GT-400-SV運動控制器在液壓系統中的應用

摘 要：隨著現代工業的發展，液壓同步控制系統在多個領域得到應用。本文介紹了一種基于GT-400-SV運動控制器的液壓同步控制系統并對系統的硬件、軟件及實現進行了分析。調試結果表明：GT-400-SV運動控制器能夠滿足系統具有同步性能的要求。

關鍵字：GT-400-SV;液壓系統;同步控制

Abstract: With the development of modern industry ,hydraulic synchronized control system has been applied in mang fields. ,A hydraulic synchronized control system on GT-400-SV motion controller is introduced, and hardware,software,and inplementation of the system is analyzed.Debugging results showed that: GT-400-SV motion controller system is synchronized to meet performance requirements.

Keyword: GT-400-SV;Hydraulic System;Synchronous control

1 引言

　　液壓系統同步控制就是使得兩個或者多個液壓缸在運動過程中達到速度同步和位置同步。隨著現代工業的發展，液壓同步控制技術在金屬加工、冶金機械、工程機械及航空航天等領域得到廣泛的應用。汽車縱梁液壓機由多個液壓缸并聯工作，其同步驅動一般采用比例控制閥組成的同步閉環控制。連鑄生產過程中拉坯機拉輥速度的高精度同步控制，采用了電液伺服閥控馬達同步閉環技術，同時為了確保系統的穩定性和同步精度及良好的動態響應能力，控制算法中采用了優化參數的PID校正網絡，同步精度為0.45%。“勝利二號”鉆井平臺的四缸同步驅動采用電液比例變量泵、自整角機組成同步閉環控制系統，并采用了PID優化控制策略實現了同步控制。三峽大型水輪機轉子靜平衡裝置中的四缸同步控制系統采用電液比例閥，并利用模糊控制的方法實現了同步控制。航空航天高新技術工程中的萬噸數控鍛造液壓機中的五缸同步控制，采用了閥控液壓缸的方式和PID與模糊控制的復合控制策略，同步精度達到了0.6mm。

　　本文所介紹的液壓同步控制系統，運用低成本的固高GT-400-SV運動控制器控制算法，采用閉環結構實現同步控制。GT-400-SV運動控制器在機器人、數控機床、木工機械、印刷機械、裝配生產線、電子加工設備及激光加工設備等領域都已得到應用。而本文介紹將GT-400-SV運動控制器運用于液壓系統，有效克服了現有液壓油缸同步運動控制的不足，大大提高了同步運動的控制精度。

2 系統硬件

2.1 硬件結構

　　該系統由PC機、固高運動控制板、電液比例閥、編碼器、通信電纜及液壓缸等組成。其中PC機為上位主機，固高GT-400-SV運動控制器為下位機。通過PCI模式實現PC主機與GT-400-SV運動控制器的信息交換。PC機向運動控制器發出運動控制指令，并通過該接口獲取運動控制器的當前狀態和相關控制參數，GT-400-SV運動控制器主要負責完成實時對電液比例閥的控制以實現對液壓缸的行程位置的控制，并通過編碼器接口控制獲得運動位置反饋信息。

　　GT-400-SV運動控制器可實現四缸的同步控制，系統工作時，四個調高油缸必須同步運動（包括速度同步和位置同步），且同步控制精度要求非常高。通過編碼器實時采集與液壓缸相連的編碼器的數值，即四個液壓缸的運動位移值。以四個液壓缸運動位移值最大者為基準，其他液壓缸的位移值與之相比較而得到各液壓缸的偏差位移量，經過運動控制器相應的控制算法計算后，由控制程序發出相應的指令，驅動閥芯運動，控制電液比例閥流量的大小，進而控制液壓缸的位移，消除位移誤差，最終達到四缸同步。系統結構圖如圖1.

