振动压路机电液比例控制系统的研究与设计中国电气传动网欢.docx

《振动压路机电液比例控制系统的研究与设计中国电气传动网欢.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《振动压路机电液比例控制系统的研究与设计中国电气传动网欢.docx（6页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、振动压路机电液比例控制系统的研究与设计苍松北京航空航天大学摘要：提出了一种可应用于振动压路机的电液比例控制系统的原理、实现要领及软硬件组成等。该系统基于高性能的16位单片机MC9S12XDT512而设计，集成了行走利用、振动控制、妨碍检测以及通信功效等。要害词：振动压路机 电液比例控制 MC9S12XDT512 PWMResearch and Design of Electro-hydraulic Proportional Control System for Vibratory RollerCang SongAbstract: This paper has put forward a new

2、 electro-hydraulic proportional control system for vibratory roller, and has introduced the principle，the realization as well as the hardware circuit of the system. The control system design is based on high performance 16-bit microcontroller, integrated with tread control，vibration control，fault di

3、agnosis and communication functions.Keywords: vibratory roller electronic-hydraulic proportion control MC9S12XDT512 PWM1 引言在现代工程机器中，电液比例控制系统具有高控制精度、高宁静性、高可靠性等多方面优点，因此应用越来越遍及。本文接纳Freescale公司的16位单片MC9S12XDT512作为控制器。接纳单片机作为控制器的电液比例控制系统开发本钱低，运算能力强，能在短时间内完成大量事情量，并且具有很强的逻辑判断功效，可以实现比力庞大的控制。利用振动压路机机器压实是在修建公

4、路、运输门路、土石方工程、堤坝和修建物底子、桥梁、外貌密封层和垃圾添埋场中不可缺少的施工工艺1。因此，压路机控制系统的优化对改进压路机质量，提高压实度和压实效率有着重要的作用。电液比例控制系统是振动压路机要害的控制系统，液压技能在压路机中的应用，不但使传动系统大大简化、操纵轻便、省力，并且液压传动使行走机构实现了无级变速，使振动系统能够凭据施工要求在较大范畴内调频调幅。同时液压技能的应用也为机器的自动检测和控制提供了条件。电液比例控制系统性能的优劣直接决定了振动压路机的整体性能的忧劣，所以，研究和设计一款适用于振动压路机的性能优越的电液比例控制系统具有直接的工程应用代价。2 电液比例控制系统原

5、理在液压传动与控制中，能够担当模拟式或数字式信号，使输出的流量或压力连续成比例的受到控制，都可以被称为电液比例控制系统2。组成电液比例控制系统的根本元件有控制手柄、控制器、脉宽调制(PWM)驱动电路、比例电磁铁、电液比例阀及执行机构等部门。电液比例阀接纳PWM调治方法进行控制，通过改变PWM信号的占空比来调治流过比例电磁铁线圈的平均电流，以低落摩擦、淘汰电磁铁的滞环和死区现象，提高电液比例阀的响应速度。系统接纳电流闭环以提高性能和控制精度。控制系统结构见图1。图1 控制系统结构图3 控制器硬件设计该系统主要由电源单位、数字输入输出、键盘输入、模拟信号处置惩罚、单片机、PWM驱动电路、RS232

6、接口、CAN总线接口、显示接口等部门组成。其配置框图如图2所示。图2 电液比例控制系统硬件电路框图3.1 电源单位系统接纳24 V电瓶供电，电源单位将24 V电压转换成系统所需的稳定电压，同时还要完成电源反接掩护、电源滤波、过压掩护、过流掩护等功效。考虑到系统所需的12 V和5 V电源的电流要求以及各个电源的启动顺序，电源单位选用转换效率高的开关型稳压模块进行设计，以实现高输入电压下的低功耗稳压输出，同时设计相应的滤波器，为系统提供优质的直流电源。电源单位的结构如图3所示。图3 电源单位结构图3.2 MC9S12XDT512简介MC9S12XDT512微控制器是FREESCALE公司生产的S1

7、2系列中功效较强的一款16位控制器。带有512 k高速FLASH存储器和32 k静态RAM，足以满足系统要求。MC9S12XDT512包罗一个16路10位ADC和一个8路10位ADC、CAN总线模块、多路定时器、8路PWM输出，特有XGATE（外围协处置惩罚器）模块，能提供外围模块、RAM和I/O端口之间的高速数据处置惩罚和传输来卸载CUP的任务，使系统性能大幅提高。以上优点使MC9S12XDT512成为电液比例控制系统控制器的首选。3.3 PWM驱动器PWM驱动器是驱动电液比例阀的重要部件，为保障其可靠事情，又具备完善的掩护步伐，在设计中接纳一种专用的PWM功率放大模块BTS707。该模块不

8、但具有两路PWM输出来驱动两个三位四通比例阀，并且具有完善的掩护功效和断路检测功效，可以实时发明电磁阀线圈妨碍，以便实时接纳紧急处置惩罚步伐。图4给出的是一路PWM驱动电路。取样电阻引回的反馈信号用于组成串联反馈回路，以稳定通过电磁阀线圈的电流，制止线圈温度变革造成的驱动电流颠簸。图5为电流反馈回路电路。3.4 CAN总线接口 CAN（controller area network）即控制器局域网4，是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制和数据互换问题开发出的一种现场总线通信结构，其最高速率可达1Mb/s（40 m内）以多主方法事情，与一般的通信总线相比，CAN总线数据通信具有突出的可

