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VIP免费

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、实现方法及软硬件构成等。该系统基于高性能的16位单片机MC9S12XDT512而设计，集成了行走操纵、振动控制、故障检测以及通信功能等。关键词：振动压路机电液比例控制MC9S12XDT512PWMResearchandDesignofElectro-hydraulicProportionalControlSystemforVibratoryRollerCangSongAbstract:Thispaperhasputforwardanewelectro-hydraulicproportionalcontrolsystemforvibratoryroller,andhasintroducedtheprinciple，therealizationaswellasthehardwarecircuitofthesystem.Thecontrolsystemdesignisbasedonhighperformance16-bitmicrocontroller,integratedwithtreadcontrol，vibrationcontrol，faultdiagnosisandcommunicationfunctions.Keywords:vibratoryrollerelectronic-hydraulicproportioncontrolMC9S12XDT512PWM1引言在现代工程机械中，电液比例控制系统具有高控制精度、高安全性、高可靠性等多方面优点，因此应用越来越广泛。本文采用Freescale公司的16位单片MC9S12XDT512作为控制器。采用单片机作为控制器的电液比例控制系统开发成本低，运算能力强，能在短时间内完成大量工作量，而且具有很强的逻辑判断功能，可以实现比较复杂的控制。利用振动压路机机械压实是在修建公路、运输道路、土石方工程、堤坝和建筑物基础、桥梁、表面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善压路机质量，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关键的控制系统，液压技术在压路机中的应用，不仅使传动系统大大简化、操作简便、省力，而且液压传动使行走机构实现了无级变速，使振动系统能够根据施工要求在较大范围内调频调幅。同时液压技术的应用也为机械的自动检测和控制提供了条件。电液比例控制系统性能的好坏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价值。2电液比例控制系统原理在液压传动与控制中，能够接受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基本元件有控制手柄、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分。电液比例阀采用PWM调节方式进行控制，通过改变PWM信号的占空比来调节流过比例电磁铁线圈的平均电流，以降低摩擦、减少电磁铁的滞环和死区现象，提高电液比例阀的响应速度。系统采用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元、数字输入输出、键盘输入、模拟信号处理、单片机、PWM驱动电路、RS232接口、CAN总线接口、显示接口等部分组成。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电源单元系统采用24V电瓶供电，电源单元将24V电压转换成系统所需的稳定电压，同时还要完成电源反接保护、电源滤波、过压保护、过流保护等功能。考虑到系统所需的±12V和±5V电源的电流要求以及各个电源的启动顺序，电源单元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。电源单元的结构如图3所示。图3电源单元结构图3.2MC9S12XDT512简介MC9S12XDT512微控制器是FREESCALE公司生产的S12系列中功能较强的一款16位控制器。带有512k高速FLASH存储器和32k静态RAM，足以满足系统要求。MC9S12XDT512包含一个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（外围协处理器）模块，能提供外围模块、RAM和I/O端口之间的高速数据处理和传输来卸载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。3.3PWM驱动器PWM驱动器是驱动电液比例阀的重要部件，为保障其可靠工作，又具备完善的保护措施，在设计中采用一种专用的PWM功率放大模块BTS707。该模块不仅具有两路PWM输出来驱动...