一种电液伺服控制器、系统及方法与流程

1.本发明涉及电液伺服控制技术领域，更具体的说是涉及一种电液伺服控制器、系统及方法。


背景技术：

2.目前，国内外在电液伺服控制领域，复杂系统的控制多采用pc机与板卡结合的控制方式，通过现有设备或器件进行分别控制，在整体系统上实现闭环操作，液压马达的控制与驱动集成度较低，控制周期较长，控制的精确性与同步性较差，对于整体控制系统的实时性更难以保证；而且，市场现有综合控制器功能单一，且仅针对某型号液压马达的特定应用，因此实用性与通用性不强。
3.另外，在传统的液压马达控制中，一般采用长距离传输线缆将所有控制信号引出，通过驱动器以及控制器系统集成方式进行控制，系统操作及控制较为复杂，精度较低，传输过程中易受电磁干扰。
4.因此，如何提供一种高实时性、高集成度且扩展能力强的电液伺服控制器、系统及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种电液伺服控制器、系统及方法，以解决现有电液伺服控制器集成度低、实时性差和通用性不强的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电液伺服控制器，分别与负载、上位机和伺服阀相连，包括：采集模块、算法模块和通信模块；采集模块，用于接收上位机指令并通过传感器采集位置数据和液压压力数据并传输至算法模块，还用于实时采集位置数据和液压压力数据并反馈至上位机；算法模块，用于存储预设控制参数，接收采集的位置数据和液压压力数据，解析上位机指令获得目标位置，根据目标位置、位置数据、液压压力数据和内嵌的液压控制算法对预设控制参数实时调整，并输出控制模拟量以控制伺服阀移动直至到达目标位置；通信模块，用于采集模块与上位机通信。
7.优选的，所述的一种电液伺服控制器，还包括电源模块，用于为电液伺服控制器供电。
8.优选的，通信模块采用ethercat专用通信协议进行通信。
9.优选的，液压控制算法包括位置环、速度环、加速度环和压差环。
10.优选的，采集模块设于fpga上，算法模块设于dsp上。
11.一种电液伺服系统，包括主控制器和n个电液伺服子系统，n个电液伺服子系统均与主控制器通过专用通信协议相连；每个电液伺服子系统均包括电液伺服控制器、位置传感器、压力传感器、伺服阀和
液压伺服马达，电液伺服控制器分别与位置传感器、压力传感器和伺服阀相连，各个电液伺服控制器之间通过专用通信协议通信，各个电液伺服控制器均与主控制器通过专用通信协议通信；主控制器，用于向各个电液伺服控制器发送上位机指令；位置传感器，用于监测伺服阀的位置；压力传感器，用于监测液压伺服马达的液压压力；电液伺服控制器，用于存储预设控制参数，实时采集位置数据和液压压力数据，接收并解析上位机指令获得目标位置，根据目标位置、位置数据、液压压力数据和内嵌的液压控制算法对预设控制参数实时调整，并输出控制模拟量以控制伺服阀移动直至到达目标位置；伺服阀，用于驱动液压伺服马达运动。
12.优选的，所述的一种电液伺服系统，还包括液压泵站，各个液压伺服马达均与液压泵站相连，液压泵站，用于为各个液压伺服马达提供液压动力。
13.优选的，各个电液伺服控制器设于不同位置节点。
14.优选的，各个电液伺服控制器采用环形拓扑结构级联。
15.一种电液伺服控制方法，包括以下内容：s1.通过位置传感器监测伺服阀的位置，压力传感器监测液压伺服马达的液压压力，主控制器向各个电液伺服控制器发送上位机指令；s2.各个电液伺服控制器接存储预设控制参数，实时采集位置数据和液压压力数据，接收并解析上位机指令获得目标位置，根据目标位置、位置数据、液压压力数据和内嵌的液压控制算法对预设控制参数实时调整，并输出控制模拟量；s3.伺服阀根据控制模拟量移动以驱动液压伺服马达运动，直至伺服阀到达目标位置。
16.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种电液伺服控制器、系统及方法，控制器采用fpga和可编程dsp芯片作为主控芯片，以上位机指令周期为周期，定时运行，根据上位机指令输入控制算法，进行控制参数的调整，完成整个闭环控制，实现对目标位置的跟踪控制，具有体积小、运行速度快、实时性高、可扩展能力强并具有并行执行能力的特点；各控制器使用在不同位置上，通过总控机基于数据通讯对多节点复杂系统进行控制，实现多组液压系统协同工作，使控制系统适应性更强，提高控制精度和工作效率；同时采用模块化的设计可提高系统整体的可靠性，减小产品开发周期，便于系统升级和扩展。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