2.2 GT-400-SV運動控制器

　　固高公司生產的GT系列運動控制器，可以實現四軸的同步控制，在工業生產中具有廣泛的應用。本課題正是利用GT-400-SV運動控制器實現液壓系統同步控制。

　　GT-400-SV運動控制器核心由ADSP2181數字信號處理器FPGA組成，實現高性能的控制計算。它的應用領域非常廣泛。GT-400-SV運動控制器以IBM-PC及其兼容機為主，提供標準的PCI總線產品。方便用戶配置系統硬件。控制器在實現運動控制信號處理的同時，集成了編碼器輸入端口，通過編碼器采集到的位移信號，可以直接反饋到運動控制器，從而簡化了系統硬件的接線，減少了信號損失，提高了系統的工作效率。

3 系統軟件

　　系統采用VB來進行程序開發，而運動控制器配備了在Windows98/2000/NT環境下的功能強大的動態鏈接庫（DLL）,在編寫程序時只要對動態鏈接庫進行調用即能夠實現運動控制器的各種功能。

　　VB為Visual Basic 的縮寫，是1991年美國微軟公司推出的，目前的最新版本是VB 2008 Beta2（VB9）中文版，本系統采用Visual Basic 6。Visual Basic是一種可視化的、面向對象和采用事件驅動方式的結構化高級程序設計語言，可用于開發 Windows 環境下的各類應用程序。它簡單易學、效率高，且功能強大可以與 Windows 專業開發工具SDK相媲美。在Visual Basic環境下，利用事件驅動的編程機制、新穎易用的可視化設計工具，使用Windows內部的廣泛應用程序接口（API）函數，以用動態鏈接庫（DLL）、對象的鏈接與世隔嵌入（OLE）、開放式數據連接（ODBC）等技術，可以高效、快速地開發Windows環境下功能強大、圖形界面豐富的應用軟件系統。隨著VB是一種可視化的、面向對象和采用事件驅動方式的結構化高級程序設計語言，可用于開發 Windows 環境下的各類應用程序。它簡單易學、效率高，且功能強大可以與 Windows 專業開發工具SDK相媲美。VB是一種可視化的、面向對象和采用事件驅動方式的結構化高級程序設計語言，可用于開發 Windows 環境下的各類應用程序。它簡單易學、效率高，且功能強大可以與 Windows 專業開發工具SDK相媲美。

　　介紹板卡軟件即其提供的動態鏈接庫，系統使用VB編程 介紹VB。軟件實現介紹動態鏈接庫的調用控制算法和程序框圖。硬件實現寫板卡跳線的處理和連接線

4 系統實現

　　4.1硬件實現

　　硬件的實現為：第一，將控制器板卡插入工控機PCI插槽并安裝控制器通訊驅動;第二，對硬件進行接線;第三連接硬件設備電源。其中硬件接線圖如2.

　　在GT-400-SV運動控制器接線端子板上，CN5～CN8對應要控制的四個軸，連接對應每個液壓缸的電液比例閥和編碼器。其中每個軸的接線方式如圖3所示（以CN5為例）。

4.2軟件實現

　　將隨運動控制器所帶光盤中Windows\VB目錄下提供的TDeclarPCI.bas 加入用戶的工程中調用運動控制器的動態鏈接庫，實現運動控制器的功能。GT-400-SV運動控制器內部采用PID濾波器，外加速度和加速度前饋，即PID+Kvff+Kaff濾波器，外部通過編碼器采集的位置反饋信息。在運動控制軸初始化中，通過對數字伺服濾波參數的調節和外部編碼器的位置反饋信息，使系統實現精確而穩定的控制。控制算法框圖如圖4.

　　計算公式為：

　　

　　式（1）控制算法計算公式

　　系統采用VB來進行程序開發。系統程序主要由三個模塊分組成：控制模塊、執行模塊及反饋模塊分組成。程序流程圖如圖5.

5 調試結果

　　通過現場對該控制系統的調試，得到以下結論：基于GT-400-SV運動控制器的液壓同步控制系統，具有良好的同步性，且系統運行穩定。圖6為某一采樣時刻通過編碼器采集到的四個缸的位移數據。編碼器為四倍頻增量式，所以40個脈沖等量為一個毫米，從圖5我們可以看到，位移最大值為第二個缸，最快缸與最慢缸誤差為39個脈沖，四缸基本上達到了同步，達到了系統性能指標的要求。

6 結束語

　　在液壓同步控制系統應用中，由GT-400-SV作為運動控制器的同步控制系統達到了試驗性能指標，有效克服了現有液壓系統同步控制的不足。節省了人力、減少了投資成本，使工作效率得到很大提高，且提高了同步控制的精度。

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