基于LabVIEW和TMS320F2812的液壓伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　1 引言

　　隨著試驗機技術(shù)的進步，近年來國內(nèi)外電子液壓萬能試驗機發(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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)及計算機采集處理等技術(shù)，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(yōu)勢。因此，廣泛應(yīng)用于汽車構(gòu)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(shù)的基礎(chǔ)上，對基于LabVIEW和TMS320F2812的液壓伺服控制系統(tǒng)進行了深入的研究，本系統(tǒng)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(tǒng)采用數(shù)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(shù)據(jù)存儲器和12位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，達到了系統(tǒng)的精度要求。

　　2 液壓伺服控制系統(tǒng)的組成

　　本文設(shè)計的電液伺服系統(tǒng)分為以高速數(shù)字處理器DSP為核心的集信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、控制、轉(zhuǎn)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(tǒng)利用串行通信口將試驗機的操作者通過人機界而發(fā)出的各種控制命令發(fā)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(tǒng)的工作狀態(tài)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(tǒng)如圖1所示。

　　3 上位機人機界面軟件設(shè)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(huán)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(yīng)用于任何編程任務(wù)，具有擴展函數(shù)庫的通用編程語言。和C語言等語言一樣，G語言定義了數(shù)據(jù)模型、結(jié)構(gòu)類型和模塊調(diào)用語法規(guī)則等編程語言的基本要素，在功能完整性和應(yīng)用靈活性上不遜色于任何高級語言。G語言與傳統(tǒng)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(shù)據(jù)的發(fā)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(tài)信號和反饋信號，供上位機顯示和保存用。數(shù)據(jù)發(fā)送功能則是上位機通過串口以一定的協(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(tǒng)設(shè)置模塊

　　系統(tǒng)設(shè)置模塊簡單介紹標定與控制參數(shù)設(shè)定這兩部分。

　　標定部分主要是根據(jù)載荷傳感器，位移傳感器等不同傳感器之間性能參數(shù)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(shù)標準。

　　控制參數(shù)設(shè)定包括控制方式的選擇，試驗類型，限制值等參數(shù)的設(shè)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(xiàn)場設(shè)備都要經(jīng)過由靜態(tài)向動態(tài)的工作過程，所以必須在靜態(tài)時設(shè)置其靜態(tài)初始值，同時規(guī)定其上下限值，超出這一范圍系統(tǒng)都要強行停機。實驗類型分為常規(guī)，擬動力，疲勞，隨機波等。

　　液壓伺服控制系統(tǒng)的正常工作是在各種不同模擬信號波形的驅(qū)動下實現(xiàn)的，這就要求上位機設(shè)置這些波形的動態(tài)實驗參數(shù)，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(fù)次數(shù)，位于第幾譜塊等參數(shù)都要通過幀協(xié)議發(fā)送給下位機。

　　上位機也要將PID控制的P，I，D參數(shù)發(fā)送給下位機，由于這些參數(shù)都是浮點型，而DSP2812只能處理定點數(shù)據(jù)，所以上位機需要在發(fā)送數(shù)據(jù)前將浮點數(shù)轉(zhuǎn)化為定點數(shù)，以便下位機識別。

　　上位機動態(tài)參數(shù)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。

　　數(shù)據(jù)生成與保存是將試驗的一些參數(shù)包括通道分配、控制方式、系統(tǒng)標定的數(shù)據(jù)、載荷譜等數(shù)據(jù)保存在不同的文件中。

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　　4 實時控制器的設(shè)計

　　4.1 實時控制器硬件設(shè)計

　　該系統(tǒng)的實時控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示，主要包括模擬信號輸入接口電路、信號調(diào)理電路、時鐘與復(fù)位電路、電源轉(zhuǎn)換電路、外部存儲器擴展電路、數(shù)據(jù)通信接口電路、功率放大等部分。

　　本文采用DSP2812自帶外設(shè)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(shù)據(jù)，一片DAC7625芯片用以實現(xiàn)數(shù)字信號向模擬信號的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的模擬信號經(jīng)功率放大后輸出。

　　4.1.1 外部數(shù)據(jù)存儲器

　　外部數(shù)據(jù)存儲器采用ISSI公司的ISLV6416芯片，ISLV6416是一片64 k