伺服比例阀数字实时控制系统研究与开发

论文摘要

随着计算机技术在流体控制领域的广泛应用,流体控制技术及其元件的数字化已经成为一种必然的趋势。因此,对液压元件中阀的数字化研究及其在具体领域中的应用已经成为当今流体传动与控制研究的重要方向之一。伺服比例阀作为液压系统中的关键控制元件,以其良好的工作特性、优良的抗污染能力和较低廉的价格,已经在工业控制领域获得了广泛的使用,其控制方式的数字化符合现代工业控制智能化、集成化和高度自动化的发展趋势。本文首先介绍了本文的研究背景和意义,在比较了国内外电液控制及其元件数字化的相关方法后,拟定了伺服比例阀数字化技术开发方案,并在总结国内外电液数字控制及元件的相关研究成果的基础上,提出了伺服比例阀数字实时控制系统应具有的功能及发展趋势。本文在分析了伺服比例阀的工作原理和控制特点后,设计了伺服比例阀数字实时控制系统的具体方案,并以此方案为基础制作了以PIC18F458为核心的数字控制系统。该系统硬件由阀芯位移传感器调制解调模块、信号调理输入模块、AD采样模块、CAN总线通讯模块、DA输出模块、功率输出模块、电源模块、手动调整模块、串行通讯模块等组成,各个模块之间相互独立,彼此之间由软件协调动作。系统的软件设计采用结构化、模块化的思想在PIC系列单片机编程环境MPLAB IDE下使用汇编语言实现。数据采用中值滤波处理和改进型的PID算法运算,软件程序的各个模块之间相互独立,由主程序协调工作。软硬件的结合使数字实时控制系统具备了自动控制、手动调整、参数保存、在线调试等功能。本文还进行了单级伺服比例阀控制系统的实验分析。实验表明,伺服比例阀数字实时控制系统原理设计正确,能完成提出的基本功能,控制精度较高,稳定性好,能实现对伺服比例阀的实时闭环控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究背景与意义
• 1.1.1 本文研究背景
• 1.1.2 本文研究意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 伺服比例阀数字控制系统的功能设计
• 第二章 伺服比例阀数字实时控制系统方案设计
• 2.1 伺服比例阀的工作原理
• 2.1.1 伺服比例阀的比例电磁铁
• 2.1.2 伺服比例阀的位移传感器
• 2.1.3 单级伺服比例阀的工作原理
• 2.1.4 二级伺服比例阀的工作原理
• 2.2 系统方案设计
• 第三章 伺服比例阀数字控制系统硬件设计
• 3.1 数字控制器硬件设计原则
• 3.2 单片机的选择
• 3.2.1 PIC 系列单片机
• 3.2.2 PIC18F458 的特点
• 3.3 模拟信号输入通道
• 3.3.1 模拟信号输入调理电路
• 3.3.2 AD 转换模块
• 3.4 模拟输出通道
• 3.4.1 DA 输出模块
• 3.4.2 功率输出模块
• 3.5 手动调整模块
• 3.6 串行通信USART 接口
• 3.6.1 RS-232 串行通信总线
• 3.6.2 RS-232C 串行通信硬件电路
• 3.7 CAN 总线通讯模块
• 3.7.1 CAN 总线通讯
• 3.7.2 PIC18F458 的CAN 总线控制器
• 3.7.3 CAN 总线驱动器
• 3.8 位移传感器调制解调模块
• 3.9 电源模块设计
• 3.9.1 小功率模拟电路电源
• 3.9.2 数字电路电源
• 3.9.3 功率输出级电源
• 第四章 伺服比例阀数字控制系统软件设计
• 4.1 编程环境
• 4.2 伺服比例阀数字实时控制系统软件设计
• 4.2.1 软件程序设计思想
• 4.2.2 AD 采样模块
• 4.2.3 数据处理模块
• 4.2.4 DA 转换模块
• 4.2.5 手动调整软件模块
• 第五章 实验测试及分析
• 5.1 实验原理及设备
• 5.1.1 实验原理
• 5.1.2 实验设备
• 5.2 实验对象的电气控制参数
• 5.3 伺服比例阀数字控制系统硬件调试
• 5.4 伺服比例阀数字控制系统软件调试
• 5.4.1 在线联调
• 5.4.2 软件调试
• 5.5 实验过程及结果分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文