[发明专利]一种基于DSP的气动位置伺服控制器

摘要

本发明公开了一种基于DSP的气动位置伺服控制器。包括DSP处理器模块、信号调理电路板模块、控制器标准接口面板和控制箱；DSP处理器模块与信号调理电路板相连接，固定在控制器标准接口面板上，控制面板安装固定于控制箱内；控制面板提供了外部电源输入、气压信号、位移传感器信号、CAN通信及仿真调试标准接口，标准接口与控制箱内部的信号调理电路板的电路接头或传感器接头相连接；DSP处理器采集信号进行控制策略运算，输出控制信号经控制器标准接口面板传递给外部执行器。本发明执行速度快，系统的实时性高，运行复杂的伺服运动控制策略，采用CAN总线进行通信，能够进行多主多从通信，方便进行集群协同控制；使用嵌入式微处理器，系统功耗低，结构紧凑。

主权项

一种基于DSP的气动位置伺服控制器，包括DSP处理器模块（1）、信号调理电路板模块（2）、控制器标准接口面板（3）和控制箱（4）；DSP处理器模块（1）与信号调理电路板模块（2）相连接，固定在控制器标准接口面板（3）上，控制器标准接口面板（3）安装于控制箱（4）内；所述DSP处理器模块（1），包括DSP处理器（8）、外扩模数转换器（10）、外扩数模转换器（6）、CAN通信接口A（5）、JTAG仿真调试接口A（7）、模拟量输入接口A（11）、开关量输出接口A（12）、模拟量输出接口B（13）和DSP电源接口（9）；DSP处理器（8）是整个控制器的核心，运行控制策略；JTAG仿真调试接口A（7）用于现场调试和程序下载，CAN通信接口A（5）用于DSP处理器（8）与外部器件通信，输入控制指令和反馈DSP内部状态量；开关量输出接口A（12）采用排线连接方式连接，输出开关量信号；模拟量输入接口A（11）采用排线连接，用于输入模拟量信号；外扩模数转换器（10）接收来自模拟量输入接口A（11）的模拟量信号，转化成数字信号，送入DSP处理器进行控制策略运算，结果得到的控制量从外扩数模转换器（6）转换成模拟电压信号，从模拟量输出接口B（13）输出；所述的控制器标准接口面板（3）设有多个标准接口，包括总电源接口（36）、开关阀控制信号接口B（30）、气压信号接口、位置传感器接口组（34）、比例方向阀信号接口组（35）、CAN通信接口B（29）及JTAG仿真调试接口B（28），所述的控制器标准接口面板（3）还设有控制器总电源开关（37）、DSP处理器模块电源开关（38）；所述的气压信号接口包括气源压力信号接口（31）、气缸无杆腔压力信号接口组（32）、气缸有杆腔压力信号接口组（33），气压信号接口均采用气动穿板接头；所述标准接口与信号调理电路板模块（2）的相应接头连接；位置传感器接口组（34）用于连接采集气缸活塞杆的位置信号；开关阀控制信号接口B（30）可同时连接4只开关阀，进行开关阀的开关动作，可用于气源的通断控制；CAN通信接口B（29）、位置传感器接口组（34）和比例方向阀信号接口组（35）均采用航空接头的接口形式，方便电连接，且连接可靠稳定；控制器总电源开关（37）用于控制整台控制器的供电；DSP处理器的电源开关（38）用于DSP处理器（8）的复位操作；所述DSP处理器模块（1）采集来自信号调理电路板模块（2）的信号进行高级气动伺服控制策略运算，实现了基于气动系统复杂非线性模型的自适应鲁棒控制算法，通过实验数据拟合和理论建模配合参数辨识方法建立气动伺服系统的模型，采用Back Stepping方法设计控制算法，解决了控制算法设计中的复杂高阶模型的不匹配性问题，把系统按微分方程划分成若干个子系统，分别逐次为子系统设计期望输入值，并使得系统稳定；此外，为系统增加了基于最小二乘法的在线参数辨识功能，实时辨识系统参数，使得系统轨迹跟踪更精确，控制算法包含鲁棒性项，能够抵御不确定性干扰的影响；输出控制信号经控制器标准接口面板（3）传递给外部执行器。