[发明专利]一种电液线位移数字伺服系统及其控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电液伺服系统，更具体地说，是涉及一种电液线位移数字伺服系统及其控制方法。

背景技术：

电液伺服系统中，电液线位移伺服在一些机械装备中是经常遇到的，如机械臂的伸缩，加工设备的进给运动，自动化生产线中工件的传送等。电液线位移伺服系统中，电液伺服的变量是机械负载运动的线位移。为了获得优良的线位移伺服性能，电液线位移伺服系统必须采用闭环控制。也就是说，机械装备中运动部件的线位移必须经检测传感器反馈到电液伺服系统输入端，与线位移指令信号进行比较产生误差信号，然后再由伺服控制器对误差信号进行控制运算后发出控制信号，对运动部件的线位移实施校正。

对于误差的控制运算目前广泛使用的是比例加积分加微分控制(PID)。前向控制回路中对误差每增加一种运算，事实上对线速度指令信号和反馈信号同时增加了控制运算。对线速度指令信号的每一种运算就相当于在电液伺服系统的微分方程的右边增加一个强迫项，PID反馈控制方法使控制系统出现多个强迫项。这样，电液伺服系统输出就不能精确复现线速度指令信号。因此，一般的PID反馈控制方法线位移动态跟踪精度差，对阶跃输入的指令信号其输出存在超调和振荡现象。

随着各种机械设备的运行精度、响应速度以及自动化程度的提高，对电液线位移伺服性能提出了越来越高的要求。公知的反馈控制方法已不能满足要求，采用新的电液伺服系统和伺服控制方法是进一步提高电液伺服性能所要解决的问题之一。

目前，电液线位移伺服系统中公知的的伺服控制器采用专用的电子器件，采用数字控制计算机如何实现伺服性能优良的数字控制方法则是现有技术中有待解决的问题之二。

发明内容：

本发明的目的是为进一步提高电液伺服系统的性能，解决上述现有技术中存在的问题和缺陷，提供一种新颖的由数字控制计算机控制的电液线位移数字伺服系统及其控制方法。

为了达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案是：

一种电液线位移数字伺服系统，由数字控制计算机、功率放大器、伺服对象、光电编码器和液压源组成；其中所述数字控制计算机不仅具有公知的计算功能，而且包括数/模转换模块和高速计数模块，数/模转换模块的输出与功率放大器连接，高速计数模块与光电编码器连接；所述伺服对象由电液伺服阀、液压缸和机械负载组成，所述电液伺服阀、液压缸和机械负载按顺序连接，所述电液伺服阀还与所述功率放大器连接，所述机械负载还与所述光电编码器连接，所述电液伺服阀和所述液压缸还分别与所述液压源连接。

为了达到上述目的，本发明采用的另一个技术方案是：

一种电液线位移数字伺服系统的控制方法，包括下列步骤：

(1)开始，初始化积分器；

(2)读取线位移数字指令信号和由光电编码器采集的线位移数字反馈信号，将两者比较得到误差信号；

(3)将误差信号累加积分并乘以积分系数K_i得积分乘积；

(4)将线位移数字反馈信号乘以反馈系数K_f得反馈乘积；

(5)将线位移数字反馈信号进行差分运算并乘以微分系数K_d得微分乘积；

(6)将所述积分乘积减去反馈乘积然后再减去微分乘积得差值；

(7)将所述差值进行数/模转换，得到模拟量控制信号输入到功率放大器，控制伺服对象；

(8)返回到步骤(2)。

由于本奶明的电液线位移伺服系统采用与众不同的计算机控制方法，在前向回路中对误差信号实施积分运算和乘法运算，在反馈回路中不仅实现了线位移数字信号的反馈，而且在不需要线速度检测传感器和线加速度检测传感器的情况下实现了线速度和线加速度数字信号的反馈。也就是说，不仅实现了伺服变量位移信息的反馈，而且还实现了伺服变量其它两个状态信息的反馈。

本发明的特点和有益效果是：

(1)本发明的电液线位移数字伺服系统，不仅具有伺服变量线位移的反馈，而且具有伺服变量线位移的变化率——线速度的反馈，以及线速度的变化率——线加速度的反馈。因此，本发明的电液数字伺服系统不仅具有伺服变量本身状态信息的反馈，而且具有伺服变量变化状态信息的反馈，实现了伺服变量三种状态信息的反馈。而一般电液线位移伺服系统仅能实现伺服变量的一种状态信息反馈。

(2)本发明的电液线位移数字伺服系统实现了线位移、线速度以及线加速度三种状态信号的反馈，但只使用了一个光电编码器，无需其它检测传感器，在工程实施中不仅方便易行，而且节省成本。