电液伺服控制方法及电液伺服控制系统与流程

本公开涉及液压控制，尤其涉及电液伺服控制方法、电液伺服控制系统。

背景技术：

1、电液伺服阀作为液压系统的核心执行机构，其控制精度直接取决于位置反馈信号的解调质量与控制算法的鲁棒性，但是现有的控制技术存在一些缺陷，例如元器件容易受到温度偏移的影响，并且采用模拟电路难以实施精确补偿，具体的控制算法适应性较弱，软件和硬件协同不足，自动调整能力较弱。

技术实现思路

1、本公开提供电液伺服控制方法、电液伺服控制系统，以解决相关技术中的不足。

2、根据本公开实施例的第一方面，提出一种电液伺服控制方法，由电液伺服控制系统执行，所述电液伺服控制系统包括现场可编程门阵列fpga和微控制单元mcu，所述方法包括：所述fpga根据预设载波频率生成正弦数字序列，其中，数模转换器根据所述正弦数字序列输出模拟正弦激励信号，所述模拟正弦激励信号用于驱动线性可变差动变压器lvdt的初级线圈，所述lvdt的次级线圈输出第一路差分模拟信号和第二路差分模拟信号，模数转换器根据所述第一路差分模拟信号输出第一路数字信号，以及根据所述第二路差分模拟信号输出第二路数字信号；所述fpga对所述第一路数字信号和所述第二路数字信号分别进行正交解调，得到第一路数字信号对应的第一同相支路信号和第一正交支路信号，以及第二路数字信号对应的第二同相支路信号和第二正交支路信号，根据所述第一同相支路信号、所述第一正交支路信号、所述第一同相支路信号和所述第一正交支路信号计算数字位移，将所述数字位移发送至所述mcu；所述mcu计算期望位移与所述数字位移的误差，根据所述误差与n个阈值的关系进行积分分离比例积分微分pid调整，得到基础控制量，n为大于1的整数；所述mcu根据所述误差和所述误差的变化率确定电液伺服系统状态，根据所述电液伺服系统状态对所述基础控制量进行调整，根据调整后的基础控制量控制电液伺服阀。

3、可选地，所述fpga对所述第一路数字信号和所述第二路数字信号分别进行正交解调包括：所述fpga中数字滤波器对所述第一路数字信号和所述第二路数字信号分别进行滤波，以滤除直流偏置和高频噪声；对滤波后的第一路数字信号和第二路数字信号分别进行正交解调。

4、可选地，所述fpga根据所述第一同相支路信号、所述第一正交支路信号、所述第一同相支路信号和所述第一正交支路信号计算数字位移，包括：对所述第一同相支路信号、所述第一正交支路信号、所述第一同相支路信号和所述第一正交支路信号进行低通滤波；计算低通滤波后的第一同相支路信号和第一正交支路信号的第一平方根，以及低通滤波后的第二同相支路信号和第二正交支路信号的第二平方根；计算所述第一平方根和所述第一同相支路信号的商作为第一路位移幅值，计算所述第二平方根和所述第二同相支路信号的商作为第二路位移幅值；计算所述第一路位移幅值与所述第二路位移幅值的差值，以及所述第一路位移幅值与所述第二路位移幅值的和值；计算所述差值与所述和值的比值作为所述数字位移。

5、可选地，所述mcu根据所述误差与n阈值的关系进行积分分离pid调整，得到基础控制量包括：所述mcu将所述误差与所述n个阈值中的每个阈值进行比较，其中，所述n个阈值中的第i个阈值大于第i+1个阈值，i为小于n且大于1的整数；在所述误差大于第1个阈值的情况下，关闭所述pid中的积分环节；在所述误差小于或等于第i个阈值，且大于第i+1个阈值的情况下，开启所述pid中的积分环节，调整所述pid中的比例环节的增益为所述第i个阈值对应的增益；在所述误差小于或等于第n个阈值的情况下，开启所述pid中的积分环节，调整所述pid中的比例环节的增益为预设增益。

6、可选地，所述方法还包括：所述mcu将所述基础控制量输入所述数模转换器，以输出模拟控制量；通过示波器显示所述模拟控制量。

7、可选地，所述mcu根据所述电液伺服系统状态对所述基础控制量进行调整，包括以下至少之一：在所述电液伺服系统处于稳定状态的情况下，所述mcu调整所述fpga中数字滤波器的截止频率，以提高信噪比；在所述电液伺服系统处于动态响应状态的情况下，所述mcu根据死区模型确定补偿量，根据所述补偿量对所述基础控制量进行补偿。

