專利名稱：通用型電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于電液位置伺服系統(tǒng)的集成型驅(qū)動(dòng)器，特別是涉及一種具有數(shù)字顯示、面板控制和外部控制功能的通用型電液伺服驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)末，電液伺服系統(tǒng)發(fā)展迅速，在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來越大。電液伺服系統(tǒng)是一種電氣裝置和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)相結(jié)合的反饋控制系統(tǒng)，最常見的有電液位置伺服系統(tǒng)、電液速度控制系統(tǒng)和電液力控制系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出量作為控制量，主要解決控制量的跟隨問題，在保證足夠精度的前提下實(shí)現(xiàn)控制量對給定量的及時(shí)跟蹤，所以電液伺服系統(tǒng)又稱隨動(dòng)系統(tǒng)。常用的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)有液壓缸和液壓馬達(dá)。目前的電液伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器主要還是采用分布式結(jié)構(gòu)，具體實(shí)現(xiàn)方式有集成數(shù)據(jù)采集及處理板卡的工控機(jī)模式和集成高速高精度AD芯片的單片機(jī)模式。這些驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)方式的不足之處在于其一，液壓缸位移信號(hào)的AD變換精度有限，不適應(yīng)長行程液壓缸的位移反饋，例如16位精度AD芯片，要達(dá)到0. Olmm位移反饋精度，液壓缸行程只能限制在 600mm以內(nèi)；其二，AD變換的高精度和高速性要求使得驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)較困難，同時(shí)滿足Ims轉(zhuǎn)換速率和16位以上精度的AD芯片也比較少，成本較高；其三，采用分布式結(jié)構(gòu)搭建，要求技術(shù)人員必須具有較高的硬件和軟件基礎(chǔ)，例如采用工控機(jī)模式，則需要技術(shù)人員熟悉數(shù)據(jù)采集卡及工控機(jī)編程應(yīng)用技術(shù)，例如采用單片機(jī)模式，則需要技術(shù)人員熟悉單片機(jī)系統(tǒng)硬件及軟件編程應(yīng)用技術(shù)。綜上所述，以上的不足大大限制了電液伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用。申請?zhí)枮?00710125448.6的專利伺服控制器，通過閉環(huán)控制單元，驅(qū)動(dòng)單元，單片機(jī)設(shè)定單元實(shí)現(xiàn)了伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制，系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)需通過單片機(jī)編程設(shè)定，增加了非專業(yè)人員的操作難度，不利于伺服控制器的推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種應(yīng)用于電液位置伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器，是一種集位移反饋、PID運(yùn)算和控制輸出為一體的集成型驅(qū)動(dòng)器，是一種具有數(shù)字顯示、面板控制和外部控制功能的電液伺服驅(qū)動(dòng)器，是一種操作應(yīng)用類似于交流變頻器的通用型電液伺服驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
通用型電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器包括SSI轉(zhuǎn)換模塊、ARM7核心、串口電平轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換放大模塊、電源模塊和操作面板。所述的SSI轉(zhuǎn)換模塊和SSI位移傳感器連接，具有25位精度，可以實(shí)現(xiàn)行程3m，分辨率lum，lms采樣的位移反饋，用作驅(qū)動(dòng)器對輸入信號(hào)的前置處理，將同步串行信號(hào)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)器能夠處理的異步串行信號(hào)。所述的ARM7核心是驅(qū)動(dòng)器的核心，其主要功能在于用戶程序的編寫、對輸入信號(hào)的處理并產(chǎn)生輸出信號(hào)、系統(tǒng)參數(shù)的存儲(chǔ)。其中程序中的PID控制算法，計(jì)算耗時(shí)達(dá)到 200us以下。
所述的操作面板是一個(gè)可視化交互式操作界面，主要由液晶顯示、鍵盤輸入和LED 指示燈組成，液晶顯示用于顯示驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)參數(shù)，方便操作人員掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行下一步操作；鍵盤輸入方便用戶對伺服系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分類分參數(shù)具體設(shè)定；LED指示燈實(shí)時(shí)提示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。所述的串口電平轉(zhuǎn)換模塊為驅(qū)動(dòng)器提供了外部控制接口，計(jì)算機(jī)可以過串口電平轉(zhuǎn)換模塊對伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信和系統(tǒng)的精確控制。