计算机电液一体化控制技术的优化方案

随着电子技术和计算机控制技术的日益发展，液压技术也日益朝着智能化方向迈进，计算机电液控制技术是计算机控制技术与液压传动技术相结合的产物。这种控制系统除常规的液压传动系统外，通常还有数据采集装置、信号隔离和功率放大电路、驱动电路、电-机械转换器、主控制器（微型计算机或单片机）及相关的键盘及显示器等。这种系统一般是以稳定输出（力、转矩、转速、速度）为目的，构成了从输出到输入的闭环控制系统。它是一个涉及传感技术、计算机控制技术、信号处理技术、机械传动技术等的机电一体化系统。这种控制系统操作简单，人机对话方便，系统功能强，可实现多功能控制。通过软件编程，可实现不同的算法，并且较易实时控制和在线检测。本小节主要以泵容积调速系统的计算机控制为例，介绍计算机电液控制系统的组成及其工作原理。

（1）泵控容积调速计算机控制系统的组成

泵控液压马达容积调速系统因具有功率大、效率高等优点而得到广泛应用。但因液压系统的工作参数（如流量、温度等）的严重时变，故其输出的参数（转速、转矩等）不稳定，系统的静态性能和动态品质较差。如图9.14 所示，泵控容积调速计算机控制系统以单片机MCS-51作为主控单元，对其输出量进行检测、控制。输入接口电路经A/D 转换后反馈输入主控单元，主控单元按一定控制策略对其进行运算后经输出接口和接口电路，送到步进电动机，由步进电动机驱动机械传动装置，从而控制伺服变量泵的斜盘倾角，调整液压泵的输出参数，从而保证液压马达的输出稳定在一定的数值上。

图9.14　泵控容积调速计算机控制系统结构图

（2）控制系统的硬件

控制系统的硬件包括输入通道的硬件配置、输出通道的硬件配置及主控单元的硬件配置。(www.xing528.com)

输入通道主要将转矩传感器ZJ 得到的相位差信号放大，再经过转速转矩测量仪转变成模拟量输出，然后转速信号和转矩信号分成两路经放大电路（PY1A）进行放大。根据转速信号和转矩信号的电压量程不同，选取合适的放大倍数，将其电压转变成量程为200 mV~5 V 的标准电压信号，再经硬件滤波，滤去高次谐波，分别将转矩和转速信号接入A/D 的通道，经A/D转换后送入8031 主控单元。

输出通道包括输出电路、步进电动机和机械传动机构。其中，步进电动机和机械传动机构对系统的精度影响较大。在设计过程中，要根据系统泵控制方式选择机械传动的具体形式，在此基础上确定负载力的大小，选择步进电动机，然后根据步进电动机的参数指标确定控制电路的形式，以满足系统的需要。同时，根据系统的精度要求，决定步进电动机和机械传动结构之间的精度分配，以保证系统的精度满足设计要求。

（3）控制系统的软件

一个完整的控制系统，其输入输出接口要完成所具有的功能，必须使软件和硬件恰当配合。泵控液压马达容积调速系统的软件构成如图9.15 所示。它包括输入信号采样、A/D 转换及滤波软件、系统自动复位软件、键盘及显示软件、控制算法以及步进电动机控制软件和主系统管理软件。

图9.15　系统的软件组成

系统管理软件的主要职能是在系统启动后自动调用系统复位软件使系统复位，然后调用显示软件进行显示，并完成调用其输入控制值、采样信号、A/D 转换及滤波软件，比较并由此调用控制算法软件，使系统朝着减少误差的方向动作。