8、根据本公开实施例的第二方面，提出一种电液伺服控制系统，所述控制系统包括现场可编程门阵列fpga和微控制单元mcu：所述fpga用于根据预设载波频率生成正弦数字序列，其中，数模转换器根据所述正弦数字序列输出模拟正弦激励信号，所述模拟正弦激励信号用于驱动线性可变差动变压器lvdt的初级线圈，所述lvdt的次级线圈输出第一路差分模拟信号和第二路差分模拟信号，模数转换器根据所述第一路差分模拟信号输出第一路数字信号，以及根据所述第二路差分模拟信号输出第二路数字信号；所述fpga用于对所述第一路数字信号和所述第二路数字信号分别进行正交解调，得到第一路数字信号对应的第一同相支路信号和第一正交支路信号，以及第二路数字信号对应的第二同相支路信号和第二正交支路信号，根据所述第一同相支路信号、所述第一正交支路信号、所述第一同相支路信号和所述第一正交支路信号计算数字位移，将所述数字位移发送至所述mcu；所述mcu用于计算期望位移与所述数字位移的误差，根据所述误差与n个阈值的关系进行积分分离比例积分微分pid调整，得到基础控制量，n为大于1的整数；所述mcu用于根据所述误差和所述误差的变化率确定电液伺服系统状态，根据所述电液伺服系统状态对所述基础控制量进行调整，根据调整后的基础控制量控制电液伺服阀。

9、可选地，所述fpga用于对所述第一同相支路信号、所述第一正交支路信号、所述第一同相支路信号和所述第一正交支路信号进行低通滤波；计算低通滤波后的第一同相支路信号和第一正交支路信号的第一平方根，以及低通滤波后的第二同相支路信号和第二正交支路信号的第二平方根；计算所述第一平方根和所述第一同相支路信号的商作为第一路位移幅值，计算所述第二平方根和所述第二同相支路信号的商作为第二路位移幅值；计算所述第一路位移幅值与所述第二路位移幅值的差值，以及所述第一路位移幅值与所述第二路位移幅值的和值；计算所述差值与所述和值的比值作为所述数字位移。

10、可选地，所述mcu用于将所述误差与所述n个阈值中的每个阈值进行比较，其中，所述n个阈值中的第i个阈值大于第i+1个阈值，i为小于n且大于1的整数；在所述误差大于第1个阈值的情况下，关闭所述pid中的积分环节；在所述误差小于或等于第i个阈值，且大于第i+1个阈值的情况下，开启所述pid中的积分环节，调整所述pid中的比例环节的增益为所述第i个阈值对应的增益；在所述误差小于或等于第n个阈值的情况下，开启所述pid中的积分环节，调整所述pid中的比例环节的增益为预设增益。

11、可选地，所述mcu用于在所述电液伺服系统处于稳定状态的情况下，调整所述fpga中数字滤波器的截止频率，以提高信噪比；在所述电液伺服系统处于动态响应状态的情况下，根据死区模型确定补偿量，根据所述补偿量对所述基础控制量进行补偿。

12、根据本公开的实施例，基于fpga和mcu实现对电液伺服阀的控制，其中，fpga用于执行频率较高（例如对应周期为百微秒级）的任务，例如输出正弦激励信号、对数字信号进行正交解调、计算数字位移等，从而可以释放mcu的资源用于复杂的非线性控制算法（例如对应耗时为毫秒级），例如根据误差与阈值的关系进行积分分离pid调整、根据电液伺服系统状态对基础控制量进行调整等。据此，提高了软硬件的协同程度，充分利用了fpag和mcu各自的特性，有利于缩短控制回路的周期（例如可以优化到1毫秒以内，甚至可以达到500微秒），提高了对电液伺服阀的控制速度。

13、并且fpga声称的是两路数字信号，发送至mcu的也是数字位移，便于实现数字域的同步解调，从而消除模拟器件的温度漂移问题。而且fpga通过正交解调，可以自动补偿电路传输延迟导致的相位误差，解调精度可以大于或等于0.1%fs（full scale ，满量程）。

14、而且mcu可以根据电液伺服系统状态对基础控制量进行调整，从而实现动态调整基础控制量，以便能够适应液压系统中油液温度变化、阀芯磨损等工况改变，延长了系统的使用寿命和维护周期。

15、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。