[发明专利]闪光对焊位置伺服系统控制装置

权利要求书

1.闪光对焊位置伺服系统控制装置，其特征在于：该装置由硬件部分和控制程序部分组成；

其中硬件部分包括：工业控制计算机、16路可编程增益控制单端A/D采样板、8通道光隔离型D/A转换板、光电隔离模块底板、D/A转换板端子板、人机接口、打印机、DC24V电源、液压缸位移输入接线端子板、液压缸位移速度输入接线端子板、液压缸位移加速度输入接线端子板、电液伺服阀电流输入接线端子板、液压缸压力输入接线端子板、电液伺服阀输出接线端子板、伺服放大器、电液伺服阀、液压缸、负载、伺服放大器电流反馈传感器、压力传感器、液压缸位移传感器、液压缸位移速度传感器和液压缸位移加速度传感器，该硬件部分的连接方式是：人机接口和打印机连接到工业控制计算机上，工业控制计算机还同时与16路可编程增益控制单端A/D采样板和8通道光隔离型D/A转换板相连接，16路可编程增益控制单端A/D采样板与光电隔离模块底板相连接，光电隔离模块底板与DC24V电源连接，光电隔离模块底板上设置有液压缸位置输入接线端子板、液压缸速度输入接线端子板、液压缸加速度输入接线端子板、电液伺服阀电流输入接线端子板和液压缸压力输入接线端子板，8通道光隔离型D/A转换板与D/A转换板端子板相连接，D/A转换板端子板又与电液伺服阀输出接线端子板相连接，伺服放大器与电液伺服阀输出接线端子板、电液伺服阀和伺服放大器电流反馈传感器分别连接，电液伺服阀又连接到液压缸，液压缸又连接到负载上，负载又与压力传感器、液压缸位移传感器、液压缸位移速度传感器和液压缸位移加速度传感器相连，伺服放大器电流反馈传感器又连接到电液伺服阀电流输入接线端子板，压力传感器、液压缸位移传感器、液压缸位移速度传感器和液压缸位移加速度传感器则分别连接到液压缸位移输入接线端子板、液压缸位移速度输入接线端子板、液压缸位移加速度输入接线端子板和液压缸压力输入接线端子板上；其中，伺服放大器、电液伺服阀、液压缸和负载构成液压位置伺服系统；工业控制计算机、16路可编程增益控制单端A/D采样板、8通道光隔离型D/A转换板、光电隔离模块底板、D/A转换板端子板、液压缸位移输入接线端子板、液压缸位移速度输入接线端子板、液压缸位移加速度输入接线端子板、电液伺服阀电流输入接线端子板、液压缸压力输入接线端子板、电液伺服阀输出接线端子板、伺服放大器电流反馈传感器、压力传感器、液压缸位移传感器、液压缸位移速度传感器和液压缸位移加速度传感器构成液压位置伺服系统控制回路；

其中控制程序部分是在闪光对焊位置伺服系统控制装置的液压位置伺服系统控制回路上应用二次型最优控制线性反馈，并在其基础上计算出前置滤波器函数和扰动前馈补偿器函数，该控制程序部分包括：

根据规定的技术指标，设定如下液压位置伺服系统的参数，其中，伺服放大器增益k_a为0.01A/V，伺服阀增益k_s为1cm/A，伺服阀放大系数k_q为25000cm³/s；，伺服阀压力流量系数k_c为0.0258cm³·s^-1/N·cm^-2，液压缸有效面积A_p为53.91cm²，液压缸总容积V_t为442.062cm³，油液弹性模量β_e为7×10⁴N/cm²，负载质量M_t为1000kg；

二次型控制方法是基于状态方程x·=Ax+Bu,]]>在选定最优加权矩阵Q、R的基础上，确定最优控制输入u(t)＝-Kx(t)+R^-1B^Tg(t)的最优反馈增益矩阵K以及前置滤波函数g(t)，使系统的输出向量Y(t)尽量接近期望输出向量Y_r(t)，即使误差向量e(t)＝Y_r(t)-Y(t)尽量小，同时也要求控制变量满足实际物理系统的功率要求。因此选定二次型性能指标函数J=∫0∞(eTQe+uTRu)dt,]]>Q＝diag[10 0 0]，R＝1，能使泛函J达到极小值的u(t)就是最优控制输入。

利用Matlab求解代数Riccati方程，公式为[K，P]＝lqr(A，B，Q，R)，可以求出反馈阵。式中A为系统矩阵，B为控制矩阵，K为状态反馈向量，P为Riccati方程的解，Q、R是根据系统要求的跟踪精度和系统的输出功率选定的最佳权矩阵。

前置滤波器函数g(t)应满足下列矢量微分方程：

g·(t)=-[A-BR-1BTP]Tg-CTQη]]>

代入A，B，C，R，Q，η可得前置滤波器函数g(t)的微分方程组：

-g·1=293.3g1+g2-g·2=-2932.7g1+g3-g·3=-g1+η(t)]]>

式中η(t)为输入：η(t)＝0.0005t²

解方程组得：g·3(t)=η(t)×3.1623+η·(t)×588.1878+η··(t)×36.6827]]>

即前置滤波器函数为：G(s)＝3.1623+588.1878s+36.6827s²；

上述控制程序存储于上述硬件部分的工业控制计算机的硬盘中。