA設計DSP系統(tǒng)可以通過Simulink的圖形化界面進行。DSPBuilder中的基本模塊是以算法級的描述出現(xiàn)的，易于用戶從系統(tǒng)或者算法級進行理解，甚至不需要十分了解FPGA本身和硬件描述語言。這為傳統(tǒng)控制系統(tǒng)領域的工程師開發(fā)基于FPGA的可靠控制系統(tǒng)芯片自頂向下的算法級設計提供了便利的條件。

控制元件可以是液壓控制閥或液壓伺服型變量泵等，執(zhí)行元件可以是液壓缸或液壓馬達等。筆者結合文獻［5］帶鋼卷取電液伺服系統(tǒng)中電液伺服閥及液壓缸的參數(shù)，研究如何使用Matlab及DSPBuilder來設計電液伺服系統(tǒng)控制器。

采用TR2h7/20EF型動圈雙級滑閥式位置反饋式電液伺服閥，其主要參數(shù)為：額定電流ΔiR=013A;供油壓力ps=415MPa;額定流量qR=015×10-3m3/s;零位泄漏流量qc=813×10-6m3/s;顫振電流幅值和頻率分別為25mA和50Hz。由實驗可得出伺服閥固有頻率ωsv=112rad/s，阻尼比ξsv=0.6。

控制系統(tǒng)結構設計

伺服控制器設計可以從與硬件*無關的系統(tǒng)級開始，首先利用Matlab強大的系統(tǒng)設計、分析能力和DSPBuilder提供的模塊完成控制系統(tǒng)的結構設計。本文控制器采用位置式PID控制器，在Simulink搭建如圖2所示的模型。

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