本發(fā)明用于單維或多維液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種多通道控制裝置，既能夠?qū)崿F(xiàn)單個(gè)或多個(gè)液壓作動(dòng)器的伺服控制，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)油源等其它設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

背景技術(shù)：

液壓振動(dòng)臺(tái)憑借其低中頻時(shí)推力大、位移大、響應(yīng)快、重量輕、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)的許多不足，廣泛應(yīng)用于航空航天、車輛、地震模擬等領(lǐng)域，在振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)中占據(jù)了重要地位。

國(guó)際上MTS公司在80年代基于電液伺服閥建立了多套液壓振動(dòng)臺(tái)，工作頻率達(dá)到200Hz，但油液共振影響仍然無(wú)法克服，易出現(xiàn)超差現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)在液壓振動(dòng)臺(tái)控制方面做了一定的研究，通常的方法是位移閉環(huán)控制或者采用三狀態(tài)控制策略(地震模擬振動(dòng)臺(tái)三狀態(tài)控制的研究，韓俊偉、于麗明、趙慧《哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》1999June，Vol131，No3：22～24)主要應(yīng)用在液壓振動(dòng)臺(tái)的低頻控制方面。針對(duì)高頻應(yīng)用，專利《一種高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制裝置》(嚴(yán)俠、陳穎、胡紹全等，專利號(hào)201420720159.6)構(gòu)建了一種高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制裝置，改善了激振系統(tǒng)的高頻段頻率特性和加速度波形失真度，但是對(duì)于低頻和多通道應(yīng)用，并未給出說(shuō)明。專利《一種伺服控制器》(李康、徐凱、汪東、周景雷，專利號(hào)201120493657.8)構(gòu)建了一款伺服控制器，解決了現(xiàn)有液壓伺服控制系統(tǒng)體積大、復(fù)雜、操作不便、功能單一的問(wèn)題，但是該伺服控制器最高的采樣頻率才到1kHz，數(shù)據(jù)傳輸速率更是只有200Hz，并且未給出多通道應(yīng)用的詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)際應(yīng)用中，存在著以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

在液壓振動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)整定和測(cè)試中經(jīng)常需要使用方波、正弦波、掃頻波等信號(hào)，目前公布的文獻(xiàn)資料，較少有集成信號(hào)生成的液壓控制裝置的描述。

液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)通常由油源、管路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成。油源通常位于油源間，給系統(tǒng)提供高壓油液；管路將高壓油液輸送到試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的分配器；分配器上的開(kāi)關(guān)閥控制油液進(jìn)入液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)；控制系統(tǒng)通過(guò)伺服閥等控制元件，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成規(guī)定動(dòng)作。目前公布的文獻(xiàn)資料，較少有對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的資料。

實(shí)際應(yīng)用中存在著各種噸位的液壓缸，小噸位的液壓缸通常由伺服閥直接控制；大噸位的需要增加一個(gè)中間級(jí)的三級(jí)閥進(jìn)行功率放大，而三級(jí)閥也存在兩種形式：閥內(nèi)集成有控制電路的自控型和沒(méi)有集成控制電路的外控型，對(duì)于自控型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使用與兩級(jí)系統(tǒng)完全相同；對(duì)于外控型的三級(jí)閥，液壓控制裝置需要提供三級(jí)閥的位移控制功能。目前公布的文 獻(xiàn)資料，幾乎沒(méi)有對(duì)這些不同結(jié)構(gòu)形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)兼容的控制裝置描述。

實(shí)際物理振動(dòng)環(huán)境大多數(shù)是多維的，并且大都可以用六自由度進(jìn)行描述，為了模擬真實(shí)振動(dòng)環(huán)境，越來(lái)越多的多維液壓振動(dòng)臺(tái)得到部署，目前還未見(jiàn)到對(duì)多維液壓振動(dòng)臺(tái)控制裝置描述的專利文獻(xiàn)資料。

