基于LabVIEW和TMS320F2812的液壓伺服控制系統的設計

　　1 引言

　　隨著(zhù)試驗機技術(shù)的進(jìn)步，近年來(lái)國內外電子液壓萬(wàn)能試驗機發(fā)展了3種不同控制方式：電液伺服閥控制、采用具有速度控制器的壓力閥控制和寬流量范圍的比例閥控制。電液倒服控制技術(shù)作為現代微電予技術(shù)、計算機技術(shù)和液壓技術(shù)的橋梁，已經(jīng)成為現代控制技術(shù)的重要組成部分。采用電液伺服閥控制的電子液壓萬(wàn)能試驗機除了控制技術(shù)外，還采用高精度力與位移傳感器的測量系統及計算機采集處理等技術(shù)，在功能上達到甚至超過(guò)了電子萬(wàn)能試驗機，尤其是在大負荷液壓萬(wàn)能試驗機上具有更大的優(yōu)勢。因此，廣泛應用于汽車(chē)構架的靜載、動(dòng)載和疲勞等材料的各種性能試驗中。

　　本文在電液伺服控制技術(shù)的基礎上，對基于LabVIEW和TMS320F2812的液壓伺服控制系統進(jìn)行了深入的研究，本系統利用圖形化編程工具LabVIEW軟件編寫(xiě)的上位機人機界面具有易于操作，便于維護等特點(diǎn)。系統采用數字信號處理器DSP中的TMS320F2812作為核心處理器的實(shí)時(shí)控制器，該控制器外擴了數據存儲器和12位數模轉換電路，達到了系統的精度要求。

　　2 液壓伺服控制系統的組成

　　本文設計的電液伺服系統分為以高速數字處理器DSP為核心的集信號調理、數據采集、控制、轉換等于一身的實(shí)時(shí)控制器和利用圖形化編程工具LabVIEW軟件編寫(xiě)的人機界面兩大部分。該系統利用串行通信口將試驗機的操作者通過(guò)人機界而發(fā)出的各種控制命令發(fā)送到實(shí)時(shí)控制器，實(shí)時(shí)控制器按命令完成一系列操作并將液壓伺服系統的工作狀態(tài)通過(guò)串行通信口送到PC機，并在PC機上的人機界面上顯示。該系統如圖1所示。

　　3 上位機人機界面軟件設計

　　3.1 LabVIEW簡(jiǎn)介

　　上位機人機界面軟件采用LabVIEW，他是實(shí)驗室虛擬儀器集成環(huán)境(Laborator Virtual Instrument Engineering Workbenth)的簡(jiǎn)稱(chēng)，LabVIEW采用G語(yǔ)言為其編程語(yǔ)言。G語(yǔ)言是一種適合應用于任何編程任務(wù)，具有擴展函數庫的通用編程語(yǔ)言。和C語(yǔ)言等語(yǔ)言一樣，G語(yǔ)言定義了數據模型、結構類(lèi)型和模塊調用語(yǔ)法規則等編程語(yǔ)言的基本要素，在功能完整性和應用靈活性上不遜色于任何高級語(yǔ)言。G語(yǔ)言與傳統高級編程語(yǔ)言最大的差別在于編程方式，一般高級語(yǔ)言采用文本編程，而G語(yǔ)言采用圖形化編程方式。

　　3.2 上位機人機界面功能介紹

　　上位機軟件功能框圖如圖2所示。

　　3.2.1 通信子模塊

　　通信子模塊包括信息的接收和數據的發(fā)送兩部分。信息接收功能是指上位機通過(guò)串口接收由下位機反饋回來(lái)的命令信號、狀態(tài)信號和反饋信號，供上位機顯示和保存用。數據發(fā)送功能則是上位機通過(guò)串口以一定的協(xié)議發(fā)送幀信息，這些信息將包括所有對下位機的控制命令。

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　　3.2.2 系統設置模塊

　　系統設置模塊簡(jiǎn)單介紹標定與控制參數設定這兩部分。

　　標定部分主要是根據載荷傳感器，位移傳感器等不同傳感器之間性能參數的不同而進(jìn)行的零點(diǎn)、增益、量程的標定，從而為不同的控制方式提供參數標準。

　　控制參數設定包括控制方式的選擇，試驗類(lèi)型，限制值等參數的設置。

　　控制方式分為3種：位移控制、行程控制和載荷控制。這3種不同的控制方式所連接的現場(chǎng)設備都要經(jīng)過(guò)由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)的工作過(guò)程，所以必須在靜態(tài)時(shí)設置其靜態(tài)初始值，同時(shí)規定其上下限值，超出這一范圍系統都要強行停機。實(shí)驗類(lèi)型分為常規，擬動(dòng)力，疲勞，隨機波等。

　　液壓伺服控制系統的正常工作是在各種不同模擬信號波形的驅動(dòng)下實(shí)現的，這就要求上位機設置這些波形的動(dòng)態(tài)實(shí)驗參數，以供下位機軟件產(chǎn)生這些波形。以正弦波為例，正弦波的幅值，頻率以及重復次數，位于第幾譜塊等參數都要通過(guò)幀協(xié)議發(fā)送給下位機。

　　上位機也要將PID控制的P，I，D參數發(fā)送給下位機，由于這些參數都是浮點(diǎn)型，而DSP2812只能處理定點(diǎn)數據，所以上位機需要在發(fā)送數據前將浮點(diǎn)數轉化為定點(diǎn)數，以便下位機識別。

　　上位機動(dòng)態(tài)參數操作界面如圖3所示。

　　3.2.3 狀態(tài)顯示模塊

　　示波器部分主要顯示通道命令、通道載荷和通道位移等曲線(xiàn)。

　　數據生成與保存是將試驗的一些參數包括通道分配、控制方式、系統標定的數據、載荷譜等數據保存在不同的文件中。

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　　4 實(shí)時(shí)控制器的設計

　　4.1 實(shí)時(shí)控制器硬件設計

　　該系統的實(shí)時(shí)控制器結構框圖如圖4所示，主要包括模擬信號輸入接口電路、信號調理電路、時(shí)鐘與復位電路、電源轉換電路、外部存儲器擴展電路、數據通信接口電路、功率放大等部分。

　　本文采用DSP2812自帶外設ADC完成對信號的采集，同時(shí)外擴了一片64 kB RAM芯片ISLV6416存儲臨時(shí)數據，一片DAC7625芯片用以實(shí)現數字信號向模擬信號的轉換，轉換的模擬信號經(jīng)功率放大后輸出。

　　4.1.1 外部數據存儲器

　　外部數據存儲器采用ISSI公司的ISLV6416芯片，ISLV6416是一片64 k