一種基于DSP的攤鋪機行走數(shù)字控制系統(tǒng)技術(shù)方案

一種基于DSP的攤鋪機行走數(shù)字控制系統(tǒng)，采用兩套獨立的變量泵-馬達閉式液壓回路，主要由電噴發(fā)動機控制器，主控制器以及顯示器組成。該控制系統(tǒng)以TMS320LF2407A微處理器為核心器件，采用先進的智能控制技術(shù)和CAN總線技術(shù)，采用PID控制和模糊控制相結(jié)合的控制算法實現(xiàn)了攤鋪機行駛速度的恒速控制和平滑轉(zhuǎn)向控制。該系統(tǒng)的成功研制有助于提高道路攤鋪丁程的自動化程度和智能化水平，有助于提高國產(chǎn)攤鋪機產(chǎn)品的國際競爭力。

A walking digital control system of paver based on DSP

A paver digital control system based on DSP adopts two independent variable pump motor closed hydraulic circuits, mainly composed of an EFI engine controller, a master controller and a display. The control system uses TMS320LF2407A microprocessor as the core device, using intelligent control technology and advanced CAN bus technology, using PID control and fuzzy control algorithm to realize the combination of the paver speed constant speed control and smooth steering control. The successful development of the system will help to improve the automation level and intelligence level of road paving, and help to improve the international competitiveness of domestic paver products.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于DSP的攤鋪機行走數(shù)字控制系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及一種基于DSP的攤鋪機行走數(shù)字控制系統(tǒng)，適用于機械領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
攤鋪機是道路工程施工中不可缺少的一種路面施工機械，其行駛性能直接影響到路面的平整度、初始密實度、攤鋪的離析程度。瀝青混凝土攤鋪機行駛控制系統(tǒng)控制性能的優(yōu)劣對提高攤鋪機行駛性能、提高施工自動化程度、改善路面施工質(zhì)量非常關(guān)鍵。在國外，基于嵌入式控制器的數(shù)字控制系統(tǒng)在現(xiàn)代攤鋪機中正在逐漸普及，并成為施工質(zhì)量的保證。但是國內(nèi)在這方面的研究起步較晚，相對較成熟的產(chǎn)品很少見，因此研究開發(fā)瀝青混凝土攤鋪機行駛機構(gòu)數(shù)字控制系統(tǒng)具有特別重要的現(xiàn)實意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提出了一種基于DSP的攤鋪機行走數(shù)字控制系統(tǒng)，以TMS320LF2407A微處理器為核心器件，采用先進的智能控制技術(shù)和CAN總線技術(shù)，采用PID控制和模糊控制相結(jié)合的控制算法實現(xiàn)了攤鋪機行駛速度的恒速控制和平滑轉(zhuǎn)向控制。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：所述控制系統(tǒng)采用兩套獨立的變量泵-馬達閉式液壓回路，主要由電噴發(fā)動機控制器，主控制器以及顯示器組成。發(fā)動機控制器、主控制器和顯示器之間采用CAN總線進行數(shù)據(jù)通信。CAN總線突出的可靠性、實時性和靈活性不僅能夠保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性和可靠性，而且方便系統(tǒng)功能的進一步擴展和現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)的實時采集。