本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題，利用高性能微處理器、FPGA、電子元件等設(shè)備設(shè)計(jì)完成一款液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)多通道控制裝置，它可以實(shí)現(xiàn)從直流到中高頻的控制應(yīng)用；既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服控制，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的油源、各類開(kāi)關(guān)閥的自動(dòng)控制；既可以應(yīng)用于二級(jí)閥和自控型三級(jí)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)，也可應(yīng)用于外控型三級(jí)閥系統(tǒng)；既可以使用內(nèi)部生成的正弦波、方波、掃頻信號(hào)作為指令信號(hào)，也可以將采集外部設(shè)備的輸出作為指令信號(hào)；既可應(yīng)用于六自由度液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)，也可應(yīng)用于1～6通道的液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)。

這種裝置操作簡(jiǎn)便易行，穩(wěn)定可靠，通用性強(qiáng)，外觀簡(jiǎn)潔，可廣泛應(yīng)用于各種液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道控制裝置，用于液壓系統(tǒng)油源和各類開(kāi)關(guān)閥的自動(dòng)控制，以及單通道/多通道的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服控制，實(shí)現(xiàn)高精度、高帶寬的振動(dòng)控制。

本發(fā)明提供的一種用于液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道控制裝置，包括：上位機(jī)、與上位機(jī)電連接的下位機(jī)，所述下位機(jī)包括電源板卡、處理器板卡和信號(hào)調(diào)理板卡，其中：電源板卡提供直流電源，處理器板卡用于完成信號(hào)采集、處理和控制計(jì)算，信號(hào)調(diào)理板卡用于信號(hào)調(diào)理，所述電源板卡包括電源輸出接口，電源板卡通過(guò)電源輸出接口與處理器板卡連接，所述處理器板卡包括網(wǎng)口電路、多個(gè)混合接口、一個(gè)數(shù)字接口，處理器板卡通過(guò)網(wǎng)口電路接收上位機(jī)下傳的指令和參數(shù)，并上傳數(shù)據(jù)給上位機(jī)，通過(guò)混合接口與信號(hào)調(diào)理板卡電連接。

所述下位機(jī)還包括工業(yè)數(shù)字接口板卡，用于遠(yuǎn)程控制并檢測(cè)外部設(shè)備，所述工業(yè)數(shù)字接口板卡包括子數(shù)字接口、隔離輸出電路、隔離輸入電路、串行總線接口、工業(yè)電源輸出電路，通過(guò)處理器板卡的數(shù)字接口與處理器板卡電連接，所述子數(shù)字接口針腳定義與處理器板卡上的數(shù)字接口定義相同，所述隔離輸出電路將數(shù)字接口上的數(shù)字TTL輸出電平經(jīng)過(guò)隔離、驅(qū)動(dòng)放大輸出24V電源，連接到外部的開(kāi)關(guān)閥等設(shè)備，隔離輸入電路將外部管路或者油源上的狀態(tài)信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離、電平轉(zhuǎn)換為TTL電平連接到數(shù)字接口上，串行接口電路將微處理器板卡上的串口信號(hào)進(jìn)行隔離、電平轉(zhuǎn)換，與外部設(shè)備進(jìn)行通信。

所述電源板卡還包括交流電源輸入接口、過(guò)流保護(hù)器、EMI濾波器、電源轉(zhuǎn)換與穩(wěn)壓器，外部交流電經(jīng)過(guò)輸入接口進(jìn)入下位機(jī)，過(guò)流保護(hù)器限制過(guò)大電流，EMI濾波器濾除電源線上 的射頻干擾噪聲，電壓轉(zhuǎn)換與穩(wěn)壓器將交流電變換為三路穩(wěn)定的直流電。

所述電源輸出接口包括三類電源：數(shù)字V1電源，給外部設(shè)備供電；模擬V2電源，給處理器板卡供電；模擬V3電源，給信號(hào)調(diào)理板卡供電。

所述信號(hào)調(diào)理板卡包括子混合接口、一路通用信號(hào)輸入電路、兩路位移信號(hào)調(diào)理電路、一路壓差信號(hào)調(diào)理電路、一路加速度信號(hào)調(diào)理電路、一路輸出驅(qū)動(dòng)電路，子混合接口針腳定義與處理器板卡上的混合接口定義相同，通用信號(hào)輸入電路用于標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)的濾波處理，位移信號(hào)調(diào)理電路一路用于調(diào)理外控型三級(jí)閥的位移反饋信號(hào)，一路用于調(diào)理液壓作動(dòng)器的位移反饋信號(hào)，壓差信號(hào)調(diào)理電路用于調(diào)理液壓作動(dòng)器上的壓差傳感器反饋信號(hào)，加速度信號(hào)調(diào)理電路用于加速度傳感器信號(hào)的調(diào)理、放大和濾波。

