[发明专利]一种基于DSP的气动位置伺服控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于DSP的气动位置伺服控制装置，具体为一种气动运动控制器，属于控制技术和自动化设备领域。

背景技术

随着计算机技术及自动控制理论研究发展，气动伺服技术逐渐成熟，在工业自动化、生产流水线、食品包装、机器人、医疗器械等需要较高的定位和力输出精度场合有着广泛应用；较液压伺服与电气伺服的显著优势在于装置成本低，且具有功率质量比较大、无污染、结构紧凑、抗过载性能好、维护简单的优点。现有的气动伺服控制器商用产品，能够取得较高的定位控制精度，但其连续轨迹跟踪性能薄弱；国内外学者所研究的气动伺服控制器，大多针对硬件电路进行设计，控制器的核心算法并无突破性进展，控制效果很一般；且因建立准确的气动伺服系统模型复杂，绝大多数存在设计的伺服控制策略简单控制效果较差、控制器成本高、集成化程度低、通信方式单一、网络化智能化程度低、拓扑性较差、二次开发不便等不足，故气动伺服控制器有很大的改进空间。

发明内容

针对现有的技术缺陷和不足，本发明的目的在于设计一种基于DSP的气动位置伺服控制器，包括硬件电路和高性能控制软件，结构紧凑、降低成本，适用于高精度定位控制和连续轨迹跟踪控制，采用CAN总线通信支持多台控制器同步工作。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明包括DSP处理器模块、信号调理电路板模块、控制器标准接口面板和控制箱；DSP处理器模块与信号调理电路板模块相连接，固定在控制器标准接口面板上，控制器标准接口面板安装于控制箱内；控制器标准接口面板设有多个标准接口，包括外部输入总电源接口、气压信号接口、位置传感器信号接口、CAN通信接口A及JTAG仿真调试接口A，所述标准接口与信号调理电路板模块的相应接头连接。

所述DSP处理器模块，包括DSP处理器、外扩模数转换器、外扩数模转换器、CAN通信接口A、JTAG仿真调试接口A、模拟量输入接口A、开关量输出接口A、模拟量输出接口B和DSP电源接口；DSP处理器是整个控制器的核心，运行控制策略；JTAG仿真调试接口A用于现场调试和程序下载，CAN通信接口A用于DSP处理器与外部器件通信，输入控制指令和反馈DSP内部状态量；开关量输出接口A采用排线连接方式连接，输出开关量信号；模拟量输入接口A采用排线连接，用于输入模拟量信号；外扩模数转换器接收来自模拟量输入接口A的模拟量信号，转化成数字信号，送入DSP处理器进行控制策略运算，结果得到的控制量从外扩数模转换器转换成模拟电压信号，从模拟量输出接口B输出。

所述信号调理电路板模块，包括AC-DC电源模块、DC-DC电源模块、DC电源开关接口、开关阀功率放大模块、开关阀控制信号接口A、压力传感器及压力信号调理电路模块、位置传感器信号调理电路及其接口A，位置传感器信号调理电路及其接口B、模拟量输出接口A、位置传感器信号调理电路及其接口C、开关量输入接口A、模拟量输入接口A、模拟量输出接口C、AC电源输入接口；AC-DC电源模块接入单相220V交流电源，转换为24V直流电，24V直流电为比例方向阀和高速开关阀供电，24V直流电转换为+5V直流电和±5V直流电，+5为DSP处理器供电，±5V直流电为位移传感器供电；压力传感器连接至控制器标准接口面板的压力信号接口，输出信号经信号调理后，连接至模拟量输出接口B；开关量输入接口A与DSP处理器模块的开关量输出接口A采用ISP排线相连，传输开关阀控制器电压信号，信号传输至信号调理器进行功率放大后驱动开关阀动作，用于控制气源通断，附加起保护作用；模拟量输出接口A与模拟量输入接口A相连接，传送经滤波后的压力传感器输出的压力信号；模拟量输入接口B与DSP处理器模块的模拟量输出接口B相连接，接收到的模拟量信号从模拟量输出接口C输出至控制器标准接口面板的比例方向阀接口组，控制比例方向阀。

所述控制器标准接口面板，包括JTAG仿真调试接口B、CAN通信接口B、开关阀控制信号接口B、气源压力信号接口、气缸无杆腔压力信号接口组、气缸有杆腔压力信号接口组、位置传感器接口组、比例方向阀信号接口组、总电源接口、控制器总电源开关、DSP处理器模块电源开关；气压信号接口均采用气动穿板接头；位置传感器接口组用于连接采集气缸活塞杆的位置信号；开关阀控制信号接口B可同时连接4只开关阀，进行控制阀的开关动作，可用于气源的通断控制；CAN通信接口B、位置传感器接口组和比例方向阀信号接口组均采用航空接头的接口形式，方便电连接，且连接可靠稳定；控制器总电源开关用于控制整台控制器的供电；DSP处理器的电源开关用于DSP处理器的复位操作。