主控制器是整個數(shù)字控制系統(tǒng)的核心，其主要任務(wù)就是根據(jù)攤鋪機行駛速度和轉(zhuǎn)向設(shè)定值以及左、右驅(qū)動馬達的轉(zhuǎn)速檢測值，控制左變量泵前進、后退比例電磁閥Y1l和Y12、右變量泵前進、后退比例電磁閥Y21和Y22、左、右馬達開關(guān)電磁閥Y3和Y4實現(xiàn)攤鋪機行使動作控制；通過調(diào)整Y11、Y12、Y21和Y22四個電磁閥的電流實現(xiàn)攤鋪機行駛速度和轉(zhuǎn)向控制；通過Y3和Y4兩個電磁閥控制馬達高低速轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)攤鋪機攤鋪/行駛兩種工作模式的選擇。所述主控制器硬件主要包括控制CPU的選擇、模擬量輸入模塊、脈沖量輸入模塊、開關(guān)量輸入模塊、PWM信號輸出模塊、開關(guān)量輸出模塊以及CAN數(shù)據(jù)通訊模塊。所述控制CPU采用TI公司的DSP芯片TMS320LF-2407A。該芯片是針對電機數(shù)字化控制而推出的一種低成本、低功耗、高性能的數(shù)字信號處理器，具有處理性能好、運算速度快、外設(shè)集成度高等優(yōu)點。這些特點使得控制系統(tǒng)在保證實時性的前提下，可以選用合適的算法對系統(tǒng)的控制參數(shù)進行實時調(diào)整，進而保證對攤鋪機行駛速度的精確控制。此外，TMS320LF-2407A內(nèi)部集成的16路12位A/D轉(zhuǎn)換器、CAN總線通信接口、16路PWM輸出單元、6路脈沖輸入捕獲單元，為系統(tǒng)硬件設(shè)計提供了極大的方便。所述模擬量輸入模塊采用芯片內(nèi)部集成的12位A/D轉(zhuǎn)換器，主要采集速度設(shè)定電位器、驅(qū)動手柄電位器、轉(zhuǎn)向設(shè)定電位器的輸入信號，根據(jù)它們的輸入值，控制器計算設(shè)定的攤鋪機行駛速度和轉(zhuǎn)彎半徑。開關(guān)量輸入模塊主要有2路開關(guān)量輸入，其中原地轉(zhuǎn)向開關(guān)在行駛速度為零時控制攤鋪機原地轉(zhuǎn)向動作；模式選擇開關(guān)控制左、右雙速馬達電磁換向閥改變左、右馬達的排量，實現(xiàn)攤鋪機工作模式的選擇。脈沖量輸入模塊通過芯片內(nèi)部集成的CAP捕獲單元采集左、右馬達測速信號，控制器根據(jù)左、右馬達的轉(zhuǎn)速和設(shè)定的行駛速度及轉(zhuǎn)彎半徑采用合適的控制算法，計算左、右變量泵PWM信號的占空比。PWM信號輸出模塊根據(jù)計算得出的左、右變量泵PWM信號的占空比，通過PWM信號驅(qū)動電路輸出PWM控制信號，來改變輸出到比例電磁閥Y11、比例電磁閥Y12、比例電磁閥Y21、比例電磁閥Y22閥中的電流，從而改變系統(tǒng)流量，保證工作速度的恒定性。CAN數(shù)據(jù)通訊模塊通過CAN總線驅(qū)動器，分別采用J1939協(xié)議和CAN2.0B協(xié)議與發(fā)動機控制器和顯示器進行數(shù)據(jù)通信。所述主控制器軟件程序主要劃為系統(tǒng)初始化模塊、模擬量、開關(guān)量和脈沖量輸人數(shù)據(jù)采集模塊、行駛速度計算和控制模塊、PWN控制信號和開關(guān)量控制信號輸出模塊、CAN總線數(shù)據(jù)通訊模塊。其中行駛速度計算和控制模塊是主控制器軟件系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，其控制算法的優(yōu)劣直接關(guān)系到攤鋪機在施工作業(yè)過程中行駛速度的穩(wěn)定性和直線行駛性能。主要包括左、右履帶的設(shè)定速度計算和左、右履帶的行駛速度控制4個部分，其中左、右履帶的速度控制采用經(jīng)典PID控制和模糊控制算法相結(jié)合的方法。當(dāng)履帶設(shè)定速度和實際速度差值在一定范圍內(nèi)變化時，采用經(jīng)典PID控制算法，保證控制的連續(xù)性和精確性；當(dāng)超出這個范圍時，則采用模糊控制算法，以使系統(tǒng)盡快收斂。這種將模糊控制與HD相結(jié)合的方案在變速區(qū)和穩(wěn)速區(qū)都有較好的控制性能，并且當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時，對動態(tài)特性的影響不是很大，表現(xiàn)出較好的魯棒性。本專利技術(shù)的有益效果是：該控制系統(tǒng)以TMS320LF2407A微處理器為核心器件，采用先進的智能控制技術(shù)和CAN總線技術(shù)，采用PID控制和模糊控制相結(jié)合的控制算法實現(xiàn)了攤鋪機行駛速度的恒速控制和平滑轉(zhuǎn)向控制。該系統(tǒng)的成功研制有助于提高道路攤鋪丁程的自動化程度和智能化水平，有助于提高國產(chǎn)攤鋪機產(chǎn)品的國際競爭力。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的控制系統(tǒng)總體方案圖。圖2是本專利技術(shù)的控制器硬件原理圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本專利技術(shù)作進一步說明。