一種伺服壓力控制系統的制作方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及控制技術領域，具體而言，涉及一種伺服壓力控制系統。
【背景技術】
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[0002]在自動化設備中常需要以恒定的力夾緊或者壓合產品。現有的工程應用中使用伺服電機控制運動機構恒力輸出可以用伺服電機轉矩控制模式，并在輸出末端加上壓力傳感器監測輸出力的大小。但這是一個開環的系統，由于傳動機構引入的誤差及對電機扭矩誤差的放大，在輸出末端輸出的力與給定量有一定的差別，而且調整的靈敏性非常差，壓力傳感器只是監測輸出力的大小，不能起到反饋作用。
[0003]由于以上控制模式的缺點明顯，在實際應用中一般會使用伺服電機轉矩控制模式或位置控制模式，在控制軟件中以輪詢的方式根據壓力傳感器采集值與給定值之差來調整控制模擬量或者是位置命令。但此控制方法的缺點是:需占用大量CPU的寶貴時間，需要編寫復雜的軟件代碼，而且實時性差，實際使用中要限制在很低的速度下。
[0004]申請號為200820057674.5的發明公開了一種基于PID控制算法的電子壓力控制器，其硬件結構包括微處理器、按鍵、液晶屏、光藕、閥門、儲氣設備、壓力傳感器、電源、放大電路、PC機控制界面、RS232轉換電路等。其中，微處理器是整個系統的核心。本控制器基于雙傳感器負反饋，采用PID控制算法和PWM控制方式，解決了壓力控制快速性和穩定性問題。該控制器輸入電壓為24V，正常工作氣壓為O — lOOPsi，用戶可選擇控制信號對氣壓進行控制。該控制器使用LCD顯示技術，可以使用按鍵進行壓力控制或標定等的操作；并且基于Modbus協議或CAN通信，確保上位機和微控制器之間的通信，實現上位機對壓力的控制等操作以及壓力曲線的顯示。
【發明內容】
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[0005]本發明所解決的技術問題:基于PID控制算法的電子壓力控制器，因壓力傳感器異常等不可控因素造成輸出異常增大導致輸出力超過安全范圍的情況出現。
[0006]本發明提供如下技術方案:
[0007]一種伺服壓力控制系統，包括伺服壓力控制器、壓力傳感器、伺服電機部分；
[0008]所述電源電路用于給伺服壓力控制器供電；
[0009]所述伺服壓力控制器包括MCU和單片機最小系統電路、數碼管及按鍵掃描電路、通訊接口電路、模擬信號調零電路、ADC電路、DAC電路、信號選擇輸出電路、模擬信號PID調整電路；
[0010]所述伺服壓力控制器通過通訊接口電路連接上位機，伺服壓力控制器通過數碼管及按鍵掃描電路連接控制面板；
[0011]所述壓力傳感器將反映壓力值的電壓信號輸送給伺服壓力控制器，反映用戶命令的電壓信號通過通訊接口電路給發送給伺服壓力控制器，所述反映壓力值的電壓信號進模擬信號調零電路調零后給ADC電路，由模擬信號PID調整電路對反映壓力的電壓信號與反映目標壓力的電壓信號的偏差量做比例、積分、微分處理，處理后所得的電壓信號輸出給ADC電路與被控制的伺服電機系統。MCU可將輸入伺服壓力控制器的信號和伺服壓力控制器輸出的信號經通訊接口電路顯示在上位機的控制界面上，同時，MCU也可將輸入伺服壓力控制器的信號和伺服壓力控制器輸出的信號經數碼管及按鍵掃描電路顯示在控制面板上;
[0012]所述伺服壓力控制器還包括模擬信號限幅輸出電路，所述模擬信號限幅輸出電路用于將伺服壓力控制器向伺服電機系統輸送的電壓信號限制在設定值的范圍之內。
[0013]按上述技術方案，模擬信號限幅輸出電路使從伺服壓力控制器向伺服電機系統輸送的模擬電壓在限制值范圍之內，如此，可避免因壓力傳感器異常等不可控因素造成輸出異常增大導致輸出力超過安全范圍的情況出現。
[0014]作為對上述技術方案中模擬信號限幅輸出電路的一種說明，所謂限幅電路是限制信號輸出幅度的電路，它能按限定的范圍削平信號電壓的波形幅度，是用來限制信號電壓范圍的電路，又稱限幅器、削波器等。限幅電路應用非常廣泛，常用于整形、波形變換、過壓保護等電路。限幅電路按功能分為上限幅電路、下限幅電路和雙向限幅電路三種。上限幅電路在輸入電壓高于某一上限電平時產生限幅作用；下限幅電路在輸入電壓低于某一下限電平時產生限幅作用；雙向限幅電路則在輸入電壓過高或過低的兩個方向上均產生限幅作用。作為本發明的一種優選，本發明所述的模擬信號限幅輸出電路為雙向限幅電路。