18.图1附图为本发明提供的电液伺服控制器的结构示意图；图2附图为本发明提供的电液伺服控制系统的结构示意图；
图3附图为本发明提供的多电液伺服控制系统的通信拓扑结构示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本发明实施例公开了一种电液伺服控制器，分别与负载、上位机和伺服阀相连，包括：采集模块、算法模块和通信模块；采集模块，用于接收上位机指令，并通过传感器采集位置数据和液压压力数据并传输至算法模块，还用于实时采集位置数据和液压压力数据并反馈至上位机；算法模块，用于存储预设控制参数，接收采集的位置数据和液压压力数据，解析上位机指令获得目标位置，根据目标位置、位置数据、液压压力数据和内嵌的液压控制算法对预设控制参数实时调整，并输出控制模拟量以控制伺服阀移动直至到达目标位置；通信模块，用于采集模块与上位机通信。
21.为了进一步实施上述技术方案，一种电液伺服控制器，还包括电源模块，用于为电液伺服控制器供电。
22.为了进一步实施上述技术方案，通信模块采用ethercat专用通信协议进行通信。
23.为了进一步实施上述技术方案，液压控制算法包括位置环、速度环、加速度环和压差环。
24.在本实施例中，根据位置数据，算法模块利用位置环计算实际位置，利用速度环和加速度环计算速度和加速度，速度和加速度控制伺服阀移动的速度；根据采集模块采集的液压压力数据，算法模块利用压差环计算压差，监测当前运动情况。
25.为了进一步实施上述技术方案，采集模块设于fpga上，算法模块设于dsp上。
26.在实际应用中，采集模块以fpga作为主控芯片，包括ad及da转换器、数字接口、5v与24v电平io控制器，fpga将位置信息和压力信息通过emif接口与算法模块进行数据交换。
27.算法模块采用dsp芯片为主芯片，包含位置环、速度环、加速度环以及压差环，采用位置、速度、加速度与压力并行，进行液压控制算法的计算，以及相关参数的存储。
28.在本实施例中，以上位机指令周期为控制器运行周期，定时运行。
29.在实际应用中，电液伺服控制器内部包含三层电路板，底层为通信控制板，中层为信号处理板，顶层为电源板，三层电路板叠放，电路板中间与壳体之间使用六角螺柱固定；控制板均选择封装小的芯片和板件连接器进行设计，减小控制电路板体积，装入壳体后体积为190mm*160mm*60mm，控制器在设计过程中采用防水密接外壳，接口采用防水密封航插，达到密封防水需求，涉水深度≥10m。
30.一种电液伺服系统，包括主控制器和n个电液伺服子系统，n个电液伺服子系统均与主控制器通过专用通信协议相连；每个电液伺服子系统均包括电液伺服控制器、位置传感器、压力传感器、伺服阀和液压伺服马达，电液伺服控制器分别与位置传感器、压力传感器和伺服阀相连，各个电液伺服控制器之间通过专用通信协议通信，各个电液伺服控制器均与主控制器通过专用通信协
议通信；主控制器，用于向各个电液伺服控制器发送上位机指令；位置传感器，用于监测伺服阀的位置；压力传感器，用于监测液压伺服马达的液压压力；电液伺服控制器，用于存储预设控制参数，实时采集位置数据和液压压力数据，接收并解析上位机指令获得目标位置，根据目标位置、位置数据、液压压力数据和内嵌的液压控制算法对预设控制参数实时调整，并输出控制模拟量以控制伺服阀移动直至到达目标位置；伺服阀，用于驱动液压伺服马达运动。
31.在本实施例中，各电液伺服控制器之间以及与上位计算机之间使用屏蔽线缆传输信号。
32.为了进一步实施上述技术方案，一种电液伺服系统，还包括液压泵站，各个液压伺服马达均与液压泵站相连，液压泵站，用于为各个液压伺服马达提供液压动力。
33.为了进一步实施上述技术方案，各个电液伺服控制器设于不同位置节点。
34.在实际应用中，电液伺服控制器可贴近马达安装或者集成到马达壳体之内，减少控制信号传输距离。
35.为了进一步实施上述技术方案，各个电液伺服控制器采用环形拓扑结构级联。
36.一种电液伺服控制方法，包括以下内容：s1.通过位置传感器监测伺服阀的位置，压力传感器监测液压伺服马达的液压压力，主控制器向各个电液伺服控制器发送上位机指令；s2.各个电液伺服控制器接存储预设控制参数，实时采集位置数据和液压压力数据，接收并解析上位机指令获得目标位置，根据目标位置、位置数据、液压压力数据和内嵌的液压控制算法对预设控制参数实时调整，并输出控制模拟量；s3.伺服阀根据控制模拟量移动以驱动液压伺服马达运动，直至伺服阀到达目标位置。
37.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
38.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。