LabVIEW對(duì)電液伺服系統(tǒng)的在線控制和仿真.pdf

1、電液位置伺服控制系統(tǒng)作為控制領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分，具有功率大、響應(yīng)快、精度高、信號(hào)處理靈活、易于實(shí)現(xiàn)各種參量的反饋等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，控制對(duì)象的環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)控制的要求也越來(lái)越高，因此，對(duì)各種控制方法和策略的研究也越來(lái)越多，但由于傳統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)的控制方法已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代控制的要求，特別是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展以來(lái)，更是如此。雖然隨著可編程控制器(以下簡(jiǎn)稱PLC)大量的進(jìn)入控制領(lǐng)域，給自動(dòng)控制帶來(lái)了一大

2、進(jìn)步，但PLC的內(nèi)存有限、計(jì)算能力有限，雖然可以應(yīng)用PLC自帶的PID子程序進(jìn)行閉環(huán)控制，但對(duì)于負(fù)載干擾比較強(qiáng)，而比例(P)、積分(I)、微分(D)三者之間的配合又有一定的限制，難以達(dá)到比較好的效果，如果應(yīng)用復(fù)雜的智能控制，則因內(nèi)存和計(jì)算能力的有限，有些束手無(wú)策。在現(xiàn)代控制中，引入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以后，整個(gè)控制系統(tǒng)的模式，由傳統(tǒng)的線性控制發(fā)展到了現(xiàn)代的離散控制，即通常所說(shuō)的采樣控制系統(tǒng)，則以上問(wèn)題起碼有一個(gè)相對(duì)要好得多的解決方法。

3、　　 和傳統(tǒng)的線性控制(連續(xù)性控制)比較，數(shù)字控制由于是采用程序控制，所以控制策略的改變比較方便；在線性控制系統(tǒng)中，控制器的精度由元件的精度決定，達(dá)到10-3已經(jīng)很不容易，數(shù)字控制由字長(zhǎng)決定，從理論上講，可以達(dá)到相當(dāng)高的程度，實(shí)際中可以根據(jù)需要的精度決定字長(zhǎng)；在線性控制系統(tǒng)中，控制器的穩(wěn)定性，依賴于所選擇元件的穩(wěn)定性，在數(shù)字計(jì)算機(jī)中，用“0”、“1”的組合表示數(shù)字量，因此穩(wěn)定性要好得多；計(jì)算機(jī)控制還可以實(shí)現(xiàn)軟件的復(fù)用以及對(duì)系統(tǒng)輸出通道

4、進(jìn)行分時(shí)控制等功能，比較而言，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)確實(shí)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。
　　 采樣控制系統(tǒng)需要強(qiáng)大的上位機(jī)的計(jì)算能力的支持，應(yīng)用上位計(jì)算機(jī)不但需要掌握控制所需要的各種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，還必須學(xué)習(xí)各種接口、通訊等方面的知識(shí)，這給從事控制行業(yè)的科技工作者帶來(lái)巨大的壓力。而現(xiàn)代新開(kāi)發(fā)的LabVIEW(LaboratoryVirtual Instrument Engineering Workbench)是一種用圖表代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)

5、言。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句和命令的先后順序決定程序的執(zhí)行順序，而LabVIEW采用數(shù)據(jù)流的編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流走向決定了程序的執(zhí)行順序。它用圖表表示函數(shù)，用連線表示數(shù)據(jù)流走向。LabVIEW程序被稱為VI(Virtual Instrument)，即虛擬儀器，LabVIEW的核心概念是“軟件即是儀器”。它將軟件和各種不同的測(cè)量?jī)x器硬件及計(jì)算機(jī)集成在一起，建立虛擬儀器系統(tǒng)，以形成用戶自定義的解決方案。由于LabVIEW本身

6、具有強(qiáng)大的程序結(jié)構(gòu)和字符串、數(shù)組、簇和矩陣運(yùn)算能力，還提供了豐富的線性代數(shù)運(yùn)算函數(shù)，使進(jìn)行高級(jí)智能控制成為可能。
　　 本文在提出傳統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)的基本模型和控制方式后，在YYSTC-O01液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)上搭建并運(yùn)行了電液伺服系統(tǒng)，建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正。其次，分析了數(shù)字控制的基本方法，提出基于PLC的電液位置伺服控制系統(tǒng)的控制方案，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，搭建了基于虛擬儀器技術(shù)的電液位置伺服控制

7、系統(tǒng)模型框架，并利用LabVIEW進(jìn)行了在線控制。再次，在基于虛擬儀器的電液位置伺服控制系統(tǒng)中加入了PID控制算法。進(jìn)行位置控制實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取了數(shù)據(jù)并與傳統(tǒng)的電液伺服系統(tǒng)、基于PLC的系統(tǒng)進(jìn)行了比較。比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用虛擬儀器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，能達(dá)到PLC的控制效果，在控制實(shí)時(shí)性上有所改進(jìn)。
　　 本系統(tǒng)的用戶操作界面以及整個(gè)系統(tǒng)的控制程序，包括數(shù)據(jù)采集，I/O控制，模擬量輸出控制，PID算法等實(shí)現(xiàn)，全部利用虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)

8、境LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)，軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，數(shù)據(jù)板卡使用NI6008，負(fù)責(zé)信號(hào)的輸入和輸出。整個(gè)系統(tǒng)在工作時(shí)，將必要的數(shù)據(jù)存入了Access數(shù)據(jù)庫(kù)，為事后的數(shù)據(jù)分析提供了數(shù)據(jù)源，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，表明整個(gè)系統(tǒng)工作正常，效果較好。
　　 本課題表明LabVIEW在電液伺服系統(tǒng)中是可以應(yīng)用的，同時(shí)該系統(tǒng)在控制的實(shí)時(shí)性和快速性上也得到了一定的改善和提高。本課題主要為電液伺服系統(tǒng)的研究搭建了新的應(yīng)用研究平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上，基于虛擬儀