摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，液壓同步控制系統(tǒng)在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用。本文介紹了一種基于GT-400-SV運(yùn)動控制器的液壓同步控制系統(tǒng)并對系統(tǒng)的硬件、軟件及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析。調(diào)試結(jié)果表明：GT-400-SV運(yùn)動控制器能夠滿足系統(tǒng)具有同步性能的要求。 關(guān)鍵字：GT-400-SV;液壓系統(tǒng);同步控制 Abstract: With the development of modern industry ,hydraulic synchronized control system has been applied in mang fields. ,A hydraulic synchronized control system on GT-400-SV motion controller is introduced, and hardware,software,and inplementation of the system is analyzed.Debugging results showed that: GT-400-SV motion controller system is synchronized to meet performance requirements. Keyword: GT-400-SV;Hydraulic System;Synchronous control 1 引言 　　液壓系統(tǒng)同步控制就是使得兩個或者多個液壓缸在運(yùn)動過程中達(dá)到速度同步和位置同步。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，液壓同步控制技術(shù)在金屬加工、冶金機(jī)械、工程機(jī)械及航空航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。汽車縱梁液壓機(jī)由多個液壓缸并聯(lián)工作，其同步驅(qū)動一般采用比例控制閥組成的同步閉環(huán)控制。連鑄生產(chǎn)過程中拉坯機(jī)拉輥速度的高精度同步控制，采用了電液伺服閥控馬達(dá)同步閉環(huán)技術(shù)，同時為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和同步精度及良好的動態(tài)響應(yīng)能力，控制算法中采用了優(yōu)化參數(shù)的PID校正網(wǎng)絡(luò)，同步精度為0.45%。“勝利二號”鉆井平臺的四缸同步驅(qū)動采用電液比例變量泵、自整角機(jī)組成同步閉環(huán)控制系統(tǒng)，并采用了PID優(yōu)化控制策略實(shí)現(xiàn)了同步控制。三峽大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)子靜平衡裝置中的四缸同步控制系統(tǒng)采用電液比例閥，并利用模糊控制的方法實(shí)現(xiàn)了同步控制。航空航天高新技術(shù)工程中的萬噸數(shù)控鍛造液壓機(jī)中的五缸同步控制，采用了閥控液壓缸的方式和PID與模糊控制的復(fù)合控制策略，同步精度達(dá)到了0.6mm。 　　本文所介紹的液壓同步控制系統(tǒng)，運(yùn)用低成本的固高GT-400-SV運(yùn)動控制器控制算法，采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)同步控制。GT-400-SV運(yùn)動控制器在機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、木工機(jī)械、印刷機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、電子加工設(shè)備及激光加工設(shè)備等領(lǐng)域都已得到應(yīng)用。而本文介紹將GT-400-SV運(yùn)動控制器運(yùn)用于液壓系統(tǒng)，有效克服了現(xiàn)有液壓油缸同步運(yùn)動控制的不足，大大提高了同步運(yùn)動的控制精度。 2 系統(tǒng)硬件 2.1 硬件結(jié)構(gòu) 　　該系統(tǒng)由PC機(jī)、固高運(yùn)動控制板、電液比例閥、編碼器、通信電纜及液壓缸等組成。其中PC機(jī)為上位主機(jī)，固高GT-400-SV運(yùn)動控制器為下位機(jī)。通過PCI模式實(shí)現(xiàn)PC主機(jī)與GT-400-SV運(yùn)動控制器的信息交換。PC機(jī)向運(yùn)動控制器發(fā)出運(yùn)動控制指令，并通過該接口獲取運(yùn)動控制器的當(dāng)前狀態(tài)和相關(guān)控制參數(shù)，GT-400-SV運(yùn)動控制器主要負(fù)責(zé)完成實(shí)時對電液比例閥的控制以實(shí)現(xiàn)對液壓缸的行程位置的控制，并通過編碼器接口控制獲得運(yùn)動位置反饋信息。 　　