一種基于樹(shù)莓派的數(shù)字式智能電液伺服控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及伺服閥智能控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于樹(shù)莓派的數(shù)字式智能電液伺服控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電液伺服閥中的控制器都是采用模擬方式工作，通過(guò)電器元件組成電路，實(shí)現(xiàn)PID等簡(jiǎn)單控制算法。這種模擬式控制器，受電氣元件特性影響，容易受到溫度、振動(dòng)等環(huán)境因素的干擾，長(zhǎng)時(shí)間工作控制精度與工作可靠性將降低，且控制參數(shù)一經(jīng)出廠，便無(wú)法調(diào)整；部分專利提出的采用單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)等單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行控制，但它們的處理能力非常有限，處理速度慢，難以實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制算法，也制約了控制性能的提高，無(wú)法滿足現(xiàn)代高速、高精度、高可靠性的工作需求。
[0003]系統(tǒng)的伺服控制系統(tǒng)一般采取數(shù)據(jù)采集卡與電腦實(shí)現(xiàn)，成本高，移動(dòng)不便，控制距離長(zhǎng)，易受到干擾。且兩者相互獨(dú)立，沒(méi)有耦合控制，影響了控制速度、控制精度的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的主要是為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，而提供一種基于樹(shù)莓派的數(shù)字式智能電液伺服控制器。
[0005]本發(fā)明包括伺服閥本體，它還有樹(shù)莓派電腦、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、模型跟隨自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)、模糊推理機(jī)、PID控制器、閥內(nèi)傳感器模塊、負(fù)載傳感器模塊和環(huán)境傳感器模塊，所述樹(shù)莓派電腦的芯片通過(guò)數(shù)據(jù)線和D/A轉(zhuǎn)換器分別與系統(tǒng)伺服控制器與模型跟隨自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)、模糊推理機(jī)和PID控制器通訊相連，所述閥內(nèi)傳感器模塊、負(fù)載傳感器模塊和環(huán)境傳感器模塊分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與樹(shù)莓派電腦的芯片通訊相連。
[0006]所述閥內(nèi)傳感器模塊由位移傳感器、力傳感器和壓力傳感器組成，所述位移傳感器、力傳感器和壓力傳感器分別安裝在伺服閥本體內(nèi)，并分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與樹(shù)莓派電腦的芯片通訊相連。
[0007]所述負(fù)載傳感器模塊由位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器組成，所述位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器分別安裝在伺服閥本體的負(fù)載上，并分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與樹(shù)莓派電腦的芯片通訊相連。
[0008]所述環(huán)境傳感器模塊由油溫傳感器和壓力繼電器組成，所述油溫傳感器和壓力繼電器分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與樹(shù)莓派電腦I的芯片通訊相連。
[0009]所述樹(shù)莓派電腦采用Broadcom BCM2836 900MHz的四核SoC，IGB內(nèi)存，帶有MicroSD卡插槽，10/100自適應(yīng)網(wǎng)卡，HDMI接口，4個(gè)USB 2.0接口，3.5mm音頻輸出接口，40PIN接口，攝像頭接口，LCD接口，支持Linux、WindowlO操作系統(tǒng)。
[0010]所述模型跟隨自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)通過(guò)內(nèi)外算法與模糊推理機(jī)相互耦合。
[0011]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明將伺服閥控制器與系統(tǒng)伺服控制器集成在微型樹(shù)莓派電腦上，同時(shí)把系統(tǒng)伺服控制器中的模型跟隨自適應(yīng)控制控制算法與伺服閥控制器中的模糊控制的PID控制算法耦合起來(lái)，采用全數(shù)字信號(hào)對(duì)伺服閥進(jìn)行控制，具有控制速度快、控制精度高、智能化程度高、易于操作的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明耦合控制器流程示意圖。
