基于雙核處理器的電液伺服控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開的基于雙核處理器的電液伺服控制器，包括有通過SPI總線連接的STM32微控制器和DSP微處理器，STM32微控制器和DSP微處理器分別與電源管理系統(tǒng)連接；STM32微控制器連接有第一復(fù)位系統(tǒng)、外部時鐘、GPIO擴展單元、報警電路、第一JTAG接口、輸出信號自檢電路、第一光電隔離單元、本地給定信號模塊、輸入信號自檢電路、第二光電隔離單元，STM32微控制器與觸摸屏構(gòu)成閉合回路；DSP微處理器連有外部時鐘、第二復(fù)位系統(tǒng)、以太網(wǎng)通信模塊、EEPROM、第二JTAG接口，DSP微處理器與外擴SRAM通過導(dǎo)線構(gòu)成閉合回路。本實用新型的電液伺服控制器實現(xiàn)了對電液伺服系統(tǒng)的智能及準確的控制。
【專利說明】基于雙核處理器的電液伺服控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于工業(yè)控制設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種電液伺服控制器，具體涉及一種基于雙核處理器的電液伺服控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]電液伺服控制系統(tǒng)是電液控制技術(shù)中最早出現(xiàn)的一種應(yīng)用形式。通常所說的電液伺服控制系統(tǒng)，從其結(jié)構(gòu)組成來說，是指以電液伺服閥(或伺服變量泵)作為電液轉(zhuǎn)換和放大元件來實現(xiàn)某種控制規(guī)律的系統(tǒng)，它的輸出信號能跟隨輸入信號快速變化，有時也稱為隨動系統(tǒng)。
[0003]電液伺服控制系統(tǒng)將液壓技術(shù)與電子及電氣技術(shù)有機地結(jié)合，既具有高精度且快速調(diào)節(jié)響應(yīng)能力，又具有控制大慣量且實現(xiàn)大功率輸出的優(yōu)點，因而在國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)等各個【技術(shù)領(lǐng)域】得到了廣泛的應(yīng)用。與現(xiàn)代微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制理論相結(jié)合發(fā)展起來的電液伺服控制、電液數(shù)字控制和電液比例控制構(gòu)成了現(xiàn)代液壓控制技術(shù)的完整體系?，F(xiàn)階段，電液伺服控制系統(tǒng)已成為工業(yè)自動化與武器裝備自動化【技術(shù)領(lǐng)域】的一個重要研究方面；凡是需要大功率、快響應(yīng)、高精度的控制系統(tǒng)，都可采用電液控制技術(shù)，而且都已有成功例證。
[0004]目前，伺服控制系統(tǒng)大部分都采用傳統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，控制方法比較固定，而且也無法實現(xiàn)許多在不同工況下的高性能控制方法，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求；此外，國內(nèi)的伺服系統(tǒng)缺乏自主研發(fā)的主導(dǎo)產(chǎn)品且多為國外進口，不但價格昂貴，而且智能化程度不高。隨著科技的進步，工業(yè)自動化程度的提高，工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄娨核欧到y(tǒng)的要求也隨之提高，為了打破國外對此項技術(shù)的壟斷地位，現(xiàn)階段迫切需要研制一種智能型、高可靠性及控制性能更加優(yōu)秀的電液伺服系統(tǒng)。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種基于雙核處理器的電液伺服控制器，實現(xiàn)了對電液伺服系統(tǒng)的智能及準確的控制。
[0006]本實用新型所采用的技術(shù)方案是，基于雙核處理器的電液伺服控制器，包括有通過SPI總線連接的STM32微控制器和DSP微處理器，STM32微控制器和DSP微處理器分別通過導(dǎo)線與電源管理系統(tǒng)連接；STM32微控制器分別連接有第一復(fù)位系統(tǒng)、8M外部時鐘、GPIO擴展單元、報警電路、第一 JTAG接口、輸出信號自檢電路、第一光電隔離單元、本地給定信號模塊、輸入信號自檢電路、第二光電隔離單元，STM32微控制器通過導(dǎo)線與觸摸屏構(gòu)成閉合回路；DSP微處理器分別連接有30M外部時鐘、第二復(fù)位系統(tǒng)、以太網(wǎng)通信模塊、EEPR0M、第二 JTAG接口，DSP微處理器與外擴SRAM通過導(dǎo)線構(gòu)成閉合回路。