所述處理器板卡還包括電源輸入接口、微處理器、FPGA、Flash存儲(chǔ)器、SDRAM存儲(chǔ)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口，電源輸入接口針腳定義與電源板卡的電源輸出接口針腳定義相同，微處理器通過(guò)外設(shè)總線接口與Flash存儲(chǔ)器和SDRAM存儲(chǔ)器相連，進(jìn)行試驗(yàn)信息、上下位機(jī)狀態(tài)、各通道采集參數(shù)和控制參數(shù)的存儲(chǔ)，生成基礎(chǔ)波形數(shù)據(jù)，下發(fā)給FPGA。

所述FPGA包括信號(hào)濾波模塊、信號(hào)生成模塊、控制計(jì)算模塊和輸出模塊，信號(hào)濾波模塊對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的信號(hào)做濾波處理；信號(hào)生成模塊根據(jù)微處理器下發(fā)的信號(hào)參數(shù)和基礎(chǔ)波形數(shù)據(jù)輸出實(shí)時(shí)波形，控制內(nèi)部信號(hào)和外部指令的平滑切換；控制計(jì)算模塊根據(jù)指令和反饋信號(hào)計(jì)算當(dāng)前控制輸出，輸出模塊在控制輸出信號(hào)上疊加顫振信號(hào)，輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)模擬信號(hào)，通過(guò)混合接口傳遞給信號(hào)調(diào)理板卡。

所述每個(gè)混合接口包括5路標(biāo)準(zhǔn)電壓輸入信號(hào)、1路標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)、8路數(shù)字輸入輸出信號(hào)和模擬V2電源、模擬V3電源，所述數(shù)字接口包括8路TTL電壓輸入信號(hào)、8路TTL電壓輸出信號(hào)、1路串行總線信號(hào)和數(shù)字V1電源。

所述處理器板卡的最高控制頻率達(dá)到10kHz。

所述混合接口數(shù)為1-6個(gè)，每個(gè)混合接口對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)調(diào)理板。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的用于液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道控制裝置，其下位機(jī)以浮點(diǎn)型微處理器和高性能FPGA為控制核心，最高控制頻率可達(dá)10kHz，可同步、完整的存儲(chǔ)各通道指令、控制和反饋信號(hào)?？赏瑫r(shí)調(diào)理采集位移、壓差和加速度信號(hào)，以位移信號(hào)為基礎(chǔ)控制環(huán)路，將壓差和加速度信號(hào)引入控制環(huán)路消除共振峰、拓寬系統(tǒng)頻帶，完全可實(shí)現(xiàn)從直流到中高頻的控制需求。

本發(fā)明的用于液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道控制裝置，其下位機(jī)的工業(yè)數(shù)字接口板卡，具有多路隔離的輸出接口，每通道的輸出電流最大達(dá)到2A，適應(yīng)大多數(shù)的開(kāi)關(guān)閥和繼電器需求， 隔離的輸入接口可以監(jiān)控外部開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)；具有串行總線接口，可以和可編程控制器等類型的油源控制器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)油源和各種開(kāi)關(guān)閥的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，提高了整個(gè)液壓試驗(yàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

本發(fā)明的用于液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道控制裝置，其下位機(jī)的信號(hào)調(diào)理板卡，具有2通道位移調(diào)理電路。對(duì)于外控型的三級(jí)閥液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的第一通道用于采集三級(jí)閥的位移反饋，由下位控制器、伺服閥和三級(jí)閥構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)；第二通道用于采集液壓作動(dòng)器的位移反饋，由下位控制器和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的外環(huán)，實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)控制；對(duì)于自控型的三級(jí)閥和只有伺服閥的兩級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，第一通道保留，第二通道采集作動(dòng)器的位移反饋，由下位控制器和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的環(huán)路。只需在上位機(jī)軟件參數(shù)設(shè)置時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的勾選即可實(shí)現(xiàn)不同液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配置。

本發(fā)明的用于液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道控制裝置，其下位機(jī)以微處理器和FPGA為控制核心，同時(shí)信號(hào)調(diào)理板卡上具有一個(gè)通道的通用信號(hào)輸入電路，可采集振動(dòng)控制儀、函數(shù)發(fā)生器等外部設(shè)備的信號(hào)。利用微處理器生成一個(gè)周期的基礎(chǔ)波形數(shù)據(jù)，將其連同控制參數(shù)下發(fā)給FPGA，信號(hào)生成模塊輸出波形數(shù)據(jù)，并控制內(nèi)部信號(hào)和外部指令信號(hào)的平滑切換。內(nèi)部信號(hào)生成能力，大大方便了系統(tǒng)調(diào)測(cè)試，對(duì)于簡(jiǎn)單的振動(dòng)試驗(yàn)也無(wú)需外部的信號(hào)發(fā)生器或振動(dòng)控制儀。

本發(fā)明的用于液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道控制裝置，其下位機(jī)以高性能微處理器和FPGA為控制核心，微處理器可實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算，負(fù)責(zé)多任務(wù)處理。高集成度FPGA具有、邏輯塊、內(nèi)部RAM和多個(gè)個(gè)乘法器模塊，以串行的方式在49uS內(nèi)可實(shí)現(xiàn)六個(gè)通道的內(nèi)外環(huán)，共計(jì)12個(gè)環(huán)路的閉環(huán)控制。下位機(jī)的信號(hào)調(diào)理板卡根據(jù)試驗(yàn)系統(tǒng)通道數(shù)目，可選擇為1～6個(gè)。同時(shí)，上位機(jī)軟件參數(shù)設(shè)置時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的勾選即可完成不同通道系統(tǒng)的配置。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的用于液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道控制裝置示意圖；

1-上位機(jī) 2-下位機(jī) 21-電源板卡 22-處理器板卡 23-信號(hào)調(diào)理板卡 24-工業(yè)數(shù)字接口板卡 210-交流電源輸入接口 211-過(guò)流保護(hù)器 212-EMI濾波器 213-電源轉(zhuǎn)換與穩(wěn)壓器214-電源輸出接口 220-電源輸入接口 221-微處理器 222-FPGA 223-Flash存儲(chǔ)器224-SDRAM存儲(chǔ)器 225-網(wǎng)絡(luò)接口 226-數(shù)模轉(zhuǎn)換器 227-模數(shù)轉(zhuǎn)換器 228-混合接口 229-數(shù)字接口 230-子混合接口 231-通用信號(hào)輸入電路 232-位移信號(hào)調(diào)理電路 233-壓差信號(hào)調(diào)理電路 234-加速度信號(hào)調(diào)理電路 235-輸出驅(qū)動(dòng)電路 240-子數(shù)字接口 241-隔離輸出電路242-隔離輸入電路 243-串行總線接口 244-工業(yè)電源輸出電路

圖2是本發(fā)明多通道控制裝置的工作流程；

圖3是具體實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；

1-上位機(jī) 2-下位機(jī) 3-振動(dòng)控制儀 4-液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu) 5-連接裝置 6-臺(tái)體 7-開(kāi)關(guān)閥 8-油路 9-信號(hào)線纜 10-雙絞線纜 11-油源電控柜 12-油源

圖4具體實(shí)施例一的每個(gè)信號(hào)調(diào)理板卡連接示意圖；

23-信號(hào)調(diào)理板卡 230-子混合接口 231-通用信號(hào)輸入電路 232-位移信號(hào)調(diào)理電路233-壓差信號(hào)調(diào)理電路 234-加速度信號(hào)調(diào)理電路 235-輸出驅(qū)動(dòng)電路 3-振動(dòng)控制儀輸出 4-液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu) 41-伺服閥 42-外控型三級(jí)閥 43-位移傳感器 44-液壓作動(dòng)器

圖5具體實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖；

1-上位機(jī) 2-下位機(jī) 4-液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu) 5-連接裝置 6-臺(tái)體 7-開(kāi)關(guān)閥 8-油路 9-信號(hào)線纜 10-雙絞線纜 11-油源電控柜 12-油源 13-加速度傳感器

