一種電液位置伺服控制器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電液位置伺服控制器，由比較器、第一電位器、第一積分器、第一減法器、第二減法器、第二電位器、第二積分器、第三減法器、第四減法器、第三電位器和第三積分器依次串接；由跟隨器的輸出端分別連接比較器、第四電位器、第一微分器的輸入端；由第四電位器的輸出端串接至第一減法器的輸入端；由第一微分器的輸出端分別接所述第二減法器、第五電位器和第二微分器的輸入端；由第五電位器的輸出端串接第三減法器的輸入端；由第二微分器的輸出端串接第四減法器的輸入端組成。本發(fā)明功能完善，接口簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)位移、速度、加速度等狀態(tài)變量的全反饋，參數(shù)調(diào)整方便，被控制的電液伺服對(duì)象響應(yīng)快而無(wú)超調(diào)，且具有極強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種電液位置伺服控制器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種電液位置伺服控制器，更具體地說(shuō)，是涉及一種采用模擬電路實(shí) 現(xiàn)的具有極強(qiáng)抗負(fù)載擾動(dòng)的電液位置伺服控制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，電液位置的精確控制必須采用閉環(huán)反饋控制方式才能獲得較好的控制 精度，傳統(tǒng)的電液位置伺服控制器是在其前向通道中對(duì)輸入、輸出之間的誤差信號(hào)進(jìn)行比 例(P控制）、比例加積分(PI控制）、比例加積分加微分(PID控制)運(yùn)算以產(chǎn)生位移控制信號(hào)， 從而為電液伺服對(duì)象的位置提供精確調(diào)節(jié)。
[0003] 上述控制方法均可歸類(lèi)為PID控制，其對(duì)電液伺服對(duì)象位置控制的效果往往是響 應(yīng)速度不快，且容易出現(xiàn)超調(diào)，需要在響應(yīng)速度和超調(diào)量二者之間作出折中處理，究其原 因：1、是由于其自身控制結(jié)構(gòu)的限制，前向通道內(nèi)對(duì)誤差的運(yùn)算，是對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào) 同時(shí)進(jìn)行的，事實(shí)上，由于對(duì)誤差的P、I、D運(yùn)算，也產(chǎn)生了對(duì)輸入信號(hào)的強(qiáng)迫運(yùn)算，使控制系 統(tǒng)出現(xiàn)多個(gè)強(qiáng)迫項(xiàng)，這樣，電液位置伺服系統(tǒng)的輸出就不能快速精確復(fù)現(xiàn)位移指令信號(hào);2、 是其控制參數(shù)并不是根據(jù)電液伺服對(duì)象的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，而是直接采用試湊法或經(jīng)驗(yàn)法調(diào) 整電控制參數(shù)，這就造成控制參數(shù)調(diào)整比較盲目，且電液位置伺服系統(tǒng)的調(diào)試費(fèi)時(shí)費(fèi)力，位 置伺服性能難以滿(mǎn)足工程要求。因此為了獲得良好的綜合性能，需要根本改變電液位置伺 服控制器的內(nèi)部運(yùn)算結(jié)構(gòu)，也就是需要合理布置P、I、D等運(yùn)算實(shí)施的位置，且控制參數(shù)的設(shè) 計(jì)中需要遵循以下兩條規(guī)則：1、在線(xiàn)性范圍內(nèi)位移指令信號(hào)輸入達(dá)到最大值時(shí)，伺服放大 器達(dá)到其最大輸出能力，也就是說(shuō)電液伺服放大器的輸出能力應(yīng)得到充分利用；2、由電液 伺服控制器、電液伺服對(duì)象以及位移傳感器構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)的等效阻尼比為1。這兩條規(guī)則是 傳統(tǒng)的在前向通道施加PID控制由于其控制結(jié)構(gòu)的限制而無(wú)法兼顧的。規(guī)則1是為了實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)響應(yīng)的快速性，規(guī)則2是為保證系統(tǒng)響應(yīng)無(wú)超調(diào)。另外，如果同時(shí)反饋了速度和加速度等 狀態(tài)變量，系統(tǒng)可以對(duì)任何負(fù)載變化引起的狀態(tài)變化作出快速預(yù)測(cè)，由這樣的電液位置伺 服控制器控制的電液位置伺服系統(tǒng)才能快、無(wú)超調(diào)且具有極強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)能力。顯然，狀 態(tài)變量反饋越多，系統(tǒng)勢(shì)必越復(fù)雜，但在微電子技術(shù)快速發(fā)展的今天，這些已不成為問(wèn)題。