如圖1，控制系統(tǒng)采用兩套獨立的變量泵-馬達閉式液壓回路，主要由電噴發(fā)動機控制器，主控制器以及顯示器組成。發(fā)動機控制器、主控制器和顯示器之間采用CAN總線進行數(shù)據(jù)通信。CAN總線突出的可靠性、實時性和靈活性不僅能夠保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性和可靠性，而且方便系統(tǒng)功能的進一步擴展和現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)的實時采集。主控制器是整個數(shù)字控制系統(tǒng)的核心，其主要任務(wù)就是根據(jù)攤鋪機行駛速度和轉(zhuǎn)向設(shè)定值以及左、右驅(qū)動馬達的轉(zhuǎn)速檢測值，控制左變量泵前進、后退比例電磁閥Y1l和Y12、右變量泵前進、后退比例電磁閥Y21和Y22、左、右馬達開關(guān)電磁閥Y3和Y4實現(xiàn)攤鋪機行使動作控制；通過調(diào)整Y11、Y12、Y21和Y22四個電磁閥的電流實現(xiàn)攤鋪機行駛速度和轉(zhuǎn)向控制；通過Y3和Y4兩個電磁閥控制馬達高低速轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)攤鋪機攤鋪/行駛兩種工作模式的選擇。如圖2，主控制器硬件主要包括控制CPU的選擇、模擬量輸入模塊、脈沖量輸入模塊、開關(guān)量輸入模塊、PWM信號輸出模塊、開關(guān)量輸出模塊以及CAN數(shù)據(jù)通訊模塊。控制CPU采用TI公司的DSP芯片TMS320LF-2407A。該芯片是針對電機數(shù)字化控制而推出的一種低成本、低功耗、高性能的數(shù)字信號處理器，具有處理性能好、運算速度快、外設(shè)集成度高等優(yōu)點。這些特點使得控制系統(tǒng)在保證實時性的前提下，可以選用合適的算法對系統(tǒng)的控制參數(shù)進行實時調(diào)整，進而保證對攤鋪機行駛速度的精確控制。此外，TMS320LF-2407A內(nèi)部集成的16路12位A/D轉(zhuǎn)換器、CAN總線通信接口、16路PWM輸出單元、6路脈沖輸入捕獲單元，為系統(tǒng)硬件設(shè)計提供了極大的方便。模擬量輸入模塊采用芯片內(nèi)部集成的12位A/D轉(zhuǎn)換器，主要采集速度設(shè)定電位器、驅(qū)動手柄電位器、轉(zhuǎn)向設(shè)定電位器的輸入信號，根據(jù)它們的輸入值，控制器計算設(shè)定的攤鋪機行駛速度和轉(zhuǎn)彎半徑。開關(guān)量輸入模塊主要有2路開關(guān)量輸入，其中原地轉(zhuǎn)向開關(guān)在行駛速度為零時控制攤鋪機原地轉(zhuǎn)向動作；模式選擇開關(guān)控制左、右雙速馬達電磁換向閥改變左、右馬達的排量，實現(xiàn)攤鋪機工作模式的選擇。脈沖量輸入模塊通過芯片內(nèi)部集成的CAP本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于DSP的攤鋪機行走數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征是：所述控制系統(tǒng)采用兩套獨立的變量泵?馬達閉式液壓回路，主要由電噴發(fā)動機控制器，主控制器以及顯示器組成，發(fā)動機控制器、主控制器和顯示器之間采用CAN總線進行數(shù)據(jù)通信。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于DSP的攤鋪機行走數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征是：所述控制系統(tǒng)采用兩套獨立的變量泵-馬達閉式液壓回路，主要由電噴發(fā)動機控制器，主控制器以及顯示器組成，發(fā)動機控制器、主控制器和顯示器之間采用CAN總線進行數(shù)據(jù)通信。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的攤鋪機行走數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征是：所述主控制器硬件主要包括控制CPU的選擇、模擬量輸入模塊、脈沖量輸入模塊、開關(guān)量輸入模塊、PWM信號輸出模塊、開關(guān)量輸出模塊以及CAN數(shù)據(jù)通訊模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的攤鋪機行走數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征是：所述模擬量輸入模塊采用芯片內(nèi)部集成的12位A/D轉(zhuǎn)換器，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姚秋麗，
申請(專利權(quán))人：姚秋麗，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21