GT-400-SV運(yùn)動控制器可實(shí)現(xiàn)四缸的同步控制，系統(tǒng)工作時，四個調(diào)高油缸必須同步運(yùn)動（包括速度同步和位置同步），且同步控制精度要求非常高。通過編碼器實(shí)時采集與液壓缸相連的編碼器的數(shù)值，即四個液壓缸的運(yùn)動位移值。以四個液壓缸運(yùn)動位移值最大者為基準(zhǔn)，其他液壓缸的位移值與之相比較而得到各液壓缸的偏差位移量，經(jīng)過運(yùn)動控制器相應(yīng)的控制算法計(jì)算后，由控制程序發(fā)出相應(yīng)的指令，驅(qū)動閥芯運(yùn)動，控制電液比例閥流量的大小，進(jìn)而控制液壓缸的位移，消除位移誤差，最終達(dá)到四缸同步。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1. [align=center] 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 2.2 GT-400-SV運(yùn)動控制器 　　固高公司生產(chǎn)的GT系列運(yùn)動控制器，可以實(shí)現(xiàn)四軸的同步控制，在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。本課題正是利用GT-400-SV運(yùn)動控制器實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)同步控制。 　　GT-400-SV運(yùn)動控制器核心由ADSP2181數(shù)字信號處理器FPGA組成，實(shí)現(xiàn)高性能的控制計(jì)算。它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。GT-400-SV運(yùn)動控制器以IBM-PC及其兼容機(jī)為主，提供標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線產(chǎn)品。方便用戶配置系統(tǒng)硬件。控制器在實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制信號處理的同時，集成了編碼器輸入端口，通過編碼器采集到的位移信號，可以直接反饋到運(yùn)動控制器，從而簡化了系統(tǒng)硬件的接線，減少了信號損失，提高了系統(tǒng)的工作效率。 3 系統(tǒng)軟件 　　系統(tǒng)采用VB來進(jìn)行程序開發(fā)，而運(yùn)動控制器配備了在Windows98/2000/NT環(huán)境下的功能強(qiáng)大的動態(tài)鏈接庫（DLL）,在編寫程序時只要對動態(tài)鏈接庫進(jìn)行調(diào)用即能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動控制器的各種功能。 　　VB為Visual Basic 的縮寫，是1991年美國微軟公司推出的，目前的最新版本是VB 2008 Beta2（VB9）中文版，本系統(tǒng)采用Visual Basic 6。Visual Basic是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動方式的結(jié)構(gòu)化高級程序設(shè)計(jì)語言，可用于開發(fā) Windows 環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。它簡單易學(xué)、效率高，且功能強(qiáng)大可以與 Windows 專業(yè)開發(fā)工具SDK相媲美。在Visual Basic環(huán)境下，利用事件驅(qū)動的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計(jì)工具，使用Windows內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，以用動態(tài)鏈接庫（DLL）、對象的鏈接與世隔嵌入（OLE）、開放式數(shù)據(jù)連接（ODBC）等技術(shù)，可以高效、快速地開發(fā)Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。隨著VB是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動方式的結(jié)構(gòu)化高級程序設(shè)計(jì)語言，可用于開發(fā) Windows 環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。它簡單易學(xué)、效率高，且功能強(qiáng)大可以與 Windows 專業(yè)開發(fā)工具SDK相媲美。