基于DSP的可变谐振频率液压振动控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于ＤＳＰ的可变谐振频率液压振动控制系统，属于液压伺服控制领域。本系统是在传统的液压振动系统（８）的基础上，采用基于谐振理论设计用于实现谐振控制器功能的ＤＳＰ控制系统，ＤＳＰ控制系统又与液压振动系统（８）、位移传感器一起构成闭环液压振动控制系统。使得由ＤＳＰ控制器与液压缸（５）构成的广义开环对象可以在给定频率为ω↓［ｒ］的频率上产生系统输出的谐振峰值为输入信号峰值的Ｍｒ倍，以满足液压振动台对大质量物体的测试要求。且在使用ＤＳＰ实现谐振控制器算法中，参数修改方便，系统调试容易实现。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

Variable resonance frequency hydraulic vibration control system based on DSP

The utility model relates to a variable resonant frequency hydraulic vibration control system based on DSP, which belongs to the field of hydraulic servo control. This system is in the traditional hydraulic pressure vibration system (8) on the basis of the resonance theory designed for DSP control system to realize the function of resonant controller based on DSP control system and the hydraulic vibration system (8) and a displacement sensor to form a closed loop hydraulic vibration control system. The DSP controller and the hydraulic cylinder (5) of the generalized open loop system output object can be generated at a given frequency is down r on the frequency of the resonant peak is Mr times the peak value of the input signal, in order to meet the mass test requirements of hydraulic vibration table. In the algorithm of using DSP to implement the resonant controller, the parameter modification is convenient and the system debugging is easy to implement.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于DSP的可变谐振频率液压振动控制系统及方法， 依据系统谐振原理来实现液压振动系统对于正弦振荡信号的跟踪，属于液压 伺服控制领域。技术背景液压振动台是对试件施加正弦激励、实现试件振动试验的实验装置。在 输入正弦信号的作用下，利用输入信号和液压缸反馈的位移信号相比较的误 差信号，通过传统的PID控制器的控制，改变伺服阀的动作，使液压缸的位 移行程做出相应增大或縮小的调整，以带动工作台实现跟踪输入正弦信号的 振动运动，满足振动测试的要求。但是，基于液压振动系统的频率特性，液 压振动台振动运动的振幅与相位角均是频率的函数，因此常规PID控制器控 制在频率较高的情况下，振动台的位移输出就会有很大的幅度衰减，不能满 足大质量试件测试的振动要求。
技术实现思路
为了克服常规PID控制器控制下的液压振动台的输出在高频下存在幅值 衰减，不能满足对大质量试件的测试要求这一问题，本技术提供了一种 基于DSP的可变谐振频率液压振动控制系统。该系统依据系统谐振理论，利 用电磁阀，液压缸之间的能量交换关系，使得振动台在系统谐振方式下产生 较大的振动动作，即给定一个输入很小的信号就可以使液压缸产生较大的位 移输出，并在输入信号频率不断改变的情况下，仍能使输出跟踪输入，并按 给定的谐振峰值Mr这一倍数增大输入信号的峰值，以满足液压振动台对大质量物体的测试要求。为了实现上述目的，本技术采用了如下技术方案。本系统主要包括 有液压振动系统8，其中，在液压振动系统8中，模拟PID3与伺服阀4串连， 再与位移传感器6组成内环的闭合回路，数字控制器2又依次与该内环闭合 回路、液压缸5串连，然后又与另一位移传感器6组成外环上的闭合回路， 其特征在于还包括有基于谐振理论设计用于实现谐振控制器功能的DSP控 制系统，DSP控制系统再将控制信号输入给液压振动系统8中的数字控制器2 的输入端，液压振动系统8输出端的频率信号又通过位移传感器反馈给DSP 控制系统，输入信号1通过A/D转换输入给DSP系统，所述的由模拟PID3、 伺服阀4、位移传感器6组成的内环等效成比例为1的内环。DSP控制系统基于谐振理论实现谐振控制器的功能，该谐振控制器是通过自动控制原理设计的l)假设Mr为系统输出所需要的谐振峰值，则根据谐振理论，吒=~~^可求得阻尼比《的值，又根据《,=:^￡可得出7=^^，其中，^为系统 的输入信号的频率，由于由DSP控制系统、液压振动系统及位移传感器组成的整个闭环系统的传递函数G-^^4^TT，将r-^^代入传递函数G， 得到G =-1 ,~一，即得到了传递函数G与谐振峰值M,和输入信号频率^的关系式。2)由于DSP控制系统、液压振动系统8和位移传感器组成闭环系统，该闭环系统的传递函数为G--^^,其中，Gc为谐振控制器的传递函数，1 + GC-G0G。为已知的液压振动系统的传递函数； 3)由式0 = 7^7得到(^=7;7^，由于G及Go已知，从该式便得 到谐振控制器的传递函数。基于DSP的可变谐振频率液压振动控制方法，该方法是按如下步骤实现的1) DSP控制系统将谐振控制器的传递函数Ge-^^离散成youtl=al*yout_l-a2*yout—2+bl*u+b2*u—l+b3*u—2的形式。2) DSP控制系统比较通过位移传感器反馈回来的液压缸5输出信号的 频率与系统输入1的频率w之间的差值e，当e=0时，说明系统输出频率跟 踪输入频率效果良好，不作任何处理；当#0时，将DSP控制系统的输出调 整为"="—l + e，即得到新的控制信号U，再经D/A转换成电压信号来控制液 压振动系统8中伺服阀4的动作，进而调整液压缸5的位移量输出。此输出 再在DSP系统内和输入信号1相比较，如图3所示，如果还存在误差值，则 继续循环计算以得出液压振动系统的控制信号，从而进一步控制伺服阀4的 动作和液压缸5的位移输出，如此周而复始的循环，来达到输出的实时跟踪 效果。本系统是在原有的液压振动系统8的基础上改造而成的。在液压振动系 统8的外环控制中加入谐振控制算法&，可使液压振动台的整个闭环控制系 统的输出信号满足比输入信号峰峰值大M,倍的性能指标。谐振控制器《关于 输入信号频率^及阻尼比C的函数，而《可系统所要输出的幅值Mr确定，所 以，当系统输出幅值Mr给定时，谐振控制器Gc是关于输入信号频率^的函数，也就是得到了通过改变输入信号频率(算法中参数A的值)，使输出频率 跟踪输入频率的变化而变化，即实现了系统的谐振频率跟踪。在系统工作时，可以把输入信号1的频率^及振动台需要输出的峰值Mr 输入到DSP控制系统，DSP控制系统检测输入信号1的频率和液压缸5输出 信号的频率之间的误差值，经过以DSP作为主控单元进行处理，得到一个新 的控制信号U，再经D/A通道对液压振动系统8施加控制动作。此时，可以 用示波器观察液压缸5输出的波形是否满足待测试件所需的振动频率及振幅 要求，如幅值不满足试件所要求的幅值，就需要重新设定谐振控制器中谐振 峰值M,的值，使输出幅值进一步增大，从而达到测试所需的条件。再改变了 输入信号的频率(即谐振控制器中的参数w,)，此时在DSP程序中只需改变与 谐振控制器相对应的离散控制信号即可，从示波器上再观察在多大的频率变 化范围内或最大频率处，输出信号是否仍能按谐振峰值M,这一倍数来跟踪输 入信号。如不满足测试条件，需继续调整谐振峰值M,及输入信号频率^的值， 直到输出信号满足测试要求为止。使用DSP作为控制器构成闭环液压振动控制系统，采用内环PID控制技 术将伺服阀4调节成比例环节，基于谐振理论设计由DSP实现的控制算法作 为控制器，使得由DSP控制器与液压缸5构成的广义开环对象可以在给定频 率为^的频率上产生要求幅值的闭环谐振峰值M,，实现液压振动台的谐振方 式的振动运动，且通过修改DSP控制算法中的参数Mr和^，能够实现在系统 频带宽度范围内的谐振频率可变。由于传统PID控制的液压振动系统只能使输出1:1的跟踪输入信号，为 了满足大质量测试的要求，就不但需要使输出跟踪输入，而且还要使输出的 振幅达到试件测试所需要的峰值，即使得液压缸5的输出产生足够大的位移 量。此时若釆用传统控制方法，液压缸5输出的位移量就不能满足大质量试 件的测试要求。而本技术中采用DSP控制系统实现谐振控制器的功能，并利用系统内部能量的转换，可以使输出在频率较高的情况下仍能跟踪输入 信号频率，且输出信号的幅值可增大至输入信号幅值的M,倍(从图5中示波 器中所显示的结果可以看出)，以满足大质量试件的测试要求；谐振控制器可 以充分利用液压振动系统中元件的最大有效特性，满足激振大质量的物体所 需信号的频率和幅值特性，从而获得振动台的振动动作，且在使用DSP实现谐 振控制器算法中，参数修改方便，系统调试容易实现。附图说明以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1是液压振动系统的控制结构框图。图2是基于DSP实时监控的液压振动系统框图。图3是液压振动系统在DSP控制下的流程图。图4是液压振动系统电模拟仿真实验图。图5是^=12时的输入输出波形图。图6是^=15的输入输出波形图。 图7是《,25时的输入输出波形本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于ＤＳＰ的可变谐振频率液压振动控制系统，包括有液压振动系统（８），其中在液压振动系统（８）中，模拟ＰＩＤ（３）和伺服阀（４）串连，又与位移传感器（６）组成内环的闭合回路，数字控制器（２）又依次与该内环的闭合回路、液压缸（５）串连，然后在与另一位移传感器（６）组成外环上的闭合回路，其特征在于：还包括有ＤＳＰ控制系统；ＤＳＰ控制系统再将控制信号输入给液压振动系统（８）中的数字控制器（２）的输入端，液压振动系统（８）输出端的频率信号又通过位移传感器反馈给ＤＳＰ控制系统，输入信号（１）通过Ａ／Ｄ转换输入给ＤＳＰ系统，所述的由模拟ＰＩＤ（３）、伺服阀（４）、位移传感器（６）组成的内环等效成比例为１的内环。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阮晓钢，于建均，孙亮，任红格，乔俊飞，于乃功，李明爱，陆曼，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]