[0007]本實用新型所采用的特點還在于，
[0008]STM32微控制器內(nèi)分別設(shè)置有第一 SPI模塊、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換器，DSP微處理器內(nèi)設(shè)置有第二 SPI模塊，第一 SPI模塊與第二 SPI模塊之間通過SPI總線構(gòu)成閉合回路；STM32微控制器內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器分別與所述第二光電隔離單元、本地給定信號模塊連接，第二光電隔離單元分別連接有輸入信號自檢電路、I/U變換電路，I/U變換電路分別連接有指令遠程給定信號模塊、位置反饋信號模塊；STM32微控制器內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器通過與第一光電隔離單元連接，第一光電隔離單元分別與輸出信號自檢電路、U/I變換器電路連接，U/I變換器電路分別與輸出信號自檢電路、伺服閥、位置變送器連接，伺服閥與電液伺服閥連接。
[0009]STM32微控制器的具體型號為:STM32F103RET6。
[0010]DSP微處理器的具體型號為:TMS320F28335。
[0011 ] 以太網(wǎng)通信模塊連接有上層管理PC機。
[0012]以太網(wǎng)通信模塊采用的是DM9000A以太網(wǎng)通信模塊。
[0013]本實用新型的有益效果在于:
[0014](I)本實用新型基于雙核處理器的電液伺服控制器采用DSP和STM32為雙核控制器，其中DSP主要做控制算法，STM32主要控制外圍電路，兩者分工協(xié)同工作，不僅擺脫了國外的技術(shù)封鎖，同時能夠根據(jù)用戶需求完全從底層開始進行設(shè)計研發(fā)工作，包括底層的硬件電路設(shè)計和底層驅(qū)動程序設(shè)計，完全自主研發(fā)，不僅提高了整個系統(tǒng)集成化程度，還更加方便了日后對系統(tǒng)的升級；
[0015](2)本實用新型基于雙核處理器的電液伺服控制器的智能化程度相當(dāng)高，如:實時監(jiān)測系統(tǒng)，通過對液壓系統(tǒng)給定信號、反饋信號、位置信號的采集，以可視化的形式展現(xiàn)出來，用戶可以對系統(tǒng)的運行狀態(tài)一目了然，設(shè)計了完善的故障報警自診斷程序，通過對系統(tǒng)各個信號的采集，能及時判斷故障的類型，將其精確定位并采取相應(yīng)的保護措施，提高了系統(tǒng)的安全性和可維護性；
[0016](3)本實用新型基于雙核處理器的電液伺服控制器具有實現(xiàn)多種控制策略的能力，隨著控制學(xué)科的飛速發(fā)展，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制策略被廣泛應(yīng)用于電液伺服系統(tǒng)，本實用新型基于雙核處理器的電液伺服控制器從實際的需求出發(fā)考慮，結(jié)合精確數(shù)字PID控制方法和模糊Fuzzy控制方法自身的優(yōu)勢，組合成Fuzzy-PID控制方法，根據(jù)偏差的大小范圍，選擇合適的控制方法進行調(diào)節(jié)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型基于雙核處理器的電液伺服控制器的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖中，1.STM32微控制器，2.DSP微處理器，3.電源管理系統(tǒng)，4.第一復(fù)位系統(tǒng)，
5.8M外部時鐘，6.觸摸屏，7.GPIO擴展單元，8.報警電路，9.第一 JTAG接口，10.第一光電隔離單元，11.輸出信號自檢電路，12.本地給定信號模塊，13.輸入信號自檢電路，14.第二光電隔離單元，15.U/I變換電路，16.伺服閥，17.位置變送器，18.電液伺服閥，19.遠程給定信號模塊，20.位置反饋信號模塊，21.30M外部時鐘，22.第二復(fù)位系統(tǒng)，23.以太網(wǎng)通信模塊，24.EEPR0M，25.第二 JTAG接口，26.外擴SRAM，27.上層管理PC機，28.1/U變換電路。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0020]本實用新型基于雙核處理器的電液伺服控制器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括有通過SPI總線連接的STM32微控制器I和DSP微處理器2，STM32微控制器I和DSP微處理器2分別通過導(dǎo)線與電源管理系統(tǒng)3連接；STM32微控制器I分別連接有第一復(fù)位系統(tǒng)4、8M外部時鐘5、GPIO擴展單元7、報警電路8、第一 JTAG接口 9、輸出信號自檢電路11、第一光電隔離單元10、本地給定信號模塊12、輸入信號自檢電路13、第二光電隔離單元14，STM32微控制器I通過導(dǎo)線與觸摸屏6構(gòu)成閉合回路；DSP微處理器2分別連接有30M外部時鐘21、第二復(fù)位系統(tǒng)22、以太網(wǎng)通信模塊23、EEPR0M24、第二 JTAG接口 25，DSP微處理器2與外擴SRAM26通過導(dǎo)線構(gòu)成閉合回路。
