计算机控制的液压控制系统

出处：按学科分类—工业技术北京理工大学出版社《新编液压工程手册上册》第199页（2746字）

图6．2－7表示一个典型的计算机控制的位置液压控制系统的结构。

图6．2－7 计算机控制的位置液压控制系统

液压系统采用控制阀控制液压缸，并用直线位移传感器进行位置反馈。采样作用是用虚拟开关S₁， S₂，S₃，S₄表示，计算机对输入信号和反馈信号经过采样周期T采样一次，经过比较后得出误差信号，再按控制算法进行运算，将得到的控制信号送到液压系统。这里，控制算法的作用相当于模拟式控制系统中的校正环节。因为计算机按采样周期进行控制，所以系统属于采样控制系统。系统的分析理论参阅第5章中有关部分。下面将介绍计算机控制系统中数字控制器的结构、信号传递的过程及采样系统的数学模型。

(1)数字控制器

数字控制器的硬件结构及信息的变换和传递过程如图6．2－8所示。

图6．2－8 数字控制器结构及信息的变换和传递

A．采样保持器

采样保持器用来对模拟信号_v(t)采样，并保持一段时间，采样得到的是时间上是离散、幅值上是连续的离散模拟信号，采样周期是每隔时间间隔T之后，采样开关闭合一次。采样过程的数学表达式如下：

式中δ-脉冲函数

根据采样定理，要使采样信号能够恢复原来的连续信号，应使采样角频率ω_s≥2ω_max，ω_max是连续信号y(t)频谱特性中的最高角频率

B．模—数转换器

由于离散模拟信号_y*_(t)仍是一个模拟量，而计算机内运行的是二进制数字信号，通过模—数转换器把离散的模拟信号转换成时间上、幅值上均为离散的数字量，这个过程称为量化。量化的精度取决于模—数转换器的位数n，当位数n足够多时，转换可达到足够的精度。转换器末位(最低位)代表的数值称为量化单位q

，分别代表转换器输入的最大值和最小值。

量化引起的误差是量化误差ε

常用模—数转换器的位数n=8或更多，量化误差与全量程(－)之比很小，计算中可忽略不计。

C．数字计算机

数字计算机与外围设备一起构成数字控制器，同时具有显示、打印、报警、制表等功能。控制计算机除主机外，还有存储器、显示器、打印机、报警单元和操作控制台及比较完善的输入、输出通道，如模拟量的输入、输出通道；数字量的输入、输出通道；开关量的输入、输出道通和相应的指令，以及完善的软件系统以便控制输入、输出指令、完成信号的判断和计算，并给出二进制数字输出信号U(kT)。

D．数—模转换器和零阶保持器

从计算机输出的控制信号是二进制数字脉冲信号，需要经过D／A转换器和保持器的变换，才能输入到模拟式控制、执行机构。D／A转换器的作用是将二进制数字信号U(KT)转换成离散模拟信号u^*(t)。因为u^*(t)仍是离散的脉冲信号，还需经过保持器，将离散的电压信号变成连续的电压信号。通常保持器是零阶保持器，当采样周期T和量化单位都足够小时，可以将保持器输出的阶梯信号u(t)近似当作连续变化的模拟信号。在实际结构中，D／A转换器与保持器是合成一体的，而在分析计算时常将保持器与控制对象连在一起，合称广义控制对象。

(2)差分方程和脉冲传递函数

对于采样控制系统，其输出与输入之间用线性常系数差分方程表示

y(k)+a₁y(k－1)+…+a_ny(k－n)=b₀u(k)+b₁u(k－1)+…+b_mu(k－m)(6．2－4)

式中n，m－输出和输入的阶次，都是正整数，且n≥m，改写上式为