[0015]作為本發明對伺服壓力控制器的一種說明，模擬信號PID調整電路具體包括求差電路、比例電路、積分電路、微分電路、求和電路；所述比例電路、積分電路、微分電路并聯后其輸入端與求差電路串接，其輸出端與求和電路串接。
[0016]作為本發明對伺服壓力控制器的一種說明，所述伺服壓力控制器包括數字電位器電路，所述數字電位器電路根據MCU指令控制模擬信號PID調整電路的比例、積分、微分參數。
[0017]作為本發明對伺服壓力控制器的一種說明，所述伺服壓力控制器還包括模擬信號調零電路，所述模擬信號調零電路可對輸入伺服壓力控制器的壓力傳感器測得電壓重新設置零點參考。所述模擬信號調零電路可采用申請號為03132129.1的發明專利申請所述的模擬信號自動初始調零電路，該自動初始調零電路適用于傳感器變送后模擬信號的自動初始調零，一般電子測量儀器的快速初始調零，更適合應用于自動化控制系統中模擬信號的自動初始調零。其主要由放大電路、A/D轉換電路、調零控制電路、D/A轉換電路、衰減電路、合成電路等依次構成。其原理為輸入模擬量放大后經A/D轉換為數字量，在邏輯電平控制下鎖存該數字量，將其經D/A轉換為模擬量并衰減后作為初始模擬量的記錄，將它與輸入模擬量做減法運算，完成初始調零功能。上述發明專利申請所述的模擬信號自動初始調零電路具有快速、邏輯電平控制調零的優點，大幅度提高了工作效率，并易于實現自動控制。
[0018]基于上述對于伺服壓力控制器的說明，所述模擬信號PID調整電路的輸入端與模擬信號調零電路串接，模擬信號PID調整電路的輸出端與模擬信號限幅輸出電路串接，模擬信號PID調整電路由MCU控制。
[0019]基于上述對于伺服壓力控制器的說明，所述伺服壓力控制器還包括信號選擇輸出電路；所述伺服壓力控制器設有第一模擬量輸出通道和第二模擬量輸出通道，由模擬信號PID調整電路對壓力傳感器測得電壓信號與用戶輸入電壓信號進行處理后所得的電壓信號通過第一模擬量輸出通道輸出給被控制的伺服電機；所述信號選擇輸出電路具有選擇第二模擬量輸出通道的功能，可以使伺服壓力控制器通過第二模擬量輸出通道輸出單獨的一路電壓信號給伺服電機系統，也可以使伺服壓力控制器通過第二模擬量輸出通道輸出對輸入的壓力傳感器測得電壓信號重新設置零點參考后的電壓信號供其他模擬量采集設備采集。
[0020]申請號200610163738.5的發明專利申請公開了一種信號選擇電路，將從多個模擬信號中選擇的相同或不同的第一及第二模擬信號轉換為數字信號，從而輸出第一及第二數字信號，該信號選擇電路具備:模擬信號選擇電路，根據模擬選擇信號，從所述多個模擬信號中選擇所述第一及第二模擬信號；第一 AD轉換器，將由所述模擬信號選擇電路輸出的所述第一模擬信號轉換為第三數字信號并輸出；第二 AD轉換器，將由所述模擬信號選擇電路輸出的所述第二模擬信號轉換為第四數字信號并輸出；數字信號選擇電路，根據數字選擇信號，將所述第三及第四數字信號的一方或雙方作為所述第一及第二數字信號而選擇輸出；和控制電路，根據用于選擇所述第一及第二數字信號的輸出選擇信號，輸出所述模擬選擇信號及所述數字選擇信號。
[0021]本發明可采用上述發明專利申請中的信號選擇電路作為信號選擇輸出電路。如此，經過調零后的壓力信號和單獨一路DAC轉換得到的模擬量信號進入信號選擇電路。所述信號選擇輸出電路可將單獨一路DAC轉換得到的模擬量信號經伺服壓力控制器第二模擬量輸出通道輸出給伺服電機系統，也可以將調零后的壓力信號經伺服壓力控制器第二模擬量輸出通道輸出給其他模擬量采集設備，供其采集。
[0022]作為本發明對伺服壓力控制器的一種說明，所述伺服壓力控制器還包括數字I/O電路，所述數字I/o電路使伺服壓力控制器能與其他器件進行I/O信號交互。
[0023]作為本發明對電源電路的一種說明，所述電源電路包括三端穩壓芯片，所述電源電路設有電源監測電路，所述電源監測電路將電源電路三端穩壓芯片前端電壓分壓后與一基準電壓比較，來監測輸入電源電壓是否低于安全值。
[0024]由上述說明可知，本發明所述伺服壓力控制系統實現了將壓力傳感器采集值做反饋實現了一個實時的閉環系統，很好地解決了傳統控制方式的不足之處，優越性體現在以下幾個方面:
[0025]1、能夠根據給定命令精確控制輸出末端輸出力的大小，并且保證輸出末端輸出力的恒定，即便輸出末端位置一直變化，也能夠保證輸出末端輸出恒定力；
[0026]