基于CAN总线的提梁机控制系统研究

论文摘要

900T级提梁机、运梁车、架桥机是服务于现代化高速铁路建设中混凝土梁制造和安装的关键型设备。其中,900T提梁机是用于生产车间和堆场之间预应力混凝土箱梁转运的专用设备。利用CAN总线在重型起重机内部形成控制网络,在欧美汽车厂家已得到成功实现,本文的目的在于研究符合我国国情的重型汽车CAN总线控制系统,为大型重型起重机的研发提供理论与实际依据。首先论文对基于CAN总线的提梁机控制系统进行了实际的研究,并根据此系统构建了一个实际的网络控制系统。整个控制系统包括三个节点,即传感器节点、控制器节点和执行器节点。传感器节点主要负责模拟信号的采集,并将采集的模拟信号通过CAN网络传送给控制器节点;控制器节点主要负责整个网络的控制,将传感器节点传来的实际信号与设定信号比较,然后通过优化,输出一个合适的信号给执行器节点;执行器节点负责接收来自控制器节点的控制信号,并将它输出给受控对象。文中详细阐述了控制系统中传感器节点和执行器节点的设计与实现,包括硬件设计和软件设计两部分。其次对网络控制系统的CAN通信网络性能进行了分析,论述了CAN通信中存在的网络时延。网络时延主要包括两部分,分别是从传感器到控制器之间的网络时延和从控制器到执行器之间的网络时延。在此研究的基础上提出基于自适应遗传算法用于解决时延补偿的控制器参数的优化,并对实际项目中的转向系统进行模型仿真,仿真结果验证了控制器设计方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及课题意义
• 1.2 提梁机
• 1.2.1 提梁机的机械结构
• 1.2.2 提梁机的液压结构
• 1.3 CAN总线协议
• 1.3.1 CAN总线
• 1.3.2 CAN总线的特点
• 1.3.3 CAN总线的原理
• 1.3.4 应用层协议
• 1.4 论文的研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 提梁机控制系统分析
• 2.1 提梁机的电气控制要求
• 2.2 控制对象系统
• 2.2.1 行走驱动系统
• 2.2.2 行走制动系统
• 2.2.3 悬挂系统
• 2.2.4 转向系统
• 2.2.5 起升系统
• 2.2.6 吊具系统
• 2.2.7 驾驶室控制系统
• 2.3 基于CAN总线的控制系统的网络结构
• 2.4 本章小结
• 第3章 提梁机控制系统的设计
• 3.1 CAN总线模块设计
• 3.1.1 PIC18F458的CAN总线控制器
• 3.1.2 CAN总线高速收发器
• 3.1.3 CAN模块电路及接口定义
• 3.2 传感器节点设计
• 3.2.1 传感器节点的作用和设计思路
• 3.2.2 单片机及其外围电路设计
• 3.2.3 A/D转换电路设计
• 3.2.4 系统中应用的SPI通讯接口
• 3.2.5 电压基准源
• 3.2.6 A/D转换电路
• 3.2.7 滤波电路设计
• 3.3 执行器节点设计
• 3.3.1 执行器节点的作用和设计思路
• 3.3.2 单片机外围电路设计
• 3.3.3 执行器件输出电路的设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 控制系统软件设计
• 4.1 PIC单片机的CAN模块寄存器设置
• 4.1.1 CAN总线操作模式
• 4.1.2 CAN信息传送出现的错误
• 4.1.3 系统CAN通信数据格式
• 4.1.4 CAN通信流程
• 4.2 CAN通信接口卡的软件设计
• 4.3 传感器节点的软件设计
• 4.5 执行器节点的软件设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于遗传算法的系统控制器设计
• 5.1 PID控制算法及特点
• 5.2 控制模型的建立
• 5.3 CAN网络性能分析
• 5.4 CAN网络时延的捕获方法
• 5.5 网络控制器的设计
• 5.5.1 遗传算法的基本原理
• 5.5.2 遗传算法的适应度函数
• 5.5.3 控制器基于遗传算法PID参数优化的设计与实现
• 5.5.4 模型仿真
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录