提出利用MATLAB的RTWT工具箱對(duì)電液伺服系統(tǒng)進(jìn)行快速原型化控制的方法，可實(shí)現(xiàn)高速采樣與實(shí)時(shí)顯示的數(shù)字控制。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)現(xiàn)電液伺服閥控非對(duì)稱位置系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制，為數(shù)字控制器的算法在線設(shè)計(jì)與驗(yàn)證提供可能。

    電液伺服系統(tǒng)因其高頻響、高性能等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用與研究，其對(duì)控制系統(tǒng)的要求也較高，控制策略是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。MATLAB具有強(qiáng)大的矩陣和數(shù)學(xué)計(jì)算功能，并有針對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工具箱，是目前控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員首選的CAD軟件。利用其RTWT工具箱可以直接在Simulink實(shí)現(xiàn)A／D、D／A以及控制算法，其ring 0級(jí)的中斷在Win9x下的精度可達(dá)0．1ms。
   
    本文以研華PCL-818L板卡為例，說(shuō)明了使用RTWT工具箱的相關(guān)問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了基于Simulink的采樣頻率為1kHz的閥控缸位置系統(tǒng)控制軟件，研究了電液伺服系統(tǒng)快速原型化的方法，可方便的進(jìn)行控制策略的驗(yàn)證。
   
    1 RTW與RTWT簡(jiǎn)介
   
    RTW是Matlab圖形建模和仿真環(huán)境Simulink的一個(gè)重要的補(bǔ)充功能模塊，簡(jiǎn)而言之它是一個(gè)基于Simulink的代碼自動(dòng)生成環(huán)境。它能直接從Simulink的模型中產(chǎn)生優(yōu)化的、可移植的和個(gè)性化的代碼，并根據(jù)目標(biāo)配制自動(dòng)生成多種環(huán)境下的程序。實(shí)時(shí)視窗目標(biāo)RTWT（Real time Windows Target）是RTW的附加產(chǎn)品，可將Intel80X86／Pentium計(jì)算機(jī)或PC兼容機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，而且支持許多類型的I／O設(shè)備板（包括ISA和PCI兩種類型）。用戶只需安裝相關(guān)的軟件、一個(gè)編譯器和I／O設(shè)備板，就可將一個(gè)PC機(jī)用作實(shí)時(shí)系統(tǒng)并通過(guò)I／O設(shè)備與外部設(shè)備進(jìn)行連接。RTWT支持多種做作的驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)，從Simuiink移植至外部硬件的參數(shù)可以在系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行在線調(diào)整，所以用其進(jìn)行實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，周期短、費(fèi)用低、效率高。
   
    2 RTWT的安裝與設(shè)置
   
    1）在Win9x下安裝RTW3．0需要系統(tǒng)首先安裝MATLAB5．3和Simulink3．0，還要安裝RTWT需要的首先安裝Watcom C編譯器，并在定義Watcom環(huán)境變量，定義Watcom環(huán)境變量的方法是在autoexec．bat中加入如下設(shè)置：
   
    set WATCOM=<編譯器安裝路徑>重啟計(jì)算機(jī)后在MATLAB命令行窗口鍵入mex-setup，根據(jù)提示設(shè)置Watcom C編譯器為默認(rèn)編譯器。
   
    2）在MATLAB命令行窗口鍵入rtwintgt-setup，對(duì)于"是否安裝RTWT內(nèi)核"問(wèn)題，鍵入Y后重啟計(jì)算機(jī)；
    3）重啟后再次打開(kāi)MATLAB，在命令行窗口鍵入simulink，并新建一模型文件，保存為myctrl．mdl；
    4）模型庫(kù)中找到Real-Time Windows Target，將Adapter、RT In、RT Out和Scope拖到新建的模型文件中；
    5）雙擊Adapter，找到所用采集卡的驅(qū)動(dòng)程序，確認(rèn)后，出現(xiàn)采集卡輸入端口調(diào)整窗口，可以調(diào)整和確認(rèn)采集卡的地址和各通道的輸入電壓范圍；
    6）雙擊RT In（RT 0ut）模塊，設(shè)定采樣時(shí)間、所屬數(shù)據(jù)采集卡和通道號(hào)，其中RT In模塊對(duì)應(yīng)的A／D通道應(yīng)連接位置傳感器（LVDT）信號(hào)，RT Out模塊對(duì)應(yīng)的D／A通道作為控制輸入信號(hào)，經(jīng)V／I變換后給伺服閥；

    7）在myctrl．mdl模型文件的菜單中選擇Simulink-Parameters-solver-solver options中Type對(duì)應(yīng)的下拉框中選擇定步長(zhǎng)（Fixed-step），定步長(zhǎng)大小設(shè)置為0．001，模式選擇為單任務(wù)（Single Tasking）；
    8）TooIs-RTvv Options中系統(tǒng)目標(biāo)文件，利用瀏覽（Browse）按鈕選擇實(shí)時(shí)視窗目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的win_watc.tlc；#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
    9）按下Tools-RTW Build按鈕，進(jìn)行代碼生成和目標(biāo)文件的創(chuàng)建；
    10）在Simulation菜單選擇External；
    11）在Simulation菜單下，確認(rèn)Connect to target選項(xiàng)；
    12）在Simulation菜單下，單擊Start real-time code。即開(kāi)始運(yùn)行控制程序。
   
    3 電液伺服系統(tǒng)模型
   
    如圖2所示的閥控制非對(duì)稱缸系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)室用的疲勞試驗(yàn)臺(tái)，拉線式位置傳感器的輸出信號(hào)應(yīng)接RT ln模塊所對(duì)應(yīng)的研華PCL-818L板卡的A／D通道。伺服線圈應(yīng)按RT Out對(duì)的D／A通道經(jīng)V／I（電壓變電流）變換后的控制輸入信號(hào)，以形成數(shù)字閉環(huán)控制。圖3為電液伺服系統(tǒng)實(shí)物照片。耐磨焊條

    一般對(duì)稱液壓缸不考慮結(jié)構(gòu)柔度的影響、忽略摩擦負(fù)載和彈性負(fù)載的前提下，電液位置伺服系統(tǒng)的連續(xù)數(shù)學(xué)模型可表示為：

    首先，對(duì)如下傳遞函數(shù)與零階保持器（ZOH）組成的系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)Z變換：

    式中：T為采樣周期。得到系統(tǒng)開(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：

    由以上分析可知電液伺服位置系統(tǒng)為I型系統(tǒng)，選擇合理的PID控制參數(shù)即可保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)對(duì)階躍響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

    4 結(jié)束語(yǔ)
   
    綜上所述，在具備一定硬件條件的基礎(chǔ)上，利用實(shí)時(shí)視窗目標(biāo)可方便完成控制算法的驗(yàn)證。確定好控制策略后，還可利用RTW自動(dòng)生成代碼，將控制器對(duì)應(yīng)的代碼嵌入到用C／C++編寫的控制軟件中。進(jìn)而完成快速原形化控制和設(shè)計(jì)到代碼的自動(dòng)化。