一種伺服壓力控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及控制技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種伺服壓力控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
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[0002]在自動(dòng)化設(shè)備中常需要以恒定的力夾緊或者壓合產(chǎn)品?，F(xiàn)有的工程應(yīng)用中使用伺服電機(jī)控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)恒力輸出可以用伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制模式，并在輸出末端加上壓力傳感器監(jiān)測輸出力的大小。但這是一個(gè)開環(huán)的系統(tǒng)，由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)引入的誤差及對電機(jī)扭矩誤差的放大，在輸出末端輸出的力與給定量有一定的差別，而且調(diào)整的靈敏性非常差，壓力傳感器只是監(jiān)測輸出力的大小，不能起到反饋?zhàn)饔谩?br>[0003]由于以上控制模式的缺點(diǎn)明顯，在實(shí)際應(yīng)用中一般會(huì)使用伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制模式或位置控制模式，在控制軟件中以輪詢的方式根據(jù)壓力傳感器采集值與給定值之差來調(diào)整控制模擬量或者是位置命令。但此控制方法的缺點(diǎn)是:需占用大量CPU的寶貴時(shí)間，需要編寫復(fù)雜的軟件代碼，而且實(shí)時(shí)性差，實(shí)際使用中要限制在很低的速度下。
[0004]申請?zhí)枮?00820057674.5的發(fā)明公開了一種基于PID控制算法的電子壓力控制器，其硬件結(jié)構(gòu)包括微處理器、按鍵、液晶屏、光藕、閥門、儲(chǔ)氣設(shè)備、壓力傳感器、電源、放大電路、PC機(jī)控制界面、RS232轉(zhuǎn)換電路等。其中，微處理器是整個(gè)系統(tǒng)的核心。本控制器基于雙傳感器負(fù)反饋，采用PID控制算法和PWM控制方式，解決了壓力控制快速性和穩(wěn)定性問題。該控制器輸入電壓為24V，正常工作氣壓為O — lOOPsi，用戶可選擇控制信號(hào)對氣壓進(jìn)行控制。該控制器使用LCD顯示技術(shù)，可以使用按鍵進(jìn)行壓力控制或標(biāo)定等的操作；并且基于Modbus協(xié)議或CAN通信，確保上位機(jī)和微控制器之間的通信，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對壓力的控制等操作以及壓力曲線的顯示。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題:基于PID控制算法的電子壓力控制器，因壓力傳感器異常等不可控因素造成輸出異常增大導(dǎo)致輸出力超過安全范圍的情況出現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]一種伺服壓力控制系統(tǒng)，包括伺服壓力控制器、壓力傳感器、伺服電機(jī)部分；
[0008]所述電源電路用于給伺服壓力控制器供電；
[0009]所述伺服壓力控制器包括MCU和單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、數(shù)碼管及按鍵掃描電路、通訊接口電路、模擬信號(hào)調(diào)零電路、ADC電路、DAC電路、信號(hào)選擇輸出電路、模擬信號(hào)PID調(diào)整電路；
[0010]所述伺服壓力控制器通過通訊接口電路連接上位機(jī)，伺服壓力控制器通過數(shù)碼管及按鍵掃描電路連接控制面板；