[0014]圖中:1、樹(shù)莓派電腦；2、A/D轉(zhuǎn)換器；3、D/A轉(zhuǎn)換器；4、模型跟隨自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)；5、模糊推理機(jī)；6、PID控制器；7、閥內(nèi)傳感器模塊；8、負(fù)載傳感器模塊；9、環(huán)境傳感器模塊；10、顯不器；11、鍵盤鼠標(biāo)；12、無(wú)線網(wǎng)卡。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]如圖1、2所示，本發(fā)明包括伺服閥本體，它還有樹(shù)莓派電腦1、A/D轉(zhuǎn)換器2、D/A轉(zhuǎn)換器3、模型跟隨自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)4、模糊推理機(jī)5、PID控制器6、閥內(nèi)傳感器模塊7、負(fù)載傳感器模塊8和環(huán)境傳感器模塊9，所述樹(shù)莓派電腦I的芯片通過(guò)數(shù)據(jù)線和D/A轉(zhuǎn)換器分別與系統(tǒng)伺服控制器與模型跟隨自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)4、模糊推理機(jī)5和PID控制器6通訊相連，所述閥內(nèi)傳感器模塊7、負(fù)載傳感器模塊8和環(huán)境傳感器模塊9分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器2與樹(shù)莓派電腦I的芯片通訊相連。
[0017]所述閥內(nèi)傳感器模塊7由位移傳感器、力傳感器和壓力傳感器組成，所述位移傳感器、力傳感器和壓力傳感器分別安裝在伺服閥本體內(nèi)，并分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器2與樹(shù)莓派電腦I的芯片通訊相連。
[0018]所述負(fù)載傳感器模塊8由位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器組成，所述位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器分別安裝在伺服閥本體的負(fù)載上，并分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器2與樹(shù)莓派電腦I的芯片通訊相連。
[0019]所述環(huán)境傳感器模塊9由油溫傳感器和壓力繼電器組成，所述油溫傳感器和壓力繼電器分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器2與樹(shù)莓派電腦I的芯片通訊相連。
[0020]所述樹(shù)莓派電腦I采用Broadcom BCM2836 900MHz的四核SoC，IGB內(nèi)存，帶有Micro SD卡插槽，10/100自適應(yīng)網(wǎng)卡，HDMI接口，4個(gè)USB 2.0接口，3.5mm音頻輸出接口，40PIN接口，攝像頭接口，LCD接口，支持Linux、WindowlO操作系統(tǒng)。
[0021]所述樹(shù)莓派電腦I還可外接顯示器10、鍵盤鼠標(biāo)11和無(wú)線網(wǎng)卡12，用于輸入數(shù)據(jù)和與外網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0022]所述模型跟隨自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)4通過(guò)內(nèi)外算法與模糊推理機(jī)5相互耦合
[0023]工作方式及原理:如圖2所示，輸入信號(hào)Uin和負(fù)載傳感器的反饋信號(hào)u fsys分別經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、求差后，得到系統(tǒng)控制偏差ei，同時(shí)對(duì)^求一階和二階導(dǎo)數(shù)，分別得到系統(tǒng)偏差變化速度e’:和系統(tǒng)偏差變化加速度e”:，它們?nèi)枯斎脒M(jìn)模型跟隨自適應(yīng)控制(AMFC)機(jī)構(gòu)處理后得到控制信號(hào)usys，它與經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的閥內(nèi)傳感器反饋信號(hào)uf_求差后，得到伺服閥控制偏差e2，同時(shí)對(duì)e2求一階和二階導(dǎo)數(shù)，分別得到伺服閥控制偏差變化速度e’ 2和偏差變化加速度e”2，e2、e’ 2、e”2輸入進(jìn)PID控制器；同時(shí)，將e’ ρθ? 2、e”2*部輸入進(jìn)模糊推理機(jī)中，經(jīng)過(guò)處理，輸出比例、微分、積分控制參數(shù)Kp，K1, Kd,并輸入進(jìn)PID控制器中。PID控制器輸出量為uSCT，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換并功率放大后輸入進(jìn)伺服閥線圈，伺服閥線圈控制伺服閥閥芯的移動(dòng)，構(gòu)成閥內(nèi)控制閉環(huán)，最終使反饋信號(hào)不斷逼近輸入信號(hào)，即提升伺服閥的快速性與準(zhǔn)確性。