圖6具體實(shí)施例二的信號(hào)調(diào)理板卡連接示意圖；

23-信號(hào)調(diào)理板卡 230-子混合接口 231-通用信號(hào)輸入電路 232-位移信號(hào)調(diào)理電路233-壓差信號(hào)調(diào)理電路 234-加速度信號(hào)調(diào)理電路 235-輸出驅(qū)動(dòng)電路 3-振動(dòng)控制儀輸出 4-液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu) 41-伺服閥 42’-自控型三級(jí)閥 43-位移傳感器 44-液壓作動(dòng)器 45-壓差傳感器 13-加速度傳感器

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。

如圖1所示，為本發(fā)明一種用于液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道控制裝置，它包括上位機(jī)1和下位機(jī)2。上位機(jī)1上運(yùn)行伺服控制器軟件，通過(guò)網(wǎng)線與下位機(jī)2相連，向下位機(jī)發(fā)送系統(tǒng)配置參數(shù)、通道控制參數(shù)和信號(hào)生成參數(shù)，同時(shí)接受下位機(jī)上傳的狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面、數(shù)據(jù)的分析和存儲(chǔ)。下位機(jī)2以模塊化的板卡形式設(shè)計(jì)，包括電源板卡21、處理器板卡22、1～6塊信號(hào)調(diào)理板卡23，工業(yè)數(shù)字接口板卡24。電源板卡21負(fù)責(zé)給整個(gè)下位機(jī)提供電源，處理器板卡22負(fù)責(zé)信號(hào)的采集、處理和控制計(jì)算，信號(hào)調(diào)理板卡23負(fù)責(zé)調(diào)理外部振動(dòng)控制儀等設(shè)備的指令信號(hào)以及位移傳感器、壓差傳感器和加速度傳感器的反饋信號(hào)，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)到電液閥，工業(yè)數(shù)字接口板卡負(fù)責(zé)控制并檢測(cè)外部開(kāi)關(guān)閥等設(shè)備，它的RS485接口實(shí)現(xiàn)與外部可編程控制器的通訊。

電源板卡21包括交流電源輸入接口210、過(guò)流保護(hù)器211、EMI濾波器212、電壓轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓器213以及電源輸出接口214，它負(fù)責(zé)給系統(tǒng)提供三路穩(wěn)定的、相互隔離的直流電。外 部交流電經(jīng)過(guò)輸入接口210進(jìn)入該下位機(jī)，過(guò)流保護(hù)器211限制過(guò)大電流流過(guò)機(jī)器，EMI濾波器212濾除電源線上的射頻干擾噪聲，電壓轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓器213將交流電變換為三路穩(wěn)定的直流電，電源輸出接口214包括三類電源：數(shù)字V1-主要給各類閥供電；模擬V2-主要給處理器板卡供電；模擬V3電源主要給信號(hào)調(diào)理板卡供電。電源板卡21通過(guò)電源輸出接口214與處理器板卡22連接。