[0011]所述壓力傳感器將反映壓力值的電壓信號(hào)輸送給伺服壓力控制器，反映用戶命令的電壓信號(hào)通過通訊接口電路給發(fā)送給伺服壓力控制器，所述反映壓力值的電壓信號(hào)進(jìn)模擬信號(hào)調(diào)零電路調(diào)零后給ADC電路，由模擬信號(hào)PID調(diào)整電路對反映壓力的電壓信號(hào)與反映目標(biāo)壓力的電壓信號(hào)的偏差量做比例、積分、微分處理，處理后所得的電壓信號(hào)輸出給ADC電路與被控制的伺服電機(jī)系統(tǒng)。MCU可將輸入伺服壓力控制器的信號(hào)和伺服壓力控制器輸出的信號(hào)經(jīng)通訊接口電路顯示在上位機(jī)的控制界面上，同時(shí)，MCU也可將輸入伺服壓力控制器的信號(hào)和伺服壓力控制器輸出的信號(hào)經(jīng)數(shù)碼管及按鍵掃描電路顯示在控制面板上;
[0012]所述伺服壓力控制器還包括模擬信號(hào)限幅輸出電路，所述模擬信號(hào)限幅輸出電路用于將伺服壓力控制器向伺服電機(jī)系統(tǒng)輸送的電壓信號(hào)限制在設(shè)定值的范圍之內(nèi)。
[0013]按上述技術(shù)方案，模擬信號(hào)限幅輸出電路使從伺服壓力控制器向伺服電機(jī)系統(tǒng)輸送的模擬電壓在限制值范圍之內(nèi)，如此，可避免因壓力傳感器異常等不可控因素造成輸出異常增大導(dǎo)致輸出力超過安全范圍的情況出現(xiàn)。
[0014]作為對上述技術(shù)方案中模擬信號(hào)限幅輸出電路的一種說明，所謂限幅電路是限制信號(hào)輸出幅度的電路，它能按限定的范圍削平信號(hào)電壓的波形幅度，是用來限制信號(hào)電壓范圍的電路，又稱限幅器、削波器等。限幅電路應(yīng)用非常廣泛，常用于整形、波形變換、過壓保護(hù)等電路。限幅電路按功能分為上限幅電路、下限幅電路和雙向限幅電路三種。上限幅電路在輸入電壓高于某一上限電平時(shí)產(chǎn)生限幅作用；下限幅電路在輸入電壓低于某一下限電平時(shí)產(chǎn)生限幅作用；雙向限幅電路則在輸入電壓過高或過低的兩個(gè)方向上均產(chǎn)生限幅作用。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，本發(fā)明所述的模擬信號(hào)限幅輸出電路為雙向限幅電路。
[0015]作為本發(fā)明對伺服壓力控制器的一種說明，模擬信號(hào)PID調(diào)整電路具體包括求差電路、比例電路、積分電路、微分電路、求和電路；所述比例電路、積分電路、微分電路并聯(lián)后其輸入端與求差電路串接，其輸出端與求和電路串接。
[0016]作為本發(fā)明對伺服壓力控制器的一種說明，所述伺服壓力控制器包括數(shù)字電位器電路，所述數(shù)字電位器電路根據(jù)MCU指令控制模擬信號(hào)PID調(diào)整電路的比例、積分、微分參數(shù)。
[0017]作為本發(fā)明對伺服壓力控制器的一種說明，所述伺服壓力控制器還包括模擬信號(hào)調(diào)零電路，所述模擬信號(hào)調(diào)零電路可對輸入伺服壓力控制器的壓力傳感器測得電壓重新設(shè)置零點(diǎn)參考。所述模擬信號(hào)調(diào)零電路可采用申請?zhí)枮?3132129.1的發(fā)明專利申請所述的模擬信號(hào)自動(dòng)初始調(diào)零電路，該自動(dòng)初始調(diào)零電路適用于傳感器變送后模擬信號(hào)的自動(dòng)初始調(diào)零，一般電子測量儀器的快速初始調(diào)零，更適合應(yīng)用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中模擬信號(hào)的自動(dòng)初始調(diào)零。其主要由放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、調(diào)零控制電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、衰減電路、合成電路等依次構(gòu)成。其原理為輸入模擬量放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在邏輯電平控制下鎖存該數(shù)字量，將其經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬量并衰減后作為初始模擬量的記錄，將它與輸入模擬量做減法運(yùn)算，完成初始調(diào)零功能。上述發(fā)明專利申請所述的模擬信號(hào)自動(dòng)初始調(diào)零電路具有快速、邏輯電平控制調(diào)零的優(yōu)點(diǎn)，大幅度提高了工作效率，并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