VB是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動方式的結(jié)構(gòu)化高級程序設(shè)計(jì)語言，可用于開發(fā) Windows 環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。它簡單易學(xué)、效率高，且功能強(qiáng)大可以與 Windows 專業(yè)開發(fā)工具SDK相媲美。 　　介紹板卡軟件即其提供的動態(tài)鏈接庫，系統(tǒng)使用VB編程 介紹VB。軟件實(shí)現(xiàn)介紹動態(tài)鏈接庫的調(diào)用控制算法和程序框圖。硬件實(shí)現(xiàn)寫板卡跳線的處理和連接線 4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 　　4.1硬件實(shí)現(xiàn) 　　硬件的實(shí)現(xiàn)為：第一，將控制器板卡插入工控機(jī)PCI插槽并安裝控制器通訊驅(qū)動;第二，對硬件進(jìn)行接線;第三連接硬件設(shè)備電源。其中硬件接線圖如2. [align=center] 圖2 運(yùn)動控制器接線圖[/align] 　　在GT-400-SV運(yùn)動控制器接線端子板上，CN5～CN8對應(yīng)要控制的四個軸，連接對應(yīng)每個液壓缸的電液比例閥和編碼器。其中每個軸的接線方式如圖3所示（以CN5為例）。 [align=center] 圖3 控制器端子板CN5接線圖[/align] 4.2軟件實(shí)現(xiàn) 　　將隨運(yùn)動控制器所帶光盤中Windows\VB目錄下提供的TDeclarPCI.bas 加入用戶的工程中調(diào)用運(yùn)動控制器的動態(tài)鏈接庫，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制器的功能。GT-400-SV運(yùn)動控制器內(nèi)部采用PID濾波器，外加速度和加速度前饋，即PID+Kvff+Kaff濾波器，外部通過編碼器采集的位置反饋信息。在運(yùn)動控制軸初始化中，通過對數(shù)字伺服濾波參數(shù)的調(diào)節(jié)和外部編碼器的位置反饋信息，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確而穩(wěn)定的控制?？刂扑惴驁D如圖4. [align=center] 圖4 運(yùn)動控制器控制算法圖[/align] 　　計(jì)算公式為： 　　 　　式（1）控制算法計(jì)算公式 　　系統(tǒng)采用VB來進(jìn)行程序開發(fā)。系統(tǒng)程序主要由三個模塊分組成：控制模塊、執(zhí)行模塊及反饋模塊分組成。程序流程圖如圖5. [align=center] 圖5 程序流程圖[/align] 5 調(diào)試結(jié)果 　　通過現(xiàn)場對該控制系統(tǒng)的調(diào)試，得到以下結(jié)論：基于GT-400-SV運(yùn)動控制器的液壓同步控制系統(tǒng)，具有良好的同步性，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。圖6為某一采樣時刻通過編碼器采集到的四個缸的位移數(shù)據(jù)。編碼器為四倍頻增量式，所以40個脈沖等量為一個毫米，從圖5我們可以看到，位移最大值為第二個缸，最快缸與最慢缸誤差為39個脈沖，四缸基本上達(dá)到了同步，達(dá)到了系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求。 [align=center] 圖6 某一時刻四缸位移圖[/align] 6 結(jié)束語 　　在液壓同步控制系統(tǒng)應(yīng)用中，由GT-400-SV作為運(yùn)動控制器的同步控制系統(tǒng)達(dá)到了試驗(yàn)性能指標(biāo)，有效克服了現(xiàn)有液壓系統(tǒng)同步控制的不足。節(jié)省了人力、減少了投資成本，使工作效率得到很大提高，且提高了同步控制的精度。 參考文獻(xiàn) 　　【1】 張劍、殷蘇民，基于運(yùn)動控制卡的開放式數(shù)控系統(tǒng)研制，機(jī)床與液壓，2003.NO.3 　　【2】 楊宏斌、閆花茹、李永剛，固高運(yùn)動控制板在數(shù)控研齒機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)中的應(yīng)用，煤礦機(jī)械，2006.NO.6 　　【3】 竇真蘭、張同莊、李素英，液壓支架試驗(yàn)臺監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，礦山機(jī)械，第34卷2006.NO.5 　　【4】 劉儉、許忠華、郭穎，液壓缸同步控制的應(yīng)用研究，自動化技術(shù)與應(yīng)用，2002年第21卷第四期461543206 　　【5】 李紹卓,趙敬民,許啟興,王薇.關(guān)于位置控制技術(shù)的研究.數(shù)控技術(shù) 　　【6】 姜虹,葉偉,蔡永琳.數(shù)控機(jī)床位置控制系統(tǒng)仿真.制造業(yè)自動化,2006年12月