基于DSP的NNC-PID控制器电液位置系统

在汽车制造过程中，大量应用电液位置伺服式机械手（焊装、喷漆）、机床（冲、压）以及其他加工装置。电液位置伺服系统具有功率大、响应快、精度高的特点，这就要求控制系统不仅有良好的定位精度，而且要有好的伺服跟踪性能，因此是控制领域中的一个重要组成部分。电液位置伺服控制系统的典型特征是非线性、不确定性、时变性、外界干扰和交叉耦合干扰等，系统精确的数学模型不易建立。因此，对电液系统的控制一直是一个复杂控制系统问题。
　　常规PID控制器具有结构简单、参数意义明确、控制的动态和静态特性优良等特点。人工神经网络（NNC）具有信息综合、学习记忆和自适应能力、逼近任意非线性函数的能力，可以处理那些难以用模型和规则描述的过程，但也存在局部最小点，不易达到最优控制。
　　将NNC与PID控制相结合组成智能控制器可以取得更好的控制效果，这里提出采用DSP实现NNC-PID控制器对电液位置系统进行智能控制，满足电液位置伺服对控制系统响应快和高精度的要求。
　　1 电液位置伺服系统构成
　　以喷漆机械手第一关节为对象，构造了研究实验装置，如图1所示。其中反馈器件采用精密导电塑料电位计。整个控制系统以DSP为核心、由喷漆机械手第一关节、位置传感器、12位A/D转换器和D/A转换器、信号调理电路和输出放大驱动电路以及上位机PC等组成，实现定位和伺服跟踪控制。
　　
　　2 控制系统硬件设计
　　TMS320F2812是TI公司推出的2000系列的数字信号处理（DSP），主要应用在控制领域。频率达150 MHz，定点32位的CPU，可运行16×16和32×32的运算。片上高达128 KB的程序存储器，128 KB的ROM和18 KB的SARAM，外部接口16位数据线和19位地址线，可外扩l MB的ROM。此外还集成有16通道的12位的A/D转换器，最小化周期80 ns，以及56个可单独编程的通用I/0（GPIO）引脚。高速的数字信号处理能力及丰富的外扩资源使TMS320F2812适合应用在要求较高的控制系统。
　　2．1 控制系统总体结构
　　控制系统采用了PC+DSP的控制方案，系统总体结构如图2所示。其中PC机主要用来显示控制界面，调节各控制参数，实时显示各相关信号。而DSP则完成低层的控制功能，通过A/D转换器采集各路信号，经过一定的算法处理后，由D/A口输出，以及通过I/0口、光电隔离驱动放大电路来控制各电磁阀的开关。同时通过通信，向PC机发送采集来的信号，并接收PC机的起动、停止等指令以及各控制参数。