[發明專利]一種基于DSP的攤鋪機行走數字控制系統

在審

• 申請號: 201510914930.2
• 申請日: 2015-12-13
• 公開（公告）號: CN106873431A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 姚秋麗
• 申請（專利權）人: 姚秋麗
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于DSP的攤鋪機行走數字控制系統，適用于機械領域。

背景技術

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控制性能的優劣對提高攤鋪機行駛性能、提高施工自動化程度、改善路面施工質量非常關鍵。在國外，基于嵌入式控制器的數字控制系統在現代攤鋪機中正在逐漸普及，并成為施工質量的保證。但是國內在這方面的研究起步較晚，相對較成熟的產品很少見，因此研究開發瀝青混凝土攤鋪機行駛機構數字控制系統具有特別重要的現實意義。

發明內容

本發明提出了一種基于DSP的攤鋪機行走數字控制系統，以TMS320LF2407A微處理器為核心器件，采用先進的智能控制技術和CAN總線技術，采用PID控制和模糊控制相結合的控制算法實現了攤鋪機行駛速度的恒速控制和平滑轉向控制。

本發明所采用的技術方案是：所述控制系統采用兩套獨立的變量泵-馬達閉式液壓回路，主要由電噴發動機控制器，主控制器以及顯示器組成。發動機控制器、主控制器和顯示器之間采用CAN總線進行數據通信。CAN總線突出的可靠性、實時性和靈活性不僅能夠保證系統數據通信的穩定性和可靠性，而且方便系統功能的進一步擴展和現場實驗數據的實時采集。主控制器是整個數字控制系統的核心，其主要任務就是根據攤鋪機行駛速度和轉向設定值以及左、右驅動馬達的轉速檢測值，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、右馬達開關電磁閥Y3和Y4實現攤鋪機行使動作控制；通過調整Y11、Y12、Y21和Y22四個電磁閥的電流實現攤鋪機行駛速度和轉向控制；通過Y3和Y4兩個電磁閥控制馬達高低速轉換，實現攤鋪機攤鋪/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、開關量輸入模塊、PWM信號輸出模塊、開關量輸出模塊以及CAN數據通訊模塊。

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字化控制而推出的一種低成本、低功耗、高性能的數字信號處理器，具有處理性能好、運算速度快、外設集成度高等優點。這些特點使得控制系統在保證實時性的前提下，可以選用合適的算法對系統的控制參數進行實時調整，進而保證對攤鋪機行駛速度的精確控制。此外，TMS320LF-2407A內部集成的16路12位A/D轉換器、CAN總線通信接口、16路PWM輸出單元、6路脈沖輸入捕獲單元，為系統硬件設計提供了極大的方便。

所述模擬量輸入模塊采用芯片內部集成的12位A/D轉換器，主要采集速度設定電位器、驅動手柄電位器、轉向設定電位器的輸入信號，根據它們的輸入值，控制器計算設定的攤鋪機行駛速度和轉彎半徑。開關量輸入模塊主要有2路開關量輸入，其中原地轉向開關在行駛速度為零時控制攤鋪機原地轉向動作；模式選擇開關控制左、右雙速馬達電磁換向閥改變左、右馬達的排量，實現攤鋪機工作模式的選擇。脈沖量輸入模塊通過芯片內部集成的CAP捕獲單元采集左、右馬達測速信號，控制器根據左、右馬達的轉速和設定的行駛速度及轉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信號輸出模塊根據計算得出的左、右變量泵PWM信號的占空比，通過PWM信號驅動電路輸出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，從而改變系統流量，保證工作速度的恒定性。CAN數據通訊模塊通過CAN總線驅動器，分別采用J1939協議和CAN2.0B協議與發動機控制器和顯示器進行數據通信。

所述主控制器軟件程序主要劃為系統初始化模塊、模擬量、開關量和脈沖量輸人數據采集模塊、行駛速度計算和控制模塊、PWN控制信號和開關量控制信號輸出模塊、CAN總線數據通訊模塊。其中行駛速度計算和控制模塊是主控制器軟件系統設計的關鍵，其控制算法的優劣直接關系到攤鋪機在施工作業過程中行駛速度的穩定性和直線行駛性能。主要包括左、右履帶的設定速度計算和左、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典PID控制和模糊控制算法相結合的方法。當履帶設定速度和實際速度差值在一定范圍內變化時，采用經典PID控制算法，保證控制的連續性和精確性；當超出這個范圍時，則采用模糊控制算法，以使系統盡快收斂。這種將模糊控制與HD相結合的方案在變速區和穩速區都有較好的控制性能，并且當系統參數發生變化時，對動態特性的影響不是很大，表現出較好的魯棒性。