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AB罗克韦尔PLC1746-HSCE2

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一种用基于FPGA的DSP技术来设计电液伺服系统控制器的方法。该方法克服了传统伺服控制器的一些不足，可将许多复杂的实时控制算法硬件化实现，并根据控制效果的优劣调整控制算法，从而提高了控制器的控制效果、运算速度和可靠性。使用该方法，设计者不必十分了解FPGA（可编程逻辑门阵列）和VHDL（硬件描述语言），在Matlab中便可设计出需要的伺服控制器。

1现代DSP技术概述

近几年来，应用数字信号处理技术设计的数字控制器被越来越多地应用到电液伺服系统中。在过去很长的一段时间里，以美国TI公司TMS320系列为代表的DSP处理器几乎是数字信号处理应用系统的选择。但面对当今迅速变化的DSP应用市场，其硬件结构的不可变性，早已显得力不从心。基于FPGA的现代DSP技术是用FPGA等可编程门阵列实现数字信号处理算法，它是一种面向对象的DSP系统，用户可根据需要来定制和配置自己的DSP系统。但是，应用FPGA开发DSP系统专业性强，使其应用受到很大限制。目前，在利用FPGA进行DSP系统的开发应用上，已有了全新的设计工具和设计流程，世界两大FPGA生产厂商Xilinx公司和Altera公司都相继推出了自己的DSP解决方案。DSPBuilder就是Altera公司推出的一个面向DSP开发的系统级工具。MathsWork公司Matlab是功能强大的数学分析工具。Simulink是Matlab的一个工具箱，用于图形化建模仿真。DSPBuilder作为Simulink中的一个工具箱，使得用FPGA设计DSP系统可以通过Simulink的图形化界面进行。DSPBuilder中的基本模块是以算法级的描述出现的，易于用户从系统或者算法级进行理解，甚至不需要十分了解FPGA本身和硬件描述语言。这为传统控制系统领域的工程师开发基于FPGA的可靠控制系统芯片自顶向下的算法级设计提供了便利的条件。

控制元件可以是液压控制阀或液压伺服型变量泵等，执行元件可以是液压缸或液压马达等。笔者结合文献［5］带钢卷取电液伺服系统中电液伺服阀及液压缸的参数，研究如何使用Matlab及DSPBuilder来设计电液伺服系统控制器。

采用TR2h7/20EF型动圈双级滑阀式位置反馈式电液伺服阀，其主要参数为：额定电流ΔiR=013A;供油压力ps=415MPa;额定流量qR=015×10-3m3/s;零位泄漏流量qc=813×10-6m3/s;颤振电流幅值和频率分别为25mA和50Hz。由实验可得出伺服阀固有频率ωsv=112rad/s，阻尼比ξsv=0.6。

控制系统结构设计

伺服控制器设计可以从与硬件*无关的系统级开始，首先利用Matlab强大的系统设计、分析能力和DSPBuilder提供的模块完成控制系统的结构设计。本文控制器采用位置式PID控制器，在Simulink搭建如图2所示的模型。

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6ES7 810-2CC03-0YX0     STEP7-Micro/WIN V4.0 SP3，单用户授权

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