處理器板卡22包括電源輸入接口220、浮點(diǎn)型微處理器221、高性能FPGA222、Flash存儲(chǔ)芯片223、SDRAM存儲(chǔ)芯片224、網(wǎng)口電路225、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路226、模數(shù)轉(zhuǎn)換器227、多個(gè)混合接口228和1個(gè)數(shù)字接口229。電源輸入接口220針腳定義與電源板卡的電源輸出接口214定義相同，用于接受輸入的電源。浮點(diǎn)型微處理器221作為下位機(jī)的任務(wù)調(diào)度中心，一方面通過(guò)網(wǎng)口225接受上位機(jī)1下傳的指令和參數(shù)，并上傳數(shù)據(jù)給上位機(jī)1；另一方面通過(guò)外設(shè)總線接口與存儲(chǔ)器Flash 223和SDRAM 224相連，進(jìn)行本地關(guān)鍵數(shù)據(jù)和中間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，還負(fù)責(zé)生成基礎(chǔ)波形數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)和指令、參數(shù)下發(fā)給高性能FPGA 222。高性能FPGA222優(yōu)化設(shè)計(jì)的FPGA程序在49uS內(nèi)即可完成一個(gè)控制周期的計(jì)算任務(wù)，其程序包括信號(hào)濾波模塊、信號(hào)生成模塊、控制計(jì)算模塊和輸出模塊，濾波模塊對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器227輸入的信號(hào)做數(shù)字濾波處理，進(jìn)一步降低噪聲；信號(hào)生成模塊根據(jù)微處理器221下發(fā)的信號(hào)參數(shù)和基礎(chǔ)波形數(shù)據(jù)輸出實(shí)時(shí)波形，同時(shí)控制內(nèi)部信號(hào)和外部指令的平滑切換；控制計(jì)算模塊根據(jù)指令和反饋信號(hào)，在微處理器221給定的控制參數(shù)下實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前的控制輸出；輸出模塊在控制輸出信號(hào)上疊加顫振信號(hào)，并輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換器226，數(shù)模轉(zhuǎn)換器226將數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬信號(hào)。處理器板卡22最高控制頻率達(dá)到10kHz，完全滿足液壓臺(tái)的高頻應(yīng)用需求。它通過(guò)混合接口228與信號(hào)調(diào)理板卡23電連接，每個(gè)混合接口包含5路標(biāo)準(zhǔn)電壓輸入信號(hào)、1路標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)、8路數(shù)字輸入輸出信號(hào)和模擬V2電源、V3電源。處理器板卡22通過(guò)數(shù)字接口229與工業(yè)數(shù)字接口板卡24電連接，數(shù)字接口包含8路TTL電壓輸入信號(hào)、8路TTL電壓輸出信號(hào)、1路串行總線信號(hào)和數(shù)字V1電源。

信號(hào)調(diào)理板卡23包括1個(gè)子混合接口230、通用信號(hào)輸入電路231、位移調(diào)理電路232、壓差信號(hào)調(diào)理電路233、加速度信號(hào)調(diào)理電路234和輸出驅(qū)動(dòng)電路235。該子混合接口230針腳定義與處理器板卡22上的混合接口228定義相同，用于與處理器板卡22的電源和信號(hào)傳輸。通用信號(hào)輸入電路231包含一個(gè)通道的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)電路，負(fù)責(zé)對(duì)振動(dòng)控制儀等設(shè)備的輸出信號(hào)的濾波處理。位移信號(hào)調(diào)理電路232包含兩通道位移傳感器的激勵(lì)、調(diào)理和濾波處理，第一通道用于調(diào)理外控型三級(jí)閥的位移反饋信號(hào)，第二通道用于調(diào)理液壓作動(dòng)器的位移反饋信號(hào)，對(duì)于兩級(jí)的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和自控型的三級(jí)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)，第一路不需要連接傳感器，只將液壓作動(dòng)器的位移反饋連接至第二路輸入即可。壓差信號(hào)調(diào)理電路233負(fù)責(zé)調(diào)理液壓作 動(dòng)器上的壓差傳感器反饋信號(hào)。加速度信號(hào)調(diào)理電路234實(shí)現(xiàn)單一通道的加速度傳感器信號(hào)的調(diào)理、放大和濾波。驅(qū)動(dòng)輸出電路235負(fù)責(zé)對(duì)處理器板卡22輸出的控制電壓信號(hào)進(jìn)行平滑濾波、電壓電流轉(zhuǎn)換、輸出信號(hào)選擇等功率放大作用，將放大的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到伺服閥。每個(gè)信號(hào)調(diào)理板卡23對(duì)應(yīng)于一個(gè)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

工業(yè)數(shù)字接口板卡24包括1個(gè)子數(shù)字接口240、隔離的輸出電路241、隔離的輸入電路242、串行接口電路243和電源輸出電路244。該子數(shù)字接口240針腳定義與處理器板卡22上的數(shù)字接口229定義相同，用于與處理器板卡22的電源和數(shù)字信號(hào)傳輸。隔離的輸出電路241將數(shù)字接口上的數(shù)字TTL輸出電平經(jīng)過(guò)隔離、驅(qū)動(dòng)放大輸出24V電源，連接到外部的開(kāi)關(guān)閥等設(shè)備。隔離的輸入電路242將外部管路或者油源上的狀態(tài)信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離、電平轉(zhuǎn)換為TTL電平連接到數(shù)字接口240上。串行接口電路243將微處理器板卡22上的串口信號(hào)進(jìn)行隔離、電平轉(zhuǎn)換，與外部設(shè)備如油源的可編程控制器進(jìn)行通信。

