本發(fā)明涉及一種基于DSP的攤鋪機(jī)行走數(shù)字控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

攤鋪機(jī)是道路工程施工中不可缺少的一種路面施工機(jī)械，其行駛性能直接影響到路面的平整度、初始密實(shí)度、攤鋪的離析程度。瀝青混凝土攤鋪機(jī)行駛控制系統(tǒng)控制性能的優(yōu)劣對(duì)提高攤鋪機(jī)行駛性能、提高施工自動(dòng)化程度、改善路面施工質(zhì)量非常關(guān)鍵。在國(guó)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(jī)中正在逐漸普及，并成為施工質(zhì)量的保證。但是國(guó)內(nèi)在這方面的研究起步較晚，相對(duì)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(jī)行駛機(jī)構(gòu)數(shù)字控制系統(tǒng)具有特別重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于DSP的攤鋪機(jī)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了攤鋪機(jī)行駛速度的恒速控制和平滑轉(zhuǎn)向控制。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：所述控制系統(tǒng)采用兩套獨(dú)立的變量泵-馬達(dá)閉式液壓回路，主要由電噴發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，主控制器以及顯示器組成。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、主控制器和顯示器之間采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。CAN總線突出的可靠性、實(shí)時(shí)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(jìn)一步擴(kuò)展和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。主控制器是整個(gè)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(jī)行駛速度和轉(zhuǎn)向設(shè)定值以及左、右驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)值，控制左變量泵前進(jìn)、后退比例電磁閥Y1l和Y12、右變量泵前進(jìn)、后退比例電磁閥Y21和Y22、左、右馬達(dá)開關(guān)電磁閥Y3和Y4實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)行使動(dòng)作控制；通過(guò)調(diào)整Y11、Y12、Y21和Y22四個(gè)電磁閥的電流實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)行駛速度和轉(zhuǎn)向控制；通過(guò)Y3和Y4兩個(gè)電磁閥控制馬達(dá)高低速轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)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(hào)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(duì)電機(jī)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(hào)處理器，具有處理性能好、運(yùn)算速度快、外設(shè)集成度高等優(yōu)點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得控制系統(tǒng)在保證實(shí)時(shí)性的前提下，可以選用合適的算法對(duì)系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)而保證對(duì)攤鋪機(jī)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(jì)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(dòng)手柄電位器、轉(zhuǎn)向設(shè)定電位器的輸入信號(hào)，根據(jù)它們的輸入值，控制器計(jì)算設(shè)定的攤鋪機(jī)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(shí)控制攤鋪機(jī)原地轉(zhuǎn)向動(dòng)作；模式選擇開關(guān)控制左、右雙速馬達(dá)電磁換向閥改變左、右馬達(dá)的排量，實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)工作模式的選擇。脈沖量輸入模塊通過(guò)芯片內(nèi)部集成的CAP捕獲單元采集左、右馬達(dá)測(cè)速信號(hào)，控制器根據(jù)左、右馬達(dá)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(jì)算左、右變量泵PWM信號(hào)的占空比。PWM信號(hào)輸出模塊根據(jù)計(jì)算得出的左、右變量泵PWM信號(hào)的占空比，通過(guò)PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路輸出PWM控制信號(hào)，來(lái)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(guò)CAN總線驅(qū)動(dòng)器，分別采用J1939協(xié)議和CAN2.0B協(xié)議與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

所述主控制器軟件程序主要?jiǎng)潪橄到y(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(jì)算和控制模塊、PWN控制信號(hào)和開關(guān)量控制信號(hào)輸出模塊、CAN總線數(shù)據(jù)通訊模塊。其中行駛速度計(jì)算和控制模塊是主控制器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其控制算法的優(yōu)劣直接關(guān)系到攤鋪機(jī)在施工作業(yè)過(guò)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(jì)算和左、右履帶的行駛速度控制4個(gè)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(shí)際速度差值在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，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(gè)范圍時(shí)，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(shí)，對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響不是很大，表現(xiàn)出較好的魯棒性。

本發(fā)明的有益效果是：該控制系統(tǒng)以TMS320LF2407A微處理器為核心器件，采用先進(jìn)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(shí)現(xiàn)了攤鋪機(jī)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(dòng)化程度和智能化水平，有助于提高國(guó)產(chǎn)攤鋪機(jī)產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的控制系統(tǒng)總體方案圖。

圖2是本發(fā)明的控制器硬件原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1，控制系統(tǒng)采用兩套獨(dú)立的變量泵-馬達(dá)閉式液壓回路，主要由電噴發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，主控制器以及顯示器組成。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、主控制器和顯示器之間采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。CAN總線突出的可靠性、實(shí)時(shí)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(jìn)一步擴(kuò)展和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。主控制器是整個(gè)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(jī)行駛速度和轉(zhuǎn)向設(shè)定值以及左、右驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)值，控制左變量泵前進(jìn)、后退比例電磁閥Y1l和Y12、右變量泵前進(jìn)、后退比例電磁閥Y21和Y22、左、右馬達(dá)開關(guān)電磁閥Y3和Y4實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)行使動(dòng)作控制；通過(guò)調(diào)整Y11、Y12、Y21和Y22四個(gè)電磁閥的電流實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)行駛速度和轉(zhuǎn)向控制；通過(guò)Y3和Y4兩個(gè)電磁閥控制馬達(dá)高低速轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)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(hào)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(duì)電機(jī)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(hào)處理器，具有處理性能好、運(yùn)算速度快、外設(shè)集成度高等優(yōu)點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得控制系統(tǒng)在保證實(shí)時(shí)性的前提下，可以選用合適的算法對(duì)系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)而保證對(duì)攤鋪機(jī)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(jì)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(dòng)手柄電位器、轉(zhuǎn)向設(shè)定電位器的輸入信號(hào)，根據(jù)它們的輸入值，控制器計(jì)算設(shè)定的攤鋪機(jī)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(shí)控制攤鋪機(jī)原地轉(zhuǎn)向動(dòng)作；模式選擇開關(guān)控制左、右雙速馬達(dá)電磁換向閥改變左、右馬達(dá)的排量，實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)工作模式的選擇。脈沖量輸入模塊通過(guò)芯片內(nèi)部集成的CAP捕獲單元采集左、右馬達(dá)測(cè)速信號(hào)，控制器根據(jù)左、右馬達(dá)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(jì)算左、右變量泵PWM信號(hào)的占空比。PWM信號(hào)輸出模塊根據(jù)計(jì)算得出的左、右變量泵PWM信號(hào)的占空比，通過(guò)PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路輸出PWM控制信號(hào)，來(lái)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(guò)CAN總線驅(qū)動(dòng)器，分別采用J1939協(xié)議和CAN2.0B協(xié)議與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

主控制器軟件程序主要?jiǎng)潪橄到y(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(jì)算和控制模塊、PWN控制信號(hào)和開關(guān)量控制信號(hào)輸出模塊、CAN總線數(shù)據(jù)通訊模塊。其中行駛速度計(jì)算和控制模塊是主控制器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其控制算法的優(yōu)劣直接關(guān)系到攤鋪機(jī)在施工作業(yè)過(guò)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(jì)算和左、右履帶的行駛速度控制4個(gè)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(shí)際速度差值在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，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(gè)范圍時(shí)，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(shí)，對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響不是很大，表現(xiàn)出較好的魯棒性。