LabVIEW环境下的阀控马达电液伺服机构及其测控系统

　　0 引言

　　大功率飞行姿态仿真转台用于在地面实验室中模拟导弹在空中飞行时绕弹体自身轴坐标旋转的姿态运动,它通过仿真转台各轴运动框架的角运动来模拟导 弹飞行时的姿态角变化。在大型仿真转台中,各框架的角运动与控制主要采用电液伺服马达系统直接驱动,以避免驱动机构环节增多而导致系统刚度差、控制精度低 等缺陷。由此对各轴运动框架的电液控制系统及其性能提出了严格的要求:即超低速,高频响,宽调速,大扭矩,高精度。而构造仿真转台的核心主要是电液伺服马 达系统及其运动控制技术。本文以转台中的方位角跟踪电液伺服马达系统(单通道)为控制对象,以[美]NI公司的LabVIEW为软件开发环境,并以NI- PCI6014控制卡和LEO工业控制计算机组成控制器,实现用于方位角跟踪的电液伺服马达系统的方位控制,以及系统性能的在线实时测试。这项(单通道) 技术方案还可推广到多轴转台的运动控制与系统性能的实时测试。

　　1 系统组成的基本结构

　　LabVIEW环境下的阀控马达伺服机构及其测控

　　系统的组成如图1所示。图中工业控制计算机为LEO系列,软件开发环境为NI公司的LabVIEW 710和NI-MOTION 6.2;用于测控的数据采集与控制卡为NI-6014;驱动放大器自主设计,采用以OP07、9014、9015组成的共轭推挽功率输出电路;电液伺服阀 采用SFD-3B型;液压马达为MHT32多作用叶片式低速大扭矩液压马达;光电编码器为GSD-001-14J绝对式,角分辨率为;负载为均匀圆盘形惯性负载。

　　系统工作过程说明:通过LabVIEW环境编制的系统操作界面,在控制操作区设定马达转动的角度与转动速度的输入值,启动操作界面软开关,控制 信号经由NI-6014的D/A通道、限幅伺服放大器,开启伺服阀驱动液压马达以设定的速度转过设定的角度。其旋转过程的运动参数(角位移、角速度),由 绝对式光电编码器(14位)以214的编码形式输入到NI-6014的D-I/O通道(16位, D0~D13作为角度编码读数, D14作为旋转方向判别),作为反馈信号,通过系统软件设定的相关控制算法和显示程序后,以直观的角度、角速度表(圆盘形)和数字形式同时显示其值。启动 系统时域特性显示区和频域特性显示区的有关操作按钮,便可在显示区显示出相关的特性曲线(如阶跃响应、斜坡跟踪及对数幅频特性等)。

　　2 系统模型与运动控制技术

　　根据转台技术要求,即在实验室条件下仿真导弹在飞行中的姿态运动,其技术要求涉及到运动控制的主要有:①角度变化范围和角位置精度;②角速度变 化范围和角速度精度;③最大角加速度;④频率响应特性。其方位角单轴运动控制的说明如下:在控制器方位角控制单元部分设置了一个混合型Fuzzy_ PID位置伺服控制结构(如图2)。即在前向通道加入二维模糊控制模块,它以系统误差E和误差变化EC作为控制输入的语句变量,因而具有类似常规PD控制 器的作用,使系统获得良好的动态特性(但其静态性能较差)。为此,根据线性系统理论,PI作用既可获得较高的稳态精度,又具有较高的动态响应。若将PI策 略加入Fuzzy控制,则构成Fuzzy_ PID控制模式,这样可使系统的性能得到极大的改善。模式选择(软)开关用于切换选择积分增益是否全程有效或是在控制速度为零时有效。其模糊控制主要用于 阀死区补偿和较大误差的快速校正;比例增益Kp用于保证系统的刚度;微分增益Kd用于保证系统稳定工作所需要的阻尼;积分增益Ki用于消除较小的稳态误 差。