FPGA在开关阀实现油缸位置控制中的应用.pdf

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1、2013年11月机床与液压NOV．2013第41卷第22期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．41No．22DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．22．044FPGA在开关阀实现油缸位置控制中的应用姚李威，张靖波(1．太原理工大学机械电子工程研究所，山西太原030024；2．中煤平朔煤业有限责任公司物资供应中心，山西朔州036006)摘要：介绍了应用FPGA可编程门阵列的DDS直接数字式频率合成器功能，在FPGA内部实现油缸位置控制需要的PWM信号的载波并完成调制的方法。介绍了该方法在液压支架整体压架试验台中的应用。阐述了FP

2、GA在开关阀位置控制系统中应用的优势。关键词：FPGA；开关阀；位置控制中图分类号：TP274文献标识码：B文章编号：1001—3881(2013)22—125—2ApplicationofFPGAinCylinderPositionControlwithSwitchValveYA0Liwei．ZHANGJingbo(1．ResearchInstituteofMechatronicsEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，TaiyuanShanxi030024，China：2．MaterialsSupplyCenter，Chin

3、aCoalPingshuoCoalCo．，Ltd．，ShuozhouShanxi036006，China)Abstract：DDSdirectdigitalfrequencysynthesizerfunctionsbasedonFPGAprogrammablegatea盯ayandPWMsignalcarrierandmodulationme~odrealizinginsideFPGAwereintroduced．Theapplicationofthemethodinthehydraulicsupportoverallpressuretestdevicewasintrod

4、uced．ThesuperiorityofapplyingFPGAinvalvepositioncontrolsystemwaselaborated．Keywords：FPGA；Switchvalve；Positioncontrol煤矿液压支架的工作可靠性直接影响着采煤工作控制系统结构如图1所示。面的推进速度，影响着支架对顶板的支护性能和对顶板管理的质量。按照原煤炭工业部的有关要求，液压支架出厂时，必须按照出厂标准对支架进行性能试验和参数确定。液压支架整体压架试验台主要结构有底座、箱式框架、升降机构、支架牵引装置、(型式)试验垫块保护装置、护帮加载装置、底座侧加载及固定装

5、置等。升降机构在箱式框架内沿着4根导柱，在4根多级双作用油缸的驱动下完成升降动作。这对该油缸的同步性能提出了很高的要求。如何通过对液压阀的控制来实现油缸同步是这一环节的关键技术。通常应用电液比例阀加位移传感器的方式实现油缸同步，在这种方式下，控制器通过比较各油缸的位图1系统结构置反馈来决定对应电液比例阀的开口以调整油缸的运文献[2]对油路结构作了简化，使开关阀的数行速度，使各油缸以相同的速度推进从而达到同步的量减少为两个，文献[3]对位置控制过程中的波纹要求。该方法可以完成同步，存在问题在于电液比例抑制进行了研究。阀的价格可观，如果需要同步的油缸数量较多，将会这些文献分别

6、对液压系统和控制算法进行了研究造成成本急剧增加。因此采用开关阀实现同步的方和改进，但是对控制单元的硬件结构都未做改进。控法。制单元结构均为图1中所示结构。该结构能够完成控文献[1—3]对应用PWM调制开关阀实现位置制要求，但使用D／A和独立PWM单元完成脉宽调控制进行了研究。根据文献[1]描述，开关阀位置收稿日期：2012—11—27作者简介：姚李威(1978一)，男，硕士，讲师，主要研究方向为机电液一体化设计、电路与系统。E—mail：yaoliwei@tyut．edu．cno·126·机床与液压第41卷制，存在结构繁琐的问题。特别是应用在多油缸的因为调制过程中只是应用

7、DDS输出幅值进行比同步控制时，尤其明显。较，所以并不需要D／A参与，而且可以多路调制复作者结合FPGA快速并行且可实现直接数字式频用同一载波，进一步简化了控制单元结构。率合成器(DirectDigitalSynthesizer)的特点，在控3硬件结构和试验制器内完成脉宽调制。控制单元硬件结构如图5所示，采用高速模数转1FPGA频率合成原理换模块ADS7825作为A／D转换模块，选择串行模式，在FPGA中实现数字频率合成的方式有两种：通过通道选择依次转换反馈信号和设定信号，处理器(1)频率合成法；(2)直读法。在脉宽调制中为了