[0024]本發(fā)明將伺服閥控制器與系統(tǒng)伺服控制器全集成在閥內(nèi)的樹(shù)莓派微型計(jì)算機(jī)中，采用全數(shù)字信號(hào)處理方法，充分利用樹(shù)莓派電腦強(qiáng)大的輸入輸出、儲(chǔ)存、計(jì)算能力。伺服閥內(nèi)控制器采用模糊自整定PID控制，系統(tǒng)伺服控制器采用模型跟隨自適應(yīng)(AMFC)控制算法，且兩者進(jìn)行耦合，控制效果更好，結(jié)構(gòu)緊湊，不易受干擾；可以接入鍵盤鼠標(biāo)、顯示屏、無(wú)線網(wǎng)卡等外圍元件；接入了外接報(bào)警器、繼電器，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。本發(fā)明具有控制速度快、控制精度高、不易受干擾、可靠性高、布置調(diào)整靈活、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于樹(shù)莓派的數(shù)字式智能電液伺服控制器，包括伺服閥本體，其特征在于它還有樹(shù)莓派電腦(1)、A/D轉(zhuǎn)換器(2)、D/A轉(zhuǎn)換器(3)、模型跟隨自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)(4)、模糊推理機(jī)(5)、PID控制器(6)、閥內(nèi)傳感器模塊(7)、負(fù)載傳感器模塊(8)和環(huán)境傳感器模塊(9)，所述樹(shù)莓派電腦(I)的芯片通過(guò)數(shù)據(jù)線和D/A轉(zhuǎn)換器分別與系統(tǒng)伺服控制器與模型跟隨自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)(4)、模糊推理機(jī)(5)和PID控制器(6)通訊相連，所述閥內(nèi)傳感器模塊(7)、負(fù)載傳感器模塊(8)和環(huán)境傳感器模塊(9)分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器(2)與樹(shù)莓派電腦(I)的芯片通訊相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于樹(shù)莓派的數(shù)字式智能電液伺服控制器，其特征在于所述閥內(nèi)傳感器模塊(7)由位移傳感器、力傳感器和壓力傳感器組成，所述位移傳感器、力傳感器和壓力傳感器分別安裝在伺服閥本體內(nèi)，并分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器(2)與樹(shù)莓派電腦(I)的芯片通訊相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于樹(shù)莓派的數(shù)字式智能電液伺服控制器，其特征在于所述負(fù)載傳感器模塊(8)由位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器組成，所述位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器分別安裝在伺服閥本體的負(fù)載上，并分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器(2)與樹(shù)莓派電腦(I)的芯片通訊相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于樹(shù)莓派的數(shù)字式智能電液伺服控制器，其特征在于所述環(huán)境傳感器模塊(9)由油溫傳感器和壓力繼電器組成，所述油溫傳感器和壓力繼電器分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器(2)與樹(shù)莓派電腦(I)的芯片通訊相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于樹(shù)莓派的數(shù)字式智能電液伺服控制器，其特征在于所述樹(shù)莓派電腦(I)采用Broadcom BCM2836900MHz的四核SoC，lGB內(nèi)存，帶有Micro SD卡插槽，10/100自適應(yīng)網(wǎng)卡，HDMI接口，4個(gè)USB 2.0接口，3.5mm音頻輸出接口，40PIN接口，攝像頭接口，LCD接口，支持Linux、WindowlO操作系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于樹(shù)莓派的數(shù)字式智能電液伺服控制器，其特征在于所述模型跟隨自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)(4)通過(guò)內(nèi)外算法與模糊推理機(jī)(5)相互耦合。
【專利摘要】一種基于樹(shù)莓派的數(shù)字式智能電液伺服控制器，涉及伺服閥智能控制技術(shù)領(lǐng)域，它還有樹(shù)莓派電腦(1)、A/D轉(zhuǎn)換器(2)、D/A轉(zhuǎn)換器(3)、模型跟隨自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)(4)、模糊推理機(jī)(5)、PID控制器(6)、閥內(nèi)傳感器模塊(7)、負(fù)載傳感器模塊(8)和環(huán)境傳感器模塊(9)，所述樹(shù)莓派電腦(1)的芯片通過(guò)數(shù)據(jù)線和D/A轉(zhuǎn)換器分別與系統(tǒng)伺服控制器與模型跟隨自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)(4)、模糊推理機(jī)(5)和PID控制器(6)通訊相連；采用全數(shù)字信號(hào)對(duì)伺服閥進(jìn)行控制，具有控制速度快、控制精度高、智能化程度高、易于操作的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】F15B21/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105134697
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510683117
【發(fā)明人】鄭飛龍, 曾良才, 毛陽(yáng), 陳新元, 涂福泉, 盧云丹, 陳克應(yīng)
【申請(qǐng)人】武漢科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年10月21日