0 导言
电液伺服体系是大型操控体系的执行机构，它的作业原理是依据操控体系的指令信号，经过电液伺服操控器来操控电液伺服阀的开度，从而操控油缸活塞的方位，来驱动执行机构，在工业范畴有着广泛的运用。电液伺服操控器是电液伺服体系的重要组成部分，是完结各种伺服操控算法，完结电液伺服体系实时运动操控的要害。关于有较高牢靠性要求的电液伺服体系，单纯进步电子元器件的牢靠性是远远不能到达要求的，有必要选用余度办法。余度办法便是运用硬件或软件冗余进步体系作业牢靠性的一种办法，这种办法虽然会下降体系的根本牢靠性，但能够到达进步体系的使命牢靠性的意图。
1 体系架构
1.1 体系组成
电液伺服体系组成如图1所示。电液伺服体系由操控器、液压功率驱动设备(PDU)、旋转作动器(GAR)、机械组件和相应传感器构成。操控器和PDU为电气衔接;PDU和GAR为机械衔接。PDU和GAR中各包含一个角位移传感器(RVDT)，用于丈量PDU和GAR的旋转视点，因为 PDU和GAR为同轴衔接，其旋转视点理论上完全共同，故这两个RVDT也用于互比监控。P DU中包含一个测速传感器，用于监控体系是否超速作业。GAR的机械组件上设置有超行程微动开关，用于检测GAR是否超越设定的旋转视点。
操控器依据操控曲线对GAR进行操控，在GAR运动过程中经过PDU和GAR上的RVDT检测运动视点。当GAR偏转到设定的减速视点时，操控器依据该反应信号削减指令输出;当GAR偏转到设定的中止视点时，操控器依据该反应信号中止指令输出。
1.2 双余度计划挑选
关于双余度体系，一般包含简略独立双余度、依据穿插增强的独立双余度和依据模型监控的独立双余度三种构型。三种双余度构型暗示见图2、三种双余度构型比照见表1。
1)简略独立双余度体系结构依托本身硬件的自监控战略，毛病检测覆盖率小于1，因而其不适用于安全要害体系，但选用松耦合办法，较高的体系可用性而适用于使命体系。因其硬件资源耗费最少，其根本牢靠性也是最高的，经过对输入环节、操控解算环节和输出环节进行完善的自监控及BIT规划，仍然能够使毛病检测覆盖率接近于1;
2)依据穿插增强的独立双余度体系结构依托穿插增强互比结合自监控电路可到达较高的毛病检测率，但硬件电路需成倍添加，根本牢靠性下降，一起也添加了经济本钱，在分量、体积等也要作出相应献身，其单通道毛病检测覆盖率随冗余硬件的添加会添加。
3)依据模型监控的独立双余度体系结构是在简略独立双余度容错结构的基础上添加模型监控，而模型监控依托准确模型可对体系全过程参数进行择点监控，进步单通道的毛病检测覆盖率。准确模型的树立则需要花费较高的价值，有必要经过理论核算并结合实验来完结。
依据以上要求及考虑，针对操控器牢靠性需求和体系的余度装备战略，操控器选用如下的体系结构：
1)选用简略独立双余度容错体系结构，完结体系一次毛病作业;
2)采纳完善的软硬件白监控和BIT规划，进步单通道毛病检测覆盖率;
3)选用热备份的主/备作业办法，进步体系的可用性。
2 操控器规划
操控器原理框图见图3，选用简略独立双余度构型。每台操控器机箱内包含2个类似余度通道，选用主/备式松耦合的作业办法，备份方式为热备份，作业相同软件。通道内处理器模块经过部分总线拜访接口模块。
每个通道的组成图见图4，包含主控组件、接口组件和电源组件。
主控组件完结指令接纳、操控律解算、通道毛病逻辑和BIT等作业;接口组件完结信号调度、信号阻隔、V/I转化和指令输出等作业;电源模块将外部供电转化为操控器内部运用的5 V、±15 V和7V/1800Hz等二次电源。
