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自动化联盟 - 自动化技术文章一箩筐

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    RTWT工具箱相关问题及对电液伺服系统研究

    sherlly 2009-11-09 11:20
    使用RTWT工具箱相关问题及对电液伺服系统研究
    提出利用MATLAB的RTWT工具箱对电液伺服系统进行快速原型化控制的方法,可实现高速采样与实时显示的数字控制。在实验室环境下实现电液伺服阀控非对称位置系统实时控制,为数字控制器的算法在线设计与验证提供可能。
        电液伺服系统因其高频响、高性能等特点被广泛应用与研究,其对控制系统的要求也较高,控制策略是整个控制系统的核心。MATLAB具有强大的矩阵和数学计算功能,并有针对控制系统设计的工具箱,是目前控制系统设计人员首选的CAD软件。利用其RTWT工具箱可以直接在Simulink实现A/D、D/A以及控制算法,其ring 0级的中断在Win9x下的精度可达0.1ms。
       
        本文以研华PCL-818L板卡为例,说明了使用RTWT工具箱的相关问题,开发了基于Simulink的采样频率为1kHz的阀控缸位置系统控制软件,研究了电液伺服系统快速原型化的方法,可方便的进行控制策略的验证。
       
        1 RTW与RTWT简介
       
        RTW是Matlab图形建模和仿真环境Simulink的一个重要的补充功能模块,简而言之它是一个基于Simulink的代码自动生成环境。它能直接从Simulink的模型中产生优化的、可移植的和个性化的代码,并根据目标配制自动生成多种环境下的程序。实时视窗目标RTWT(Real time Windows Target)是RTW的附加产品,可将Intel80X86/Pentium计算机或PC兼容机转变为一个实时系统,而且支持许多类型的I/O设备板(包括ISA和PCI两种类型)。用户只需安装相关的软件、一个编译器和I/O设备板,就可将一个PC机用作实时系统并通过I/O设备与外部设备进行连接。RTWT支持多种做作的驱动程序库,从Simuiink移植至外部硬件的参数可以在系统运动过程中进行在线调整,所以用其进行实时控制系统开发时,周期短、费用低、效率高。
       
        2 RTWT的安装与设置
       
        1)在Win9x下安装RTW3.0需要系统首先安装MATLAB5.3和Simulink3.0,还要安装RTWT需要的首先安装Watcom C编译器,并在定义Watcom环境变量,定义Watcom环境变量的方法是在autoexec.bat中加入如下设置:
       
        set WATCOM=<编译器安装路径>重启计算机后在MATLAB命令行窗口键入mex-setup,根据提示设置Watcom C编译器为默认编译器。
       
        2)在MATLAB命令行窗口键入rtwintgt-setup,对于"是否安装RTWT内核"问题,键入Y后重启计算机;
        3)重启后再次打开MATLAB,在命令行窗口键入simulink,并新建一模型文件,保存为myctrl.mdl;
        4)模型库中找到Real-Time Windows Target,将Adapter、RT In、RT Out和Scope拖到新建的模型文件中;
        5)双击Adapter,找到所用采集卡的驱动程序,确认后,出现采集卡输入端口调整窗口,可以调整和确认采集卡的地址和各通道的输入电压范围;
        6)双击RT In(RT 0ut)模块,设定采样时间、所属数据采集卡和通道号,其中RT In模块对应的A/D通道应连接位置传感器(LVDT)信号,RT Out模块对应的D/A通道作为控制输入信号,经V/I变换后给伺服阀;


        7)在myctrl.mdl模型文件的菜单中选择Simulink-Parameters-solver-solver options中Type对应的下拉框中选择定步长(Fixed-step),定步长大小设置为0.001,模式选择为单任务(Single Tasking);
        8)TooIs-RTvv Options中系统目标文件,利用浏览(Browse)按钮选择实时视窗目标所对应的win_watc.tlc;
        9)按下Tools-RTW Build按钮,进行代码生成和目标文件的创建;
        10)在Simulation菜单选择External;
        11)在Simulation菜单下,确认Connect to target选项;
        12)在Simulation菜单下,单击Start real-time code。即开始运行控制程序。
       
        3 电液伺服系统模型
       
        如图2所示的阀控制非对称缸系统是实验室用的疲劳试验台,拉线式位置传感器的输出信号应接RT ln模块所对应的研华PCL-818L板卡的A/D通道。伺服线圈应按RT Out对的D/A通道经V/I(电压变电流)变换后的控制输入信号,以形成数字闭环控制。图3为电液伺服系统实物照片。耐磨焊条


        一般对称液压缸不考虑结构柔度的影响、忽略摩擦负载和弹性负载的前提下,电液位置伺服系统的连续数学模型可表示为:


        首先,对如下传递函数与零阶保持器(ZOH)组成的系统进行标准Z变换:


        式中:T为采样周期。得到系统开环脉冲传递函数为:



        由以上分析可知电液伺服位置系统为I型系统,选择合理的PID控制参数即可保证控制系统的稳定性,系统对阶跃响应的实验结果如图4所示。

        4 结束语
       
        综上所述,在具备一定硬件条件的基础上,利用实时视窗目标可方便完成控制算法的验证。确定好控制策略后,还可利用RTW自动生成代码,将控制器对应的代码嵌入到用C/C++编写的控制软件中。进而完成快速原形化控制和设计到代码的自动化
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    韩斐 2011-09-30 23:05
    RTWT工具箱相关问题及对电液伺服系统研究
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