如圖2所示是多通道控制裝置的工作流程示意圖。首先進(jìn)行試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作：檢查油源、試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)、管路是否有漏油，安裝并檢查試驗(yàn)試件和傳感器等，確保各連接線按照要求連接正確。然后打開(kāi)下位機(jī)，啟動(dòng)上位機(jī)軟件，若上位機(jī)報(bào)警提示與下位機(jī)為建立連接，或者下位機(jī)通信指示燈指示紅色，則需要檢查上下位機(jī)及其連接的網(wǎng)線；若連接正常，繼續(xù)在軟件中配置參數(shù)，包括采樣率、通道數(shù)目、各通道控制參數(shù)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型以及速度和位移的安全限制參數(shù)等。參數(shù)配置后，點(diǎn)擊初始化進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)采集，包括當(dāng)前油源狀態(tài)、各個(gè)開(kāi)關(guān)閥的狀態(tài)和各個(gè)液壓作動(dòng)器的位移，若它們的采集信息與實(shí)際不相符，就需要檢查相關(guān)設(shè)備、線纜和其接插件，直到采集的信息與實(shí)際一致，然后按順序開(kāi)啟油源，只有在油源完全啟動(dòng)后，才能進(jìn)行后續(xù)的操作。打開(kāi)系統(tǒng)總增益，它控制各個(gè)通道是否接受指令信號(hào)：若該增益不打開(kāi)，控制器始終處于位置保持模式，即控制各個(gè)液壓缸保持當(dāng)前位置。待總增益打開(kāi)后，進(jìn)行正式試驗(yàn)：對(duì)中、信號(hào)生成或者接受外部設(shè)備的信號(hào)作為控制指令，控制各個(gè)液壓缸實(shí)現(xiàn)指令信號(hào)所規(guī)定的動(dòng)作。正式試驗(yàn)過(guò)程中，控制裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)油源、各開(kāi)關(guān)閥狀態(tài)，監(jiān)控各個(gè)液壓缸是否有速度和位移的安全超限，若有任一規(guī)定的狀態(tài)異?；蛘甙踩?，控制裝置上位機(jī)和下位機(jī)會(huì)發(fā)生報(bào)警、位置保持，甚至直接關(guān)閉油源的操作；否則，繼續(xù)正式試驗(yàn)，直到用戶將總增益關(guān)閉?？傇鲆骊P(guān)閉，代表正式試驗(yàn)結(jié)束，按照順序關(guān)閉油源，只有在油源關(guān)閉后，才能關(guān)閉上位機(jī)和下位機(jī)，若控制裝置未能遠(yuǎn)程關(guān)閉油源，可以到油源現(xiàn)場(chǎng)，手動(dòng)關(guān)閉。