[0018]基于上述對于伺服壓力控制器的說明，所述模擬信號(hào)PID調(diào)整電路的輸入端與模擬信號(hào)調(diào)零電路串接，模擬信號(hào)PID調(diào)整電路的輸出端與模擬信號(hào)限幅輸出電路串接，模擬信號(hào)PID調(diào)整電路由MCU控制。
[0019]基于上述對于伺服壓力控制器的說明，所述伺服壓力控制器還包括信號(hào)選擇輸出電路；所述伺服壓力控制器設(shè)有第一模擬量輸出通道和第二模擬量輸出通道，由模擬信號(hào)PID調(diào)整電路對壓力傳感器測得電壓信號(hào)與用戶輸入電壓信號(hào)進(jìn)行處理后所得的電壓信號(hào)通過第一模擬量輸出通道輸出給被控制的伺服電機(jī)；所述信號(hào)選擇輸出電路具有選擇第二模擬量輸出通道的功能，可以使伺服壓力控制器通過第二模擬量輸出通道輸出單獨(dú)的一路電壓信號(hào)給伺服電機(jī)系統(tǒng)，也可以使伺服壓力控制器通過第二模擬量輸出通道輸出對輸入的壓力傳感器測得電壓信號(hào)重新設(shè)置零點(diǎn)參考后的電壓信號(hào)供其他模擬量采集設(shè)備采集。
[0020]申請?zhí)?00610163738.5的發(fā)明專利申請公開了一種信號(hào)選擇電路，將從多個(gè)模擬信號(hào)中選擇的相同或不同的第一及第二模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而輸出第一及第二數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)選擇電路具備:模擬信號(hào)選擇電路，根據(jù)模擬選擇信號(hào)，從所述多個(gè)模擬信號(hào)中選擇所述第一及第二模擬信號(hào)；第一 AD轉(zhuǎn)換器，將由所述模擬信號(hào)選擇電路輸出的所述第一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第三數(shù)字信號(hào)并輸出；第二 AD轉(zhuǎn)換器，將由所述模擬信號(hào)選擇電路輸出的所述第二模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第四數(shù)字信號(hào)并輸出；數(shù)字信號(hào)選擇電路，根據(jù)數(shù)字選擇信號(hào)，將所述第三及第四數(shù)字信號(hào)的一方或雙方作為所述第一及第二數(shù)字信號(hào)而選擇輸出；和控制電路，根據(jù)用于選擇所述第一及第二數(shù)字信號(hào)的輸出選擇信號(hào)，輸出所述模擬選擇信號(hào)及所述數(shù)字選擇信號(hào)。
[0021]本發(fā)明可采用上述發(fā)明專利申請中的信號(hào)選擇電路作為信號(hào)選擇輸出電路。如此，經(jīng)過調(diào)零后的壓力信號(hào)和單獨(dú)一路DAC轉(zhuǎn)換得到的模擬量信號(hào)進(jìn)入信號(hào)選擇電路。所述信號(hào)選擇輸出電路可將單獨(dú)一路DAC轉(zhuǎn)換得到的模擬量信號(hào)經(jīng)伺服壓力控制器第二模擬量輸出通道輸出給伺服電機(jī)系統(tǒng)，也可以將調(diào)零后的壓力信號(hào)經(jīng)伺服壓力控制器第二模擬量輸出通道輸出給其他模擬量采集設(shè)備，供其采集。
[0022]作為本發(fā)明對伺服壓力控制器的一種說明，所述伺服壓力控制器還包括數(shù)字I/O電路，所述數(shù)字I/o電路使伺服壓力控制器能與其他器件進(jìn)行I/O信號(hào)交互。
[0023]作為本發(fā)明對電源電路的一種說明，所述電源電路包括三端穩(wěn)壓芯片，所述電源電路設(shè)有電源監(jiān)測電路，所述電源監(jiān)測電路將電源電路三端穩(wěn)壓芯片前端電壓分壓后與一基準(zhǔn)電壓比較，來監(jiān)測輸入電源電壓是否低于安全值。
[0024]由上述說明可知，本發(fā)明所述伺服壓力控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將壓力傳感器采集值做反饋實(shí)現(xiàn)了一個(gè)實(shí)時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng)，很好地解決了傳統(tǒng)控制方式的不足之處，優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
[0025]1、能夠根據(jù)給定命令精確控制輸出末端輸出力的大小，并且保證輸出末端輸出力的恒定，即便輸出末端位置一直變化，也能夠保證輸出末端輸出恒定力；
[0026]