基于LabVIEW和TMS320F2812的液壓伺服控制系統的設計

　　1 引言

　　隨著試驗機技術的進步，近年來國內外電子液壓萬能試驗機發展了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。電液倒服控制技術作為現代微電予技術、計算機技術和液壓技術的橋梁，已經成為現代控制技術的重要組成部分。采用電液伺服閥控制的電子液壓萬能試驗機除了控制技術外，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，在功能上達到甚至超過了電子萬能試驗機，尤其是在大負荷液壓萬能試驗機上具有更大的優勢。因此，廣泛應用于汽車構架的靜載、動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的基礎上，對基于LabVIEW和TMS320F2812的液壓伺服控制系統進行了深入的研究，本系統利用圖形化編程工具LabVIEW軟件編寫的上位機人機界面具有易于操作，便于維護等特點。系統采用數字信號處理器DSP中的TMS320F2812作為核心處理器的實時控制器，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、轉換等于一身的實時控制器和利用圖形化編程工具LabVIEW軟件編寫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人機界而發出的各種控制命令發送到實時控制器，實時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通過串行通信口送到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簡介

　　上位機人機界面軟件采用LabVIEW，他是實驗室虛擬儀器集成環境(Laborator Virtual Instrument Engineering Workbenth)的簡稱，LabVIEW采用G語言為其編程語言。G語言是一種適合應用于任何編程任務，具有擴展函數庫的通用編程語言。和C語言等語言一樣，G語言定義了數據模型、結構類型和模塊調用語法規則等編程語言的基本要素，在功能完整性和應用靈活性上不遜色于任何高級語言。G語言與傳統高級編程語言最大的差別在于編程方式，一般高級語言采用文本編程，而G語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送兩部分。信息接收功能是指上位機通過串口接收由下位機反饋回來的命令信號、狀態信號和反饋信號，供上位機顯示和保存用。數據發送功能則是上位機通過串口以一定的協議發送幀信息，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行的零點、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設備都要經過由靜態向動態的工作過程，所以必須在靜態時設置其靜態初始值，同時規定其上下限值，超出這一范圍系統都要強行停機。實驗類型分為常規，擬動力，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下實現的，這就要求上位機設置這些波形的動態實驗參數，以供下位機軟件產生這些波形。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幀協議發送給下位機。

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

　　上位機動態參數操作界面如圖3所示。

　　3.2.3 狀態顯示模塊

　　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。

　　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 實時控制器的設計

　　4.1 實時控制器硬件設計

　　該系統的實時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，同時外擴了一片64 kB RAM芯片ISLV6416存儲臨時數據，一片DAC7625芯片用以實現數字信號向模擬信號的轉換，轉換的模擬信號經功率放大后輸出。

　　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