具體實(shí)施例一如圖3所示，該裝置用于某六自由度液壓試驗(yàn)系統(tǒng)。該試驗(yàn)系統(tǒng)在地理位置上比較分散，設(shè)備分別分布在測(cè)控間、油源間和實(shí)驗(yàn)大廳。其中，測(cè)控間有多通道控制裝置的上位機(jī)1、下位機(jī)2和振動(dòng)控制儀3，試驗(yàn)操作人員在這里控制整個(gè)系統(tǒng)；油源間有油源 12及其電控柜11，給液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力；試驗(yàn)大廳有管路8及其開(kāi)關(guān)閥7、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)4、臺(tái)體6及其與各液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)4之間的連接裝置5，如鉸鏈連接裝置、信號(hào)線纜9和雙絞線纜10等其他附件，6個(gè)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)4以321結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成一個(gè)六自由度液壓振動(dòng)臺(tái)。該多通道控制裝置的下位機(jī)2上的6個(gè)信號(hào)調(diào)理板卡通過(guò)信號(hào)線纜分別與6個(gè)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行電連接。單個(gè)信號(hào)調(diào)理板卡23的連線具體如圖4所示，信號(hào)調(diào)理板卡23的輸出驅(qū)動(dòng)電路235輸出±20mA電流信號(hào)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)4上的伺服閥41，該伺服閥41按照控制電流大小比例地控制三級(jí)閥42的運(yùn)動(dòng)速度，該三級(jí)閥42上的位移傳感器43將三級(jí)閥閥芯位移信號(hào)反饋到信號(hào)調(diào)理板卡23上的位移調(diào)理電路232的第一通道，構(gòu)成內(nèi)環(huán)三級(jí)閥位移控制環(huán)路，該三級(jí)閥42控制與之相連的液壓作動(dòng)器44的運(yùn)動(dòng)，液壓作動(dòng)器44上的位移傳感器43將其活塞位移反饋到信號(hào)調(diào)理板卡23上的位移調(diào)理電路232的第二通道，構(gòu)成外環(huán)液壓作動(dòng)器位移控制環(huán)路，這就是雙閉環(huán)控制，每個(gè)信號(hào)調(diào)理板卡23上的通用輸入調(diào)理電路231連接到振動(dòng)控制儀3相對(duì)應(yīng)的輸出端，用于接受該通道的控制指令。該多通道控制裝置的下位機(jī)2的工業(yè)數(shù)字接口板卡24上的6個(gè)隔離輸出端口分別連到了6個(gè)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)油管路的開(kāi)關(guān)閥，用于分別控制是否給6個(gè)作動(dòng)器供油。該多通道控制裝置的下位機(jī)2的工業(yè)數(shù)字接口板卡24上的串行接口通過(guò)雙絞線纜10連到了位于油源間的油源電控柜11的可編程控制器的相應(yīng)端口，用于遠(yuǎn)程控制油源。

具體實(shí)施例二如圖5所示，該裝置用于某單通道液壓試驗(yàn)系統(tǒng)。該試驗(yàn)系統(tǒng)包括多通道控制裝置的上位機(jī)1、下位機(jī)2。同樣，油源12及其電控柜11位于油源間；試驗(yàn)大廳有管路8及其開(kāi)關(guān)閥7、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)4、臺(tái)體6及其與液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)4之間的連接裝置5，如液壓球頭連接裝置、加速度傳感器13、信號(hào)線纜9和雙絞線纜10等其他附件，一個(gè)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)4構(gòu)成一個(gè)單通道的液壓振動(dòng)臺(tái)。該多通道控制裝置的下位機(jī)2上的1塊信號(hào)調(diào)理板卡23通過(guò)信號(hào)線纜與該液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)4進(jìn)行電連接，具體如圖6所示，信號(hào)調(diào)理板卡23的輸出驅(qū)動(dòng)電路235輸出±10mA電流信號(hào)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)4上的伺服閥41，該伺服閥41按照控制電流大小比例地控制三級(jí)閥42’的運(yùn)動(dòng)速度，該三級(jí)閥42’內(nèi)部集成有位移傳感器和控制電路，不需要外部控制，它控制與之相連的液壓作動(dòng)器44的運(yùn)動(dòng)，液壓作動(dòng)器44上的位移傳感器43將其活塞位移反饋到信號(hào)調(diào)理板卡23上的位移調(diào)理電路232的第二通道，進(jìn)行閉環(huán)位移控制，同時(shí)液壓作動(dòng)器44上安裝了壓差傳感器45，該傳感器連接到了調(diào)理板卡23上的壓差調(diào)理電路233，將液壓作動(dòng)器的壓差信號(hào)引入到控制閉環(huán)，有利于消除液壓系統(tǒng)中的共振峰。另外安裝在臺(tái)體上的加速度傳感器13連接到了調(diào)理板卡23的加速度調(diào)理電路234，將臺(tái)體加速度信號(hào)引入到控制閉環(huán)，有利于提高系統(tǒng)帶寬。該多通道控制裝置的下位機(jī)2的工業(yè)數(shù)字接口板卡上24的1個(gè)24V輸出端口連到了該液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)油管路的開(kāi)關(guān)閥，用于控制給作動(dòng) 器供油。該多通道控制裝置的下位機(jī)2的工業(yè)數(shù)字接口板卡上24的串行端口通過(guò)雙絞線纜11連到了位于油源間的油源電控柜的可編程控制器的相應(yīng)端口，用于遠(yuǎn)程控制油源。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專利技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬范圍。