所述的DA轉(zhuǎn) 換放大模塊采用ARM7自身提供的DA模塊(10位DA輸出，Ims的模擬量建立時(shí)間)，輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的O-IOv電壓信號(hào)或者4-20ma的電流信號(hào)，為伺服閥或者比例閥提供控制電信號(hào)。所述的電源模塊輸入電源由單相交流電供電，輸入電壓為220V，輸出直流電壓 3. 3V和24V，用于給驅(qū)動(dòng)器各個(gè)模塊提供電源。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果相比傳統(tǒng)的采用模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，集成于驅(qū)動(dòng)器的SSI模塊提高了輸入信號(hào)的分辨率，分辨率可以達(dá)到25為精度，并且降低了安裝成本；驅(qū)動(dòng)器的操作面板方便了用戶對驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定和查看，操作簡單方便，顯示直觀；串口電平轉(zhuǎn)換模塊的加入方便了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的通信和驅(qū)動(dòng)器功能的擴(kuò)展；相比較用可編程邏輯控制器和計(jì)算機(jī)組合實(shí)現(xiàn)電液位置伺服系統(tǒng)的控制，本發(fā)明更加簡單，集成化程度更高高，并且操作方便，成本更低，有利于大范圍地推廣使用。


圖1為驅(qū)動(dòng)器接口布置圖； 圖2為驅(qū)動(dòng)器面板布置圖3為驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)原理圖中1、LED指示燈；2、設(shè)定參數(shù)；3、實(shí)時(shí)參數(shù)；4、向上按鈕；5、運(yùn)行按鈕；6、向下按鈕；7、停止按鈕；8、報(bào)警指示燈；9、模式轉(zhuǎn)換開關(guān)；10、確定按鈕；11、模式按鈕。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如圖1所示，一種集位移反饋、PID運(yùn)算和控制輸出為一體的集成型驅(qū)動(dòng)器，其提供的外部接口如下
SSI轉(zhuǎn)化模塊和外部位移SSI傳感器直接相連，其中clock+，clock-為時(shí)鐘信號(hào)， data+, data-為數(shù)據(jù)信號(hào)，24VDC，GND為驅(qū)動(dòng)器為位移傳感器提供的電源接口，SSI轉(zhuǎn)化模塊一次輸出8位數(shù)據(jù)，傳感器精度多于8位的分多次傳輸。DA轉(zhuǎn)換放大模塊集成在ARM7中，精度為10位，輸出信號(hào)類型為標(biāo)準(zhǔn)的2-20ma電流信號(hào)或者0-10V的電壓信號(hào)，上述輸出信號(hào)直接和伺服閥連接，通過伺服閥可以對液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行伺服控制。串口電平轉(zhuǎn)換模塊用于將ARM7內(nèi)部的3. 3V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為模塊的3V工作電壓， ARM7的P0. 0用于串行數(shù)據(jù)的發(fā)送，P0. 1用于串行數(shù)據(jù)的接收，模塊的輸出和9針的標(biāo)準(zhǔn)串口數(shù)據(jù)線連接。
電源模塊輸入電源由單相交流電供電，輸入電壓為220V，輸出直流電壓3.3V和 24V，用于給驅(qū)動(dòng)器各個(gè)模塊提供電源。操作面板由液晶顯示、鍵盤輸入和LED指示燈三部分組成。ARM7的端口 P0. 27-P1. 22連接液晶顯示模塊，提供數(shù)碼管的字控制信號(hào)和位控制信號(hào)，液晶顯示模塊和操作面板的多位數(shù)碼管連接，用于顯示驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)參數(shù)；鍵盤輸入模塊連接操作面板上的7個(gè)按鈕，ARM7的端口 P0. 20-P0. 26分別對應(yīng)7個(gè)按鈕的控制信號(hào)。LED指示燈模塊由ARM7的端口 Pl. 23-P1. 30控制，用于顯示操作面板上的指示燈。
如圖2所示，操作面板給操作人員提供了一個(gè)可視化的交互式操作界面，主要由液晶顯示、鍵盤輸入和LED指示燈三部分組成
液晶顯示部分用于顯示驅(qū)動(dòng)器的設(shè)定參數(shù)2和實(shí)時(shí)參數(shù)3，設(shè)定參數(shù)2包括開始位置， 終止位置等，實(shí)時(shí)參數(shù)3包括位移，速度，加速度等，不同參數(shù)之間可以通過向上按鈕4，向下按鈕6進(jìn)行切換。鍵盤輸入部分包括6個(gè)按鈕和一個(gè)模式轉(zhuǎn)換開關(guān)9。6個(gè)按鈕分別為模式按鈕 11、向上按鈕4、運(yùn)行按鈕5、停止按鈕7、向下按鈕6、確定按鈕10。模式選按鈕11用于選擇不同的設(shè)定參數(shù)；向上按鈕4顯示上一個(gè)設(shè)定參數(shù)或者進(jìn)行參數(shù)的值設(shè)定；向下按鈕6顯示下一個(gè)設(shè)定參數(shù)或者進(jìn)行參數(shù)的值設(shè)定；確定按鈕10用于確認(rèn)用戶設(shè)定的參數(shù)；運(yùn)行按鈕5激活用戶的參數(shù)設(shè)置并驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，按下運(yùn)行按鈕5時(shí)，驅(qū)動(dòng)器開始工作；停止按鈕7 停止驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行，按下停止按鈕7時(shí)，驅(qū)動(dòng)器停止工作；系統(tǒng)模式轉(zhuǎn)換開關(guān)9轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行模式，驅(qū)動(dòng)器提供給用戶的運(yùn)行模式有自動(dòng)和手動(dòng)兩種；