[0021]STM32微控制器I內(nèi)分別設(shè)置有第一 SPI模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器；DSP微處理器2內(nèi)設(shè)置有第二 SPI模塊，第一 SPI模塊與第二 SPI模塊之間通過SPI總線構(gòu)成閉合回路。
[0022]STM32微控制器I內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器分別與第二光電隔離單元14、本地給定信號模塊12連接，第二光電隔離單元14分別連接有輸入信號自檢電路13、I/U變換電路28，I/U變換電路28分別連接有遠程給定信號模塊19、位置反饋信號模塊20 ；STM32微控制器I內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器通過與第一光電隔離單元10連接，第一光電隔離單元10分別與輸出信號自檢電路11、U/I變換器電路15連接，U/I變換器電路15分別與輸出信號自檢電路11、伺服閥16、位置變送器17連接，伺服閥16與電液伺服閥18連接。
[0023]其中，STM32微控制器I的具體型號為:STM32F103RET6。
[0024]DSP微處理器2的具體型號為:TMS320F28335.[0025]以太網(wǎng)通信模塊23采用的是DM9000A以太網(wǎng)通信模塊；以太網(wǎng)通信模塊23還連接有上層管理PC機27。 [0026]本實用新型的伺服控制器調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)內(nèi)各部件的作用:
[0027]第一復(fù)位系統(tǒng)4與第二復(fù)位系統(tǒng)22內(nèi)預(yù)先設(shè)置系統(tǒng)初始化方法，用于完成系統(tǒng)初始化設(shè)置；
[0028]STM32微控制器I內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器分別進行模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換；
[0029]與STM32微控制器I連接的報警電路8內(nèi)集成有系統(tǒng)自檢報警子程序，用于進行報警，
[0030]STM32微控制器I內(nèi)的第一 SPI模塊與DSP微處理器2內(nèi)的第二 SPI模塊連接，用于實現(xiàn)兩者之間的通信；
[0031]DSP微處理器2內(nèi)預(yù)先設(shè)置了 Fuzzy-PID控制即模糊PID控制方法；
[0032]以太網(wǎng)通信模塊23實現(xiàn)了 DSP微處理器2與上層管理PC機27之間通信；
[0033]由EEPR0M24完成數(shù)據(jù)的存儲。
[0034]本實用新型基于雙核處理器的電液伺服控制器中采用的模糊PID控制方法。
[0035]本實用新型基于雙核處理器的電液伺服控制器有遠程控制和本地控制兩種工作模式:由STM32微控制器I的相應(yīng)的GPIO擴展單元7的高低電平控制，STM32微控制器I將控制模式代碼和采集的數(shù)據(jù)組幀后通過第一 SPI模塊傳給DSP微處理器2，遠程控制模式代碼為B5H，本地控制模式代碼為B6H，DSP微處理器2通過接收到的數(shù)據(jù)來確定遠程或本地工作模式。
[0036]當(dāng)工作在遠程控制模式下時，DSP微處理器2將根據(jù)遠程給定信號模塊19發(fā)出的指令信號和位置反饋信號模塊20發(fā)出的反饋信號的偏差進行運算，得出輸出控制量；當(dāng)工作在本地控制模式下時，DSP微處理器2將根據(jù)本地給定信號模塊12發(fā)出的本地給定信號和位置反饋信號模塊20發(fā)出的反饋信號的偏差進行計算，得出輸出控制量。