[0004] 隨著各種機(jī)械設(shè)備對(duì)綜合性能要求的提高，對(duì)電液位置伺服系統(tǒng)性能提出了越來(lái) 越高的要求。當(dāng)今廣泛使用的伺服控制器已不能滿(mǎn)足要求，采用新的電液位置伺服控制器 是進(jìn)一步提高電液位置伺服系統(tǒng)性能所要解決的問(wèn)題所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種性能優(yōu)良、低成本且 使用方便的電液位置伺服控制器。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種電液位置伺服控制器，由比較器、第一電位器、第一積分器、第一減法器、第二 減法器、第二電位器、第二積分器、第三減法器、第四減法器、第三電位器、第三積分器、跟隨 器、第四電位器、第一微分器、第五電位器和第二微分器組成。所述比較器、第一電位器、第 一積分器、第一減法器、第二減法器、第二電位器、第二積分器、第三減法器、第四減法器、第 三電位器和第三積分器依次串接;所述跟隨器的輸出端分別接所述比較器、第四電位器、第 一微分器的輸入端;所述第四電位器的輸出端串接所述第一減法器的輸入端;所述第一微 分器的輸出端分別接所述第二減法器、第五電位器和第二微分器的輸入端;所述第五電位 器的輸出端串接所述第三減法器的輸入端;所述第二微分器的輸出端串接所述第四減法器 的輸入端。其中，
[0008] 所述第一電位器由多圈精密電位器P1構(gòu)成，所述多圈精密電位器P1的分壓比為 KPi，利用下式計(jì)算得到，作為其初始整定值：
[0010]式中：R5為第五電阻的阻值;R24為第二十四電阻的阻值;C1為第一電容的容值，C4 為第四電容的容值;J為電液伺服對(duì)象的等效慣量;Mmax為電液伺服放大器在線(xiàn)性范圍內(nèi)能 夠輸?shù)淖畲箅妷?r〇, ml為線(xiàn)性范圍內(nèi)位移指令信號(hào)的最大值。
[0011] 所述第二電位器由多圈精密電位器P2構(gòu)成，所述多圈精密電位器P2的分壓比為 KP2，利用下式計(jì)算得到，作為其初始整定值：
[0013]式中：R14為第十四電阻的阻值;R25為第二十五電阻的阻值;C2為第二電容的容 值;C5為第五電容的容值;J為電液伺服對(duì)象的等效慣量;Mmax為電液伺服放大器在線(xiàn)性范圍 內(nèi)能夠輸?shù)淖畲箅妷?r〇, ml為線(xiàn)性范圍內(nèi)位移指令信號(hào)的最大值。
[0014] 所述第三電位器由多圈精密電位器P3構(gòu)成，所述多圈精密電位器P3的分壓比為 KP3，利用下式計(jì)算得到，作為其初始整定值：
[0016] 式中：R23為第二十三電阻的阻值;R24為第二十四電阻的阻值;R25為第二十五電 阻的阻值;C3為第三電容的容值;C4為第四電容的容值;C5為第五電容的容值;J為電液伺服 對(duì)象的等效慣量;M max為電液伺服放大器在線(xiàn)性范圍內(nèi)能夠輸?shù)淖畲箅妷?rQ,ml為線(xiàn)性范圍 內(nèi)位移指令信號(hào)的最大值。
[0017] 所述第四電位器由多圈精密電位器P4構(gòu)成，所述多圈精密電位器P4的分壓比為 KP4，利用下式計(jì)算得到，作為其初始整定值：
[0019 ]式中：R24為第二十四電阻的阻值;C4為第四電容的容值;J為電液伺服對(duì)象的等效 慣量;Mmax為電液伺服放大器在線(xiàn)性范圍內(nèi)能夠輸?shù)淖畲箅妷?線(xiàn)性范圍內(nèi)位移指令 信號(hào)的最大值。
[0020] 所述第五電位器由多圈精密電位器P5構(gòu)成，所述多圈精密電位器P5的分壓比為 KP5，利用下式計(jì)算得到，作為其初始整定值：
[0022]式中：R25為第二十五電阻的阻值;C5為第五電容的容值;J為電液伺服對(duì)象的等效 慣量;B為電液伺服對(duì)象等效阻尼系數(shù);Mmax為電液伺服放大器在線(xiàn)性范圍內(nèi)能夠輸?shù)淖畲?電壓;為線(xiàn)性范圍內(nèi)位移指令信號(hào)的最大值。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：
[0024] (1)本發(fā)明的電液位置伺服控制器由常規(guī)電氣元件構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)位移、速度、加速 度等狀態(tài)變量的全反饋，節(jié)約成本。
[0025] (2)本發(fā)明的電液位置伺服控制器功能完善，接口簡(jiǎn)單，對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)控 制，使用方便。