主控组件选用高功能DSP芯片TMS320C6415作为中心处理器，该处理器是高功能的定点DSP，可用于杂乱操控算法和数据处理算法的完结;本操控器设置DSP主频为480 MHz;接口组件中，模拟量经过求差份额改换、滤波等处理后进行A/D转化，经过精细压控电流源电路，输出-20mA～+20mA直流电流操控PDU的伺服阀的开闭程度;电源组件由+5VDC功率转化单元、者±15VDC功率转化单元、1800Hz信号产生器、1800Hz AC功率转化单元等几个功用单元组成。
3 余度办理战略
3.1 毛病办理
毛病归纳是将整个体系所产生的悉数毛病(包含各功用单元的瞬态毛病及永久毛病)逐个进行分类、挂号，并依据预先拟定的归纳原则，施行申报等级的区分与显现计划的处理。毛病依照严峻程度可分为一般毛病和严峻毛病，依照时刻特性可分为瞬时毛病和永久毛病。
针对永久和瞬时毛病的特色规划相应毛病过滤器。毛病过滤选用上下限计数办法，毛病过滤的参数包含毛病门限和每次毛病采样时刻(监控器监控速率)。当毛病数小于门限值时，将毛病情况进行归纳后进行记载，一起持续监控原毛病点，不进行通道切换。当毛病数超越门限时，瞬态毛病变为永久毛病，此刻依照预先设置的毛病严峻程度分类，当此永久毛病为一般毛病时，将毛病情况进行归纳后进行记载并上报，不进行通道切换;当此永久毛病为严峻毛病时，当即进行通道切换操作，然后将毛病情况进行归纳后进行记载并上报;假如切换后仍然存在严峻毛病，则备份通道也堵截输出，操控器仅保存监测通讯功用。
3.2 通道毛病逻辑
操控器的主/备通道都有通道毛病逻辑电路，各通道的通道毛病逻辑依据本地通道状况输出操控器的状况信息，用于接通/堵截操控器。操控器的通道毛病逻辑如图5。
经过对软件自监控信号、硬件监控信号、看门狗信号和另一通道有用信号的逻辑归纳处理，能够得呈现在本通道的状况，有用的通道将操控体系作业。通道毛病逻辑规划切换为单向：当主通道有用时，由主通道操控体系作业;当主通道失效，切换到备份通道，由备份通道操控体系作业，期间即便主通道毛病消失也不能再获得体系操控权。
3.3 作业形式
操控器包含正常作业形式和毛病作业形式。
3.3.1 正常作业形式
正常作业形式下，体系由操控器主通道进行操控，操控器备份通道处于热备份随动状况。
3.3.2 毛病作业形式
毛病作业形式包含：电气一次毛病作业形式，电气两次毛病安全形式和超行程毛病安全形式。
电气一次毛病作业形式：体系为双余度装备，操控器由主通道进行输出操控，当呈现一次电气毛病时，操控器将毛病通道阻隔，由正常的通道进行操控，能够确保产品仍能正常作业且功能不下降。
电气两次毛病安全形式：当产品呈现两次电气毛病，操控器堵截电磁阀供电，将PDU的供油堵截，使PDU的制动器将液压马达输出端制动，从而将GAR保持在当时方位。
超行程毛病安全形式：当GAR偏转视点超出设置行程时，超行程告警开关触发并宣布告警信号，操控器依据该信号堵截电磁阀、伺服阀操控信号，将PDU的供油堵截，使PDU的制动器将液压马达输出端制动，从而将GAR保持在当时方位。
4 测验数据与剖析
操控器在主通道和备份通道别离操控体系作业时，输出指令为-2mA、-5mA、-10mA、2mA、5mA和10mA时，在实验室测验的数据见表2。
因为PDU的伺服阀存在零位偏移，能够看出正向滚动速度要快于反向滚动速度，在小电流情况下尤为显着。从实验成果能够看出，主通道和备份通道别离操控体系作业时，GAR全行程时刻共同，阐明操控器在一次毛病情况下能够确保产品仍能正常作业且功能不下降。
5 定论
结合电液伺服体系的特色，提出一种以数字信号处理器TMS320C6415为中心的双余度电液伺服操控器，完结体系操控、监控和毛病办理等使命。依据通道毛病逻辑的主/备作业办法，完结了一次毛病作业、二次毛病安全的方针，进步了体系的牢靠性和安全性，适用于对牢靠性和安全性要求较高的场合。