9、靠性、实时性和灵活性，是目前使用最遍及的一种汽车网络。 图4 PWM驱动电路图图5电流反馈回路电路图 本系统接纳的MC9S12XDT512单片机上集成了MSCAN（Motorola Scaleable CAN）模块取代CAN协议控制芯片，它支持CAN2.0A/B协议，集成了除收发器外CAN总线控制器的所有功效。除此之外他还接纳先进的缓冲器部署改进了实时性能，简化了应用软件的设计。这样设计不但低落了设计本钱，同时由于使用器件的淘汰而使整个系统的事情稳定性都得到提高。单片机上MSCAN模块的TXD与RXD引脚的输出/输入信号通过光耦6N137经过信号断绝后与CAN收发器的TX与RX引脚相连。6N1

10、37为高速光耦，能够满足高传输速率下对付信号延时响应的高要求。基于系统电磁兼容性（EMC. electro magnet compatibility）的考虑，本设计接纳PCA82C250作为CAN收发器。82C250具有很好的EMC性能，非常适合应用于汽车电子情况。82C250芯片提供对CAN总线的差动发送能力和对CAN总线的差动担当能力。其引脚8允许选择3种差别的事情方法：高速、斜率控制和待机。斜率控制是最常用的方法，其斜率正比于引脚8上的电流输出，本设计正是接纳的这种事情方法。考虑到系统的抗滋扰性，实现彻底的断绝，断绝电路部门使用单独的电源。为防备总线上的电压颠簸滋扰单片机的正常事情，CA

11、N通信模块的电源与地通过DC/DC和单片机的电源与地断绝。硬件接口电路连接图见图6。图6 CAN总线接口电路3.5 串行SCI模块 SCI（serial communication interface）是单片机和上位机之间的数据通讯接口。数据传输协议接纳尺度的RS-232协议。由于单片机的TTL逻辑电平和RS-232的电器特性完全差别，所以接纳MAX3232电平转换芯片进行转换，从而实现单片机通过SCI与上位机进行通讯。SCI功效使上位机与下位机通讯变的简朴，能够使上位机实时知道下位机所用的数据，好比电动机电流、电动机PWM等，这些数据传到上位机后，可以存为文件，可以实时显示动态曲线等。3.6

12、 背景调试模式BDM（background debug mode）是为单片机进行实时、无滋扰的电路内仿真而设计的。其背景调试模式接纳单引脚接口，主机通过单根输入/输出复用引脚BKGD与单片机通信，向单片机下载编译好的步伐，并进行在线调试与仿真。背景调试模式使设计者不必再使用传统仿真器，解决了传统仿真器电压、速度、电容和机器接口方面的普遍问题，能满足随车在线调试及测试的要求。BDM接口所需的+5 V事情电压和地直接通过引脚由板上取用。BKGD与单片机的BKGD引脚相连，盘算机通过RST引脚向单片机产生复位信号，一般应用中，RST引脚通过上拉电阻拉高，防备其不停产生低电平有效的复位信号引起单片机频

13、繁复位。实际测试时由软件控制RST引脚输出低电平，产生复位信号。图7为BDM接口电路。图7 BDM接口电路4 控制器软件设计 本系统软件设计接纳Metrowerks公司的CodeWarrior作为开发平台。CodeWarrior是专门面向Freescale所有MCU和DSP嵌入式应用开发的软件东西，支持汇编、C、C+源步伐，周期准确、实时代码转换仿真、集身阐发，具有直观、编译效率高等特点。 振动压路机控制系统的功效繁多，逻辑干系庞大。包罗了振动控制、行走控制、转向控制、压实参数控制、妨碍诊断等多个子系统。整个控制器部门由以上几个控制子系统凭据一定的逻辑干系组成。例如其中振动子系统包罗振动系统事

14、情模式控制、调频控制、调幅控制；调频控制包罗振动轮选择和调频控制两项功效。调频、调幅控制模块内嵌在模式选择控制模块中，这三个模块配合组成了调频调幅控制模块。 在主步伐中，如果有紧急停车开关输入时，屏蔽振动泵变量阀电磁铁信号、屏蔽行走泵变量阀电磁铁信号同时令行驶卸荷阀失电，这样就停止了振动和行走模块的一切行动。如果没有紧急停车信号输入，行驶模块中制动电磁阀通电制动，这时行驶系统压力开始上升，当压力到达启动压力时，制动电磁阀掉电停止制动，卸荷阀停止卸荷，控制系统进入振动控制模块和行走模块。主步伐流程图见图8。图8 主步伐流程图5 结论 本文详细介绍了一种基于Freescale单片机的电液比例控制系统的软硬件设计方案。系统接纳的单片机MC9S12XDT512功效强大，在提供高性能的同时，使系统小型化，功效高集成化，并且可方便的对种种外设进行扩展。系统具有精度高，可靠性好、运行稳定、抗滋扰能力强等特点，可遍及应用于工程机器领域。参考文献1 范小彬，马伟,杜发荣等.连续压实控制技能及压实度计在振动压路机上的应用J.筑路机器与施工机器化,2003,20(5):39-412 赵刚.多功效路面清雪车电液比例阀控系统的模糊PID控制D.吉林大学,20053 驱动芯片LMD18200中文用户指南DB4 饶运涛，邹继军，郑勇芸. 现场总线CAN原理与应用技能M.北京:北京航空航天大学出书社,2003