[0026] (3)本發(fā)明的電液位置伺服控制器的可調(diào)電位器的調(diào)整有計(jì)算公式可循，只要通 過(guò)參數(shù)辨識(shí)方法辨識(shí)出伺服對(duì)象的等效慣量和等效阻尼系數(shù)，就可以依據(jù)公式很快地調(diào)試 出可調(diào)電位器的分壓比，節(jié)省時(shí)間。
[0027] (4)本發(fā)明的電液位置伺服控制器與電液伺服對(duì)象以及位移傳感器構(gòu)成的閉環(huán)系 統(tǒng)的阻尼通過(guò)可調(diào)電位器的調(diào)整變成臨界阻尼，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性并避免了超調(diào)現(xiàn)象的 出現(xiàn)，且由于采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)積分，有效克服了數(shù)字電路中常出現(xiàn)的積分飽和現(xiàn)象;充 分考慮電液伺服放大器在線(xiàn)性范圍內(nèi)的極限輸出能力，使得系統(tǒng)的響應(yīng)能力得到最大體 現(xiàn)，響應(yīng)速度大大提高；由于反饋了位移、速度、加速度等狀態(tài)變量，使得系統(tǒng)特性極硬，具 有極強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)能力。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是本發(fā)明的電液位置伺服控制器構(gòu)成圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明， 并不用于限定本發(fā)明。
[0030] 如圖1所示是本發(fā)明的電液位置伺服控制器構(gòu)成圖。該電液位置伺服控制器由比 較器11、第一電位器13、第一積分器14、第一減法器16、第二減法器18、第二電位器19、第二 積分器20、第三減法器22、第四減法器24、第三電位器25、第三積分器26、跟隨器12、第四電 位器15、第一微分器17、第五電位器21和第二微分器23組成。所述比較器11、第一電位器13、 第一積分器14、第一減法器16、第二減法器18、第二電位器19、第二積分器20、第三減法器 22、第四減法器24、第三電位器25、第三積分器26依次串接;所述跟隨器12的輸出端分別接 所述比較器11、第四電位器15、第一微分器17的輸入端;所述第四電位器15的輸出端串接所 述第一減法器的輸入端16;所述第一微分器17的輸出端分別接所述第二減法器18、第五電 位器21和第二微分器23的輸入端;所述第五電位器21的輸出端串接所述第三減法器22的輸 入端;所述第二微分器23的輸出端串接所述第四減法器24的輸入端。
[0031]比較器11由第一運(yùn)算放大器A1及第一電阻R1至第四電阻R4組成;第一電位器13由 多圈精密電位器P1構(gòu)成;第一積分器14由第二運(yùn)算放大器A2及第五電阻R5和第一電容C1組 成;第一減法器16由第三運(yùn)算放大器A3及第六電阻R6至第九電阻R9組成;第二減法器18由 第四運(yùn)算放大器A4及第十電阻R10至第十三電阻R13組成;第二電位器19由多圈精密電位器 P2構(gòu)成;第二積分器20由第五運(yùn)算放大器A5及第十四電阻R14和第二電容C2組成;第三減法 器22由第六運(yùn)算放大器A6及第十五電阻R15至第十八電阻R18組成;第四減法器24由第七運(yùn) 算放大器A7及第十九電阻R19至第二十二電阻R22組成;第三電位器25由多圈精密電位器P3 構(gòu)成;第三積分器26由第八運(yùn)算放大器A8及第二十三電阻R23和第三電容C3組成;跟隨器12 由第九運(yùn)算放大器A9接成跟隨形式;第四電位器15由多圈精密電位器P4構(gòu)成；第一微分器 17由第十運(yùn)算放大器A10及第四電容C4和第二十四電阻R24組成;第五電位器21由多圈精密 電位器P5構(gòu)成;第二微分器23由第^ 運(yùn)算放大器All及第五電容C5和第二十五電阻R25組 成。
[0032] 其中，所述的第一電阻R1至第四電阻R4,第五電阻R5,第六電阻R6至第九電阻R9， 第十電阻R10至第十三電阻R13,第十四電阻R14,第十五電阻R15至第十八電阻R18,第十九 電阻R19至第二十二電阻R22,第二十三電阻R23,第二十四電阻R24,第二十五電阻R25,均取 10KQ等值的精密電阻;第一電位器P1至第五電位器P5均采用10圈精密電位器。設(shè)第一電位 器P1的分壓比為Kpi，第二電位器P2的分壓比為Kp2，第三電位器P3的分壓比為Kp3，第四電位 器P4的分壓比為Kp4，第五電位器P5的分壓比為Kps，則分別有下列關(guān)系式：
[0038] 上式中：J為電液伺服對(duì)象的等效慣量;B為電液伺服對(duì)象等效阻尼系數(shù);Mmax為電 液伺服放大器在線(xiàn)性范圍內(nèi)能夠輸?shù)淖畲箅妷?r〇, ml為線(xiàn)性范圍內(nèi)位移指令信號(hào)的最大 值。
