高速压铸机控制――举重若轻，一挥而就

高速压铸机控制――举重若轻，一挥而就压铸机是在压力作用下把熔留学融金属液压射到模具中冷却成型，开模后得到固体金属铸件的一种工业机械。液压缸的位置和压力控制需要非常的精确，由于其高速高压特性，使得此类控制的设计成为系统设计的主要挑战。在这个项目中，客户要求液压缸依照预先设定的速度与加速度参数，以用户定义的轨迹进行移动。在这个过程中，必须保持运动参数的准确和稳定，即使在速度高达10 m/s 时依然如此。而在液压缸猛然提速或制动时，则需要以高于1 kHz 的循环执行速度完成闭环控制　在传统的机电一体化设计中，除了机械和控制算法设计外，还需要进行电路设计和嵌入式程序开发等工作，不但费时，而且对开发人员的专业水平要求很高。现在，NI CompactRIO硬件平台和LabVIEW图形化开发环境大大简化了机电一体化设计过程，最大限度降低了系统开发的风LabVIEW开发险。此外，在CompactRIO平台中还嵌入了现场可编程门阵列（FPGA），支持高达40 MHz的时钟周期，可以使程序具有硬件级的执行速度，这无疑非常适合用于高速闭环控制等应用场合。NILabVIEW FPGA模块软件的推出，进一步简化了FPGA应用的开发，使开发人员不再需要掌握VHDL等复杂的逻辑描述语言。NI CompactRIO 平台和LabVIEW FPGA 模块的这些优势，使其成为了EUROelectronics团队在开发大型液压压铸机控制系统时的自然选择。
液压缸必须精确按照控制台预先设定验厂培训的位置、速度、加速度等参数进行运动。首先一个问题就是实时采集位置、压力、温度等信号。NI 为CompactRIO 平台提供了丰富的模拟和数字I / O 模块，可对各种传感器信号进行采集。EUROelectronics 仅使用两路高速数字输入通道，就可通过位移编码器获得液压缸的当前位置信息。
　　控制系统在不到1 ms 的循环周期中，必须完成位置测量和速度计算，并与设定轨迹参数进行比较，通过PID 算法修正控制参数。为了保证液压管路平衡，还必须同时控制液压缸前端和后端的压力，以避免出现破坏性的瞬时峰值。这些要求对于具有极高时间确定性（Deterministic）的FPGA程序来说轻而易举即可做到。CompactRIO以更优秀的实翻译公司时性表现替代了传统的PLC。通过CompactRIO 上的以太网接口可以连接上位机。通过在上位机运行的监控界面，操作人员可以设定液压缸运动的控制参数，监视控制效果。通过监控界面还可以看到压力、温度等其他参数，并完成速度平均值计算、最大值统计等实时性要求不高的操作。
　　通过LabVIEW FPGA模块在CompactRIO平台上进行高速控制系统大红袍的开发，使整个项目进展十分顺利。开发人员不需要自己设计电路，也不需要编写底层程序，就可以通过小巧而坚固的CompactRIO 实现对大型液压压铸机的高速控制，真是有一种举重若轻的感觉。更令人惊叹的是，整个项目从原型验证到完成整机调试仅仅用了三个星期时间，真可谓一挥而就。“该项目开发周期如此之短，多亏了N I 提供的一整套软硬件解决方案。”项目负责人Paolo Catterina 如是说。
在FPGA 上实现PID，实现2000 倍的速度提升
　　PID 算法的参数调整通过一个“真值表”来完成，FPGA 根据液压缸的响应参数可以迅速计算出下一周期的控制信号，保证液压装置无论在低速（小于0.3 m/s）还是高速（大于7.5 m/s）运动的情况下都能对其精确控制。
　　相比较于一般PLC 小于100 次/s 的控制循环，FPGA 下的PID 控制算法能够达到最大的时间确定性，获得大于200k次/s 的控制速度。同时控制系统能够在短暂而严格的时间周期对液压装置输出控制信号。此案例中，在CompactRIO平台上通过一个模拟输出模块输出液压缸控制信号。