基于labview的液壓伺服控制系統(tǒng)設計

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1、基于LabVIEW的液壓伺服控制系統(tǒng)設計摘要：研究利用LabVIEW作為開發(fā)工具以及帶有模擬量輸出功能的數(shù)據(jù)采集卡，對博世力士樂液壓實驗臺上的伺服液壓缸進行PID閉環(huán)控制，從而對液壓缸進行精確定位。設計了液壓伺服系統(tǒng)的控制電路、液壓回路，在LabVIEW中編寫了PID算法，并利用波形圖表對系統(tǒng)進行了調試運行。關鍵詞：LabVIEW；反饋；PID;液壓伺服中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoh10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.07.0990引言液壓比例及伺服控制系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)中的一個重要組成部

2、分，廣泛應用于用機器人、制造業(yè)、軍事等多領域。傳統(tǒng)的方法無法實現(xiàn)高精度的液壓位置伺服控制的問題，本文介紹的是利用博世液壓實驗臺上的比例閥、液壓缸，使用計算機、數(shù)據(jù)采集卡及LabVIEW軟件進行閉環(huán)控制，從而對液壓缸進行精確定位，在博世液壓實驗臺上實現(xiàn)基于LabVIEW的液壓伺服控制。1液壓伺服控制系統(tǒng)設計1.1液壓伺服控制系統(tǒng)結構組成具有模擬量輸出功能的數(shù)據(jù)采集卡安裝到PC機中，使用LabVIEW軟件來進行數(shù)據(jù)采集液壓伺服系統(tǒng)的相關信號，隨后使用LabVIEW的控制系統(tǒng)設計與仿真模塊開發(fā)的PID控制算法對液壓伺服系統(tǒng)

3、進行位置控制，得出的控制量通過模擬量輸出端口輸出控制比例閥，從而實現(xiàn)對位置的控制，如圖1所示。1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)本文中的數(shù)據(jù)采集卡根據(jù)設計要求選用NA-TIONALINSTRUMENTS多功能I/O采集卡NIPXIe-6361，配備配有交流的8槽3UPXIExpress機牽1.3液壓缸的選擇液壓缸選用博世力士樂實驗臺中帶位置反饋的伺服液壓缸，其主要參數(shù)，輸出參數(shù):模擬;測量范圍25?7620mm;分辨率：0.1m；非線性度：滿量程的土0.02%或0.05;滯后：max=12MPa=120bar，T=5MPa=50ba

4、r,信號范圍UW=±10V，電壓為U=24VDC。1.5液壓伺服控制系統(tǒng)電路設計首先對實物進行了電路設計，把開關、兩個數(shù)字表、滑動變阻器等連接起來，用以控制液壓缸的移動和油的壓力;其次設計液壓回路，把數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與比例換向閥和滑動變阻器電源輸入端相連，再連接換向閥、泵和油箱。電路圖連接說明：數(shù)據(jù)采集卡A01及AOGND輸出端口接到滑動變阻器（位置傳感器）的兩端，A00及AOGND輸出端口接到換向閥C和D端口，A10輸入端口接到滑動變阻器（位置傳感器）的輸出端口，如圖2所示。1.6液壓回路圖的搭建液壓缸為執(zhí)行元件

5、，壓力油量為輸入量，工作臺的運動速度或位移是輸出量。與液壓缸相連的滑動變阻器用于判定液壓缸的位置，構成反饋控制。如上所述，可以得到如圖3中所示的液壓回路圖。2數(shù)據(jù)采集過程對于本液壓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，電位器兩端電壓是一個固定值10V，由一個模擬量輸出口恒定給出，輸出端即可輸出0-10V電壓，代表了液壓缸的當前位置，將系統(tǒng)液壓缸位移信號轉換成數(shù)據(jù)采集卡所能識別的電壓信號，這樣就對系統(tǒng)中的信號進行采集，如圖4所示。在計算機中安裝數(shù)據(jù)采集卡，安裝完成后就可以在LabVIEW軟件中對數(shù)據(jù)采集卡進行參數(shù)設置。軟件編程后就可以在計算

6、機機上讀出所采集的數(shù)據(jù)了。位移信號通過采集面板上的A10端口進入到數(shù)據(jù)采集卡，通過程序在計算機機上顯示出來。3LabVIEW程序設計及系統(tǒng)調試3.1數(shù)據(jù)采集部分設計利用LabVIEW2012，新建一個空白VI，右鍵程序框圖面板，在輸入中選擇DAQ助手，在DAQ助手中選擇采集信號，再選擇模擬輸入單機電壓。由于將要采集的參數(shù)，是位置傳感器的電壓值，所以選擇一■個接口A10。完成之后，在右側的輸入范圍中選擇模擬電壓的范圍，設定參數(shù)之后，單擊0K即可。隨后，在前面板上再添加一個波形圖表，用于監(jiān)控輸入信號（當前值）、給定信號（

7、給定值）以及輸出信號（控制量）。3.2數(shù)據(jù)輸出控制部分設計同樣右鍵程序框圖面板，再次選擇DAQ助手，在DAQ助手中選擇生成信號，再選擇模擬輸出電壓。分別為接口A00和A01，選擇模擬電壓的范圍，設定參數(shù)之后，單擊0K即可。從程序框圖選擇PID，從控制設計與仿真中選擇PID.vi。在后面板雙擊PID，則前面板會顯示PID參數(shù)；再依次在dt（S）、reinitialize（F）、outputrange等各點設置參數(shù)。把采集和生成的電壓信號和DAQ助手分別與PID連接起來，再將PID放入一個循環(huán)中，得到了整個系統(tǒng)的程序框圖

8、，如圖5所示。3.3系統(tǒng)調試以液壓缸位移（滑動變阻器兩端電壓）的數(shù)據(jù)采集和控制為例，滑動變阻器用數(shù)據(jù)采集卡A01端口輸出恒定為10V的電源，PID控制器輸出范圍outputrange設置為-10V-+10V與滑動變阻器兩端電源電壓范圍相同。先隨機設置PIDgains參數(shù)，比例增益（Kc）系數(shù)2,積分時間（Ti）為0.01，微分時間（Td）為0，