[0039] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施 例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，當(dāng)可根據(jù)本 發(fā)明作出各種相應(yīng)的等效改變和變形，都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電液位置伺服控制器，其特征在于：由比較器、第一電位器、第一積分器、第一減 法器、第二減法器、第二電位器、第二積分器、第三減法器、第四減法器、第三電位器、第三積 分器、跟隨器、第四電位器、第一微分器、第五電位器和第二微分器組成。所述比較器、第一 電位器、第一積分器、第一減法器、第二減法器、第二電位器、第二積分器、第三減法器、第四 減法器、第三電位器和第三積分器依次串接;所述跟隨器的輸出端分別接所述比較器、第四 電位器、第一微分器的輸入端;所述第四電位器的輸出端串接所述第一減法器的輸入端;所 述第一微分器的輸出端分別接所述第二減法器、第五電位器和第二微分器的輸入端;所述 第五電位器的輸出端串接所述第三減法器的輸入端;所述第二微分器的輸出端串接所述第 四減法器的輸入端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液位置伺服控制器，其特征在于，所述第一電位器由多圈精 密電位器P1構(gòu)成，所述多圈精密電位器P1的分壓比為K P1，利用下式計(jì)算得到，作為其初始整 定值：式中：R5為第五電阻的阻值;R24為第二十四電阻的阻值;C1為第一電容的容值，C4為第 四電容的容值;J為電液伺服對(duì)象的等效慣量;Mmax為電液伺服放大器在線(xiàn)性范圍內(nèi)能夠輸 的最大電壓;r〇, ml為線(xiàn)性范圍內(nèi)位移指令信號(hào)的最大值。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液位置伺服控制器，其特征在于，所述第二電位器由多圈精 密電位器P2構(gòu)成，所述多圈精密電位器P2的分壓比為K p2，利用下式計(jì)算得到，作為其初始整 定值：式中：R14為第十四電阻的阻值;R25為第二十五電阻的阻值;C2為第二電容的容值;C5 為第五電容的容值;j為電液伺服對(duì)象的等效慣量;Mmax為電液伺服放大器在線(xiàn)性范圍內(nèi)能 夠輸?shù)淖畲箅妷?r〇, ml為線(xiàn)性范圍內(nèi)位移指令信號(hào)的最大值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液位置伺服控制器，其特征在于，所述第三電位器由多圈精 密電位器P3構(gòu)成，所述多圈精密電位器P3的分壓比為K p3,利用下式計(jì)算得到，作為其初始整 定值：式中：R23為第二十三電阻的阻值;R24為第二十四電阻的阻值;R25為第二十五電阻的 阻值;C3為第三電容的容值;C4為第四電容的容值;C5為第五電容的容值;J為電液伺服對(duì)象 的等效慣量;Mmax為電液伺服放大器在線(xiàn)性范圍內(nèi)能夠輸?shù)淖畲箅妷?線(xiàn)性范圍內(nèi)位 移指令信號(hào)的最大值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液位置伺服控制器，其特征在于，所述第四電位器由多圈精 密電位器P4構(gòu)成，所述多圈精密電位器P4的分壓比為K p4,利用下式計(jì)算得到，作為其初始整 定值：式中：R24為第二十四電阻的阻值;C4為第四電容的容值;J為電液伺服對(duì)象的等效慣 量;Mmax為電液伺服放大器在線(xiàn)性范圍內(nèi)能夠輸?shù)淖畲箅妷?r〇,mi為線(xiàn)性范圍內(nèi)位移指令信 號(hào)的最大值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液位置伺服控制器，其特征在于，所述第五電位器由多圈精 密電位器P5構(gòu)成，所述多圈精密電位器P5的分壓比為K p5，利用下式計(jì)算得到，作為其初始整 定值：式中：R25為第二十五電阻的阻值;C5為第五電容的容值;J為電液伺服對(duì)象的等效慣 量;B為電液伺服對(duì)象等效阻尼系數(shù);Mmax為電液伺服放大器在線(xiàn)性范圍內(nèi)能夠輸?shù)淖畲箅?壓;為線(xiàn)性范圍內(nèi)位移指令信號(hào)的最大值。7. 根據(jù)權(quán)利要求2至6任一項(xiàng)所述的電液位置伺服控制器，其特征在于，所述的多圈精 密電位器P1至多圈精密電位器P5均采用10圈精密電位器。
【文檔編號(hào)】G05B11/42GK106054592SQ201610626503
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月1日
【發(fā)明人】朱鵬程, 崔健波, 李紅, 王麗娟, 王偉, 繆鑫
【申請(qǐng)人】江蘇科技大學(xué)