[0037]在工業(yè)現(xiàn)場，由于用來實現(xiàn)位置反饋的位置變送器17和電液伺服閥18的安裝結(jié)構(gòu)原因，電液伺服閥18實際的負載行程的滿量程位置和零點位置有可能會與本實用新型的伺服控制器調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)輸出控制信號的量程相反，并且位置變送器17的反饋信號的量程也有可能與實際位置對應(yīng)的量程相反，即為伺服閥16的反作用和反饋反作用工作情況。針對以上情況，在控制方法實現(xiàn)上考慮到伺服閥16的反作用和反饋反作用，通過讀取STM32微控制器I相應(yīng)的GPIO擴展單元7的高低電平，來判斷伺服閥16與位置反饋的正反作用，伺服閥16正作用模式代碼為C5H，伺服閥16反作用模式代碼為C6H，位置變送器17反饋正作用模式代碼為C7H，位置變送器17反饋反作用模式代碼為C8H，進行數(shù)據(jù)組幀后通過SPI傳給DSP，DSP微處理器2根據(jù)收到的數(shù)據(jù)信息來確定伺服閥16和位置變送器17反饋的工作情況，并以此來確定相應(yīng)的算法處理和修改。當(dāng)伺服閥16為反作用時，對計算的偏差取反，并根據(jù)取反后的偏差進行PID運算，得出輸出控制量；當(dāng)位置變送器17反饋為反作用時，根據(jù)反饋信號的量程，在計算偏差前，對反饋信號的值進行修正，并根據(jù)本地給定信號單元給出的信號或指令遠程給定信號模塊發(fā)出的信號與位置變送器17反饋反作用時的反饋信號的偏差進行PID運算，得出輸出控制量。
【權(quán)利要求】
1.基于雙核處理器的電液伺服控制器，其特征在于，包括有通過SPI總線連接的STM32微控制器(I)和DSP微處理器(2 )，所述STM32微控制器(I)和DSP微處理器(2 )分別通過導(dǎo)線與電源管理系統(tǒng)(3)連接； 所述STM32微控制器(I)分別連接有第一復(fù)位系統(tǒng)(4)、8M外部時鐘(5)、GPIO擴展單元(7)、報警電路(8)、第一 JTAG接口(9)、輸出信號自檢電路(11)、第一光電隔離單元(10)、本地給定信號模塊(12)、輸入信號自檢電路(13)、第二光電隔離單元(14)，所述STM32微控制器(I)通過導(dǎo)線與觸摸屏(6)構(gòu)成閉合回路； 所述DSP微處理器(2)分別連接有30M外部時鐘(21)、第二復(fù)位系統(tǒng)(22)、以太網(wǎng)通信模塊(23)、EEPROM (24)、第二 JTAG接口(25)，所述DSP微處理器(2)與外擴SRAM (26)通過導(dǎo)線構(gòu)成閉合回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙核處理器的電液伺服控制器，其特征在于，所述STM32微控制器(I)內(nèi)分別設(shè)置有第一 SPI模塊、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換器，所述DSP微處理器(2)內(nèi)設(shè)置有第二 SPI模塊，所述第一 SPI模塊與所述第二 SPI模塊之間通過SPI總線構(gòu)成閉合回路； 所述STM32微控制器(I)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器分別與所述第二光電隔離單元(14)、本地給定信號模塊(12)連接，所述第二光電隔離單元(14)分別連接有輸入信號自檢電路(13)、1/U變換電路(28)，所述I/U變換電路(28)分別連接有指令遠程給定信號模塊(19)、位置反饋信號模塊(20); 所述STM32微控制器(I)內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器通過與所述第一光電隔離單元(10)連接，所述第一光電隔離單元(10)分別與輸出信號自檢電路(11)、U/I變換器電路(15)連接，所述U/I變換器電路(15)分別與輸出信號自檢電路(11)、伺服閥(16)、位置變送器(17)連接，所述伺服閥(16)與電液伺服閥(18)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于雙核處理器的電液伺服控制器，其特征在于，所述STM32微控制器(I)的具體型號為:STM32F103RET6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于雙核處理器的電液伺服控制器，其特征在于，所述DSP微處理器(2)的具體型號為:TMS320F28335。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙核處理器的電液伺服控制器，其特征在于，所述以太網(wǎng)通信模塊(23)連接有上層管理PC機(27)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于雙核處理器的電液伺服控制器，其特征在于，所述以太網(wǎng)通信模塊(23)采用的是DM9000A以太網(wǎng)通信模塊。
【文檔編號】G05B19/418GK203759526SQ201420155731
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】王延年, 熊偉, 李 浩, 羅堯, 來翔星, 李歡 申請人:西安工程大學(xué)