LED指示燈1提示系統(tǒng)的運(yùn)行模式和狀態(tài)，系統(tǒng)運(yùn)行模式有自動(dòng)和手動(dòng)兩種，運(yùn)行和停止LED指示燈用于提示系的運(yùn)行狀態(tài)，正向和反向LED指示燈提示液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向。報(bào)警指示燈8用于提示系統(tǒng)的狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)，報(bào)警指示燈8點(diǎn)亮，驅(qū)動(dòng)器發(fā)出蜂鳴聲。如圖3所示，驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)原理如下
首先，用戶利用操作面板對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，用戶利用模式轉(zhuǎn)換開關(guān)(9)選擇驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行模式，待參數(shù)設(shè)定后，按下運(yùn)行按鈕(5)，驅(qū)動(dòng)器開始工作。然后，驅(qū)動(dòng)器利用25位高精度的SSI位移傳感器采集實(shí)際位移信號(hào)，輸出信號(hào)Pv 給驅(qū)動(dòng)器的ARM7核心，輸出信號(hào)Pv和自動(dòng)曲線發(fā)生器或者手動(dòng)曲線發(fā)生器輸出的理論位移Sp進(jìn)行比較，生成誤差信號(hào)Er，系統(tǒng)中事先編好的PID運(yùn)算模塊通過對誤差信號(hào)Er的處理，計(jì)算生成輸出信號(hào)PIDout，輸出信號(hào)PIDout需要經(jīng)過數(shù)模放大處理后生成標(biāo)準(zhǔn)的電壓Uout或電流信號(hào)lout，從而控制伺服閥等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對液壓缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)伺服控制。最后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信號(hào)又被SSI位移傳感器采集并進(jìn)入下一次控制循環(huán)。
權(quán)利要求
1.通用型電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器，包括SSI轉(zhuǎn)換模塊、ARM7核心、串口電平轉(zhuǎn)換模塊、DA 轉(zhuǎn)換放大模塊、電源模塊和操作面板，其特征在于所述的SSI轉(zhuǎn)換模塊外接SSI位移傳感器連接，用作驅(qū)動(dòng)器對輸入信號(hào)的前置處理，將同步串行信號(hào)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)器能夠處理的異步串行信號(hào)；所述的ARM7核心是驅(qū)動(dòng)器的核心，其用于對輸入信號(hào)的處理并產(chǎn)生輸出信號(hào)、系統(tǒng)參數(shù)的存儲(chǔ)；所述的操作面板是一個(gè)可視化交互式操作界面，主要由液晶顯示、鍵盤輸入和LED指示燈組成，液晶顯示用于顯示驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)參數(shù)，方便操作人員掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行下一步操作；鍵盤輸入方便用戶對伺服系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分類分參數(shù)具體設(shè)定；LED指示燈實(shí)時(shí)提示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；所述的串口電平轉(zhuǎn)換模塊為驅(qū)動(dòng)器提供外部控制接口，計(jì)算機(jī)可以過串口電平轉(zhuǎn)換模塊對伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信和系統(tǒng)的精確控制；所述的DA轉(zhuǎn)換放大模塊采用ARM7自身提供的DA模塊，輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的O-IOv電壓信號(hào)或者4-20ma的電流信號(hào)，為伺服閥或者比例閥提供控制電信號(hào)；所述的電源模塊輸入電源由單相交流電供電，輸入電壓為220V，輸出直流電壓3. 3V和 24V，用于給驅(qū)動(dòng)器各個(gè)模塊提供電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通用型電液位置伺服驅(qū)動(dòng)器。目前的電液伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器主要還是采用分布式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中SSI轉(zhuǎn)換模塊外接SSI位移傳感器連接，用作驅(qū)動(dòng)器對輸入信號(hào)的前置處理，ARM7核心是驅(qū)動(dòng)器的核心；操作面板是一個(gè)可視化交互式操作界面，主要由液晶顯示、鍵盤輸入和LED指示燈組成；串口電平轉(zhuǎn)換模塊為驅(qū)動(dòng)器提供外部控制接口，計(jì)算機(jī)可以過串口電平轉(zhuǎn)換模塊對伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信和系統(tǒng)的精確控制；DA轉(zhuǎn)換放大模塊采用ARM7自身提供的DA模塊，為伺服閥或者比例閥提供控制電信號(hào)；電源模塊用于給驅(qū)動(dòng)器各個(gè)模塊提供電源。本發(fā)明簡單，集成化程度更高高，并且操作方便，成本更低，有利于大范圍地推廣使用。
文檔編號(hào)G05B19/042GK102436196SQ20111029882
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者倪敬, 蒙臻, 邵斌, 陳國金 申請人:杭州電子科技大學(xué)