振动控制器的设计

1万 · 2020-2-17 15:05

对本文设计的液压振动台振动控制器进行基于模型的DSP控制程序设计需
要的主要软件工具如下:Matlab7.0下工具箱Embedded Target for TIC2000 DSP,
该工具箱提供了针对TMS320F2812片内存储器及外设进行操作的模块;Code
Composer Studio(CCS), TI公司DSP的编程环境;Matlab的嵌入式代码生成工具
Real-Time Workshop，此工具箱将Simulink下的控制系统模型编译成可在CCS
中运行的C代码。

1万 · 2020-2-17 15:06

在MATLAB产品族中，自动化代码生成工具主要有RTW和Stateflow Coder,
这两种代码生成工具可以直接将Simulink的模型框图和Statefl ow的状态图转换
成高效优化的程序代码。RTW是面向Simulink的，只需在Simulink中设计好控
制器，并且开发好数据采集卡的驱动程序，就可以立即观察它的实时控制效果，
还可以在线地调整参数和修改控制器，直至达到最佳控制效果。这样就省去了把
模型转换为其他编程语言和编制实时控制软件的大量时间，大大提高了效率。
若要将本文的Simulink模型转化为DSP代码，需要在Simulink环境下搭建
基于TMS320F2812的模型程序时在Embedded Target for TI C2000 DSP I具箱中
选择对应的评估板型号F2812eZDSP，若使用Matlab指定的硬件:TI公司的评
估板F2812eZDSP，将无须对此模块进行配置。但本文采用的是自定制DSP板卡，
故需要该模块进行重新配置。主要进行的配置有:由Simulink生成的代码要配
置为先生成代码然后在CCS中编译的形式;代码是自由运行方式，本文将在生
成的代码主程序中添加自定义代码来保证实时算法的运行;将CMD文件的来源
配置为自定义文件，以利于添加自定义的存储区。

1万 · 2020-2-17 15:06

1万 · 2020-2-17 15:06

1万 · 2020-2-17 15:07

振动台主要由平台、液压伺服作动器、连接杆以及平台支撑等部分组成，如
图4-1所示。台面是由铝制材料制成，表面有螺纹孔和通孔，用来连接试验模型、
平台支撑和平台连接铰座。平台支撑将平台与地基座连接在一起，主要起支撑作
用并为固定在平台上的试验模型提供一定的运动刚度。连接杆连接着平台连接铰
座与液压缸铰座，是整个运动机构的主要力传递部件，将液压伺服作动器提供的
激振力传递给平台。液压伺服作动器与电液伺服阀构成了振动台的阀控缸系统，
电液伺服阀能精确控制伺服作动器的输出位移，保证平台准确完成所设定的运
动。液压伺服作动器将油源提供的液压能转化为机械能，为系统的运动提供动力;
电液伺服阀能精确控制伺服作动器的输出位移，保证平台准确完成所设定的运
动。该振动台的主要技术指标如表4-1所示。

1万 · 2020-2-17 15:09

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1万 · 2020-2-17 15:11

液压源由泵站(如图4-2所示)、冷却系统和油源控制柜组成，提供系统的
液压能源，为伺服作动器提供压力和流量。本振动台试验系统的油源采用由恒压
变量泵构成的恒压变量油源，其特点是油源压力恒定，输出流量可根据负载流量
自动调节，从而降低了系统功率损耗和冷却损耗。此外，为保证系统长期可靠工
作，油源采用了不锈钢油箱和刚管路，有效提高了系统的使用寿命。外循环冷却
系统，可有效控制异常温升现象的出现。
油源设有压力传感器和温度传感器，监测油源的工作压力和温度，实现报警
和保护。压力传感器采用陕西宝**麦克公司的产品，型号为MPM-3 80-G-2-2，量
程为0}-20MPa;温度传感器选用北京自动化研究所的热电偶式温度传感器，量
程为一20}-1000C o

1万 · 2020-2-17 15:11

液压伺服系统(如图4-3所示)由伺服作动器和电液伺服阀组成，伺服作动器
将油源提供的液压能转化为机械能，为振动台的运动提供动力;电液伺服阀精确
控制伺服作动器的输出位移，保证完成所设定的试验运动。液压伺服系统的激振
器采用双作用缸，其最大静出力为4.7kN，最大行程为士25mm。液压缸的密封采
用美国霞板斯特封标准，具有寿命长，摩擦力小的特点。电液伺服阀选用的是航
空部609所的FF102伺服阀。

1万 · 2020-2-17 15:12

位移传感器是由北京水科院生产，型号为HP-LVDT, GA-25，其测量范围为
士25mm，测量精度为3 %o。加速度传感器是由哈尔滨工业大学电液伺服仿真及试
验系统研究所向美国PCB公司定制的3700系列可变电容式加速度计。可测量的最
大加速度为lOg。分辨率为0.2V/g。位移传感器和加速度传感器的放置位置如图
4-4所示。

1万 · 2020-2-17 15:13

实验采用的电液伺服振动台主要由液压源、信号调理系统、激振系统和DSP
控制系统等几部分构成。振动台的激振系统采用的是电液伺服位置系统，控制方
式为等加速度控制，其频宽指的是加速度响应的频宽。振动台只有通过调试才能
正常工作。在调试前，对振动台的各组成部分进行了测试，排除了液压、机械和
电气部分的故障。当振动台在位移控制下能正常工作后，才开始调试加速度控制。
对电液伺服振动台的三状态控制器参数进行调试后，得到振动台系统的频率特
性，如图4-5所示

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1万 · 2020-2-17 15:25

三状态控制策略是液压振动台伺服控制的基础，仅采用伺服控制方法可以控
制平台运动，但此时系统的响应信号与输入的期望信号相比往往会有很大偏差。
产生偏差的原因主要有两方面，一是受系统频宽的限制，二是受系统非线性的影
响。由于本文研究的重点是振动控制技术，关于伺服控制原理本文在此不做论述。
图4-6为仅有伺服控制下的功率谱复现情况: