基于模糊算法的工程机械驱动防滑控制系统的设计与研究

论文摘要

随着国家发展建设速度的加快,越来越多的工程机械运用到现代化的建设中去,工程机械的性能也越来越受到人们的重视。带工作装置的工程机械在行驶或工作过程中,由于地面的情况不同,工作装置的深度也有可能不同,当工作装置过深时,工程机械有可能发生驱动轮打滑的现象。此时,发动机不能完全工作,柴油不能完全燃烧,造成很重的环境污染并产生大量的噪声,对自身和外界都会造成很大的危害。本文首先在分析了工程机械车速的测定方法的基础上,设计了针对工程机械滑转率测定方法,并选用霍尔式轮速传感器来测定工程机械轮速和非接触式五轮仪来测定工程机械的车速。其次,根据工程机械工作装置的工作特点,对工程机械液压悬挂控制系统的关键部件—电液比例阀作了详细的分析；在微处理机输出的电压信号控制下,控制电液比例阀PWM占空比改变液压油进出油缸的流量和流向来控制悬挂提升机构的升降,以达到控制打滑的目的；建立电液比例阀传递函数,并选用脉宽调制技术PWM来控制。再次,根据工程机械驱动防滑相关知识和模糊控制理论,建立了以滑转率为控制对象的四轮驱动工程机械驱动防滑控制系统。利用MATLAB/Simulik设计了模糊控制器,对其进行仿真。仿真结果显示,基于模糊控制的驱动防滑控制系统可有效抑制驱动轮过度滑转。最后,对工程机械驱动防滑模糊控制系统进行了设计,设计了霍尔转速传感器的信号采集部分、放大电路、整形电路、驱动电路以及滑转率显示电路,在软硬件完成的基础上进行了部分试验。试验表明,用此控制系统能够很好测定工程机械的滑转率,并能根据滑转率信号较好地控制工程机械的工作装置深度,以此来控制工程机械驱动轮过度滑转。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及选题依据
• 1.2 工程机械驱动防滑控制系统及其发展历程概述
• 1.2.1 工程机械发展概述
• 1.2.2 国外研究发展现状
• 1.2.3 国内发展与研究现状
• 1.3 工程机械驱动防滑控制存在的问题
• 1.4 本文研究内容
• 1.5 技术路线
• 1.6 本章小结
• 参考文献
• 第二章 工程机械驱动防滑控制基本原理及控制策略
• 2.1 驱动防滑控制的基本原理
• 2.2 驱动防滑系统的控制方法选择
• 2.2.1 常见的控制方法
• 2.2.2 本文的控制方法选择
• 2.3 驱动防滑系统的控制算法选择
• 2.3.1 常见驱动防滑控制系统控制算法
• 2.3.2 本文的控制算法选择
• 2.4 驱动防滑控制系统控制量的选取
• 2.5 工程机械滑转率的测定
• 2.5.1 车速的计算方法
• 2.5.2 本文车速测定的方法选定
• 2.5.3 轮速传感器的选择
• 2.6 工程机械工作装置深度的控制
• 2.6.1 工作装置深度自动调节的方法选择
• 2.6.2 液压悬挂工作装置电液控制原理
• 2.6.3 本文电液比例换向阀的选择
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 第三章 工程机械驱动防滑控制系统模糊控制器的设计及仿真
• 3.1 模糊控制系统的组成及其基本原理
• 3.1.1 模糊控制系统的组成
• 3.1.2 模糊集合
• 3.1.3 常用的隶属函数
• 3.1.4 模糊关系
• 3.2 驱动防滑控制系统模糊控制器的设计
• 3.2.1 模糊控制器的基本描述
• 3.2.2 模糊控制器的结构选取
• 3.2.3 模糊控制的模糊化与隶属函数设计
• 3.2.4 模糊规则的建立和模糊逻辑推理
• 3.2.5 解模糊判决方法
• 3.3 模糊控制器在MATLAB模糊逻辑工具箱中的实现
• 3.4 基于Matlab/Fuzzy的模糊控制器的仿真与分析
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 工程机械驱动防滑模糊控制系统的硬件设计
• 4.1 模糊控制系统硬件设计的总体思想
• 4.2 前向通道的设计
• 4.2.1 传感器信号采集及处理电路
• 4.2.2 差分放大电路的选择
• 4.2.3 滤波电路的选择
• 4.2.4 A/D转换电路
• 4.2.5 多路开关选择
• 4.3 核心扩展和人机通道设计
• 4.3.1 单片机的选型
• 4.3.2 复位电路设计
• 4.3.3 晶振电路设计
• 4.3.4 液晶显示电路
• 4.3.5 I/O扩展电路
• 4.3.6 看门狗电路
• 4.4 后相通道设计
• 4.4.1 光电隔离器件的件选择
• 4.4.2 电液比例阀控制电路设计
• 4.4.4 电源电路设计
• 4.5 系统抗干扰措施
• 4.5.1 系统干扰的来源
• 4.5.2 硬件抗干扰
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第五章 工程机械驱动防滑模糊控制系统的软件设计
• 5.1 主程序设计
• 5.2 系统其它各模块子程序设计
• 5.2.1 外围电路初始化程序设计
• 5.2.2 中断程序设计
• 5.2.3 滑转率的判定程序设计
• 5.2.4 A/D转换程序设计
• 5.2.5 液晶显示程序
• 5.2.6 模糊控制子程序的设计
• 5.2.7 PWM信号输出程序设计
• 5.2.8 工作装置提升、下降程序设计
• 5.2.9 串口通信程序设计
• 5.2.10 安全检测子程序设计
• 5.3 程序可靠性设计
• 5.4 程序调试
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 试验及结果分析
• 6.1 滑转率测定试验
• 6.1.1 试验概述
• 6.1.2 试验验证过程
• 6.1.3 试验结果分析
• 6.2 基于虚拟仪器的滑转率显示试验
• 6.2.1 波形显示的实现
• 6.2.2 轮速的采集
• 6.2.3 滑转率的测定显示
• 6.2.4 实车试验
• 6.3 工作装置提升与下降试验
• 6.3.1 工作装置提升与下降试验
• 6.3.2 工作装置下降试验
• 6.3.3 试验结论
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 研究生期间撰写发表的论文