基于PXI的电液伺服作动器控制系统的设计与实现

2控制系统的硬件设计
由于该工程项目中的控制系统要求具有优越的性能及广泛的适用范围，因此，根据伺服机构的工作条件及工作原理，依据结构简单、操作方便、自动处理能力强的原则，利用NI公司的PXI测试平台和LabVIEW图形化编程环境设计了一个面向控制对象的实时数据采集与控制系统。本控制系统由上位机、下位机和测控单元组成，其中上位机是基于LabVIEW平台的工业控制计算机，下位机是基于PXI的测试平台，主要由PXI实时系统与PXI模块单元共同构成。其系统硬件框图如图4所示。
基于LabVIEW平台的工控机用来显示人机交互界面，界面上设置有操作面板，且前置有USB、开关和指示灯等配置，操作方便。该系统主要是基于PXI架构的，因此上位机采用虚拟仪器开发软件LabVIEW，以使上位机与下位机具有良好的系统兼容性。
根据系统的工作特点及技术要求，需研制体积小、结构紧凑、耐久性强等特点的控制系统。基于PXI平台的硬件部分具有产品尺寸小、架构稳固等特性，并且可以提供满足潜在需求的大量模块，具有模块化特征，易于重新配置，可升级性好，提供了较好的抗冲击、抗震动、防高温等方面的保护及使用寿命长等优点。因此，将PXI系统及LabVIEW应用在安全性要求高的工程装置上，简化了控制系统，降低了系统成本。利用其模块化特性，提高了系统的开发效率，增强了系统的可扩展性，是控制该机械系统的新手段。
图4中所示的为PXI硬件的主机箱体，相当于个人计算机的主机箱，本系统的主机配置为基于PXI架构的实时系统，该主机运行于工业控制计算机并通过操作界面进行系统配置，执行控制工作，并管理报警与警告信息，运行于主机的实时系统为主机的核心部分，用以实现高速数据采集和输出的PID闭环控制，并对采集数据进行快速存储，系统提供大的存储容量且可以随时进行数据的调用及分析，从而满足了性能需求。
本设计采用PXI硬件支持功能模块的嵌入，设计中可将PXI单元嵌入基于PXI系统的主机箱中，达到作动器控制系统的结构要求，由于PXI的实时系统可以实现所采集数据的实时处理和高级分析，因此工作性能较其他以PC单元实现的控制系统更为优越。
PXI单元包含有四个模块：模拟输入AI，模拟输出AO，数字输入DI，数字输出DO。由于伺服系统分为两个液压通道，因此将AI配置为双通道，用来接收测控单元采集到的位移传感器信号，并由PXI系统进行分析处理，最后将信号传送给工控机用以在面板上显示。同样地，AO也采用两个通道，将界面上由人工设置的参数信号通过AO输出，经由测控单元相应硬件调理，输入给伺服机构一个控制电液伺服阀开度的电流信号，通过流经伺服阀的流量来控制作动筒活塞的位移，完成输入参数所指定的位置要求。
DI数字输入／DO数字输出模块是伺服机构中开关阀、微动开关、报警器等其他状态信息的输入／输出通道，其传输的信号都为开关量。 DI为数字输入，用于微动开关的状态传输。微动开关动作由相关电路调理后，产生的电信号由DI传送给PXI的实时系统，最终由界面显示。DO数字输出，用于开关阀的状态信息传输。
本系统的测控单元采用自行设计的电路板形式实现对伺服机构中信号的采集、调整、输出等功能。该单元是连接下位机和伺服机构的中介模块。它接收伺服机构中位移传感器及其他设备的信号，经过相应的电压／电流转换及调理后，将信号输入PXI的实时操作系统处理分析，最后传送给工控机用以显示。同时，测控单元也可接收由PXI单元通过工控机输入的控制信号，经过相应信号的转换及调理，对伺服机构的各种状态进行控制。
为了使控制系统能够更好地工作，具备优越的工作性能，在设计本控制系统时考虑到该装置在应用中的重要性，特别在测控单元配备有伺服机构所需的二次电源，由测控单元里的驱动器提供，主要用来驱动机构中电液伺服作动器的电磁开关。另外，测控单元为伺服机构中的位移传感器提供激磁电源，由单元中的激励器提供。测控单元中的调理器是对位移信号及其他状态信号进行调理以使信号能够更加准确无扰动误差地进行传输。