基于CAN总线的自行直臂式高空作业车控制系统研究

论文摘要

高空作业车作为工程机械的重要分支,得到越来越广泛的应用,有着广阔的发展前景,而我国高空作业车的生产技术明显落后于国外。因此,本文在了解和分析国内外高空作业车发展现状及其关键技术的基础上,以27米自行直臂式高空作业车为研究对象,参考国外先进技术,对其控制系统进行设计和研究。本文首先根据自行直臂式高空作业车的功能需求和控制系统的开发要求,对控制系统的总体方案进行设计。在详细分析高空作业车的行走系统、回转系统、转向和扩桥系统、作业臂伸缩和变幅等系统的基础上,提出各个系统的控制方案。其次,为了提高作业车的安全性和工作效率,本文针对工作平台垂直爬升运动的自动控制进行研究。在分析作业臂运动情况的基础上,提出垂直爬升系统的控制方案,建立系统数学模型,采用数字PID对其进行控制,并利用Matlab7.11.0建立系统PID控制的计算机仿真模型,对系统的响应特性进行分析,发现加入PID后,系统单位阶跃响应的超调量减小,振荡次数明显减少,能够达到良好的控制效果。然后,针对高空作业车的安全性及可靠性要求较高的特点,采用工程机械专用的EPEC3G+CAN控制模块——EPEC2023控制器和EPEC2025显示器构建系统硬件,并进行传感器选型,在熟悉硬件系统电器特性后完成控制器针脚的分配。最后利用CAN总线技术组建各控制模块之间的通讯网络,并完成控制系统主要部分程序流程图的编写。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高空作业车国内、外发展现状
• 1.2.1 高空作业车国外发展现状
• 1.2.2 高空作业车国内发展现状
• 1.3 课题的提出及主要研究内容
• 1.3.1 自行直臂式高空作业车研究的意义
• 1.3.2 论文研究的主要内容
• 第二章 自行直臂式高空作业车控制系统
• 2.1 高空作业车控制方案总体设计
• 2.1.1 控制系统的功能要求
• 2.1.2 控制系统组成
• 2.2 行走控制系统功能分析及控制方案设计
• 2.2.1 行走控制系统基本要求
• 2.2.2 行走系统工作原理及控制方案
• 2.3 工作装置控制系统功能分析和方案设计
• 2.3.1 转向和扩桥系统
• 2.3.2 作业臂伸缩系统
• 2.3.3 作业臂变幅和转台回转系统
• 2.3.4 安全装置
• 2.4 本章小结
• 第三章 工作平台垂直爬升控制策略研究
• 3.1 工作平台垂直爬升控制系统分析
• 3.1.1 作业臂运动分析
• 3.1.2 工作平台垂直爬升系统的控制方案
• 3.2 系统数学模型的建立及传递函数分析
• 3.2.1 伸缩液压缸传递函数的确定
• 3.2.2 伸缩缸速度传感器的传递函数
• 3.2.3 作业臂的传递函数
• 3.2.4 作业臂伸缩控制系统的整体建模
• 3.3 工作平台垂直爬升控制系统的PID控制及仿真
• 3.3.1 常规PID控制原理
• 3.3.2 数字PID控制原理
• 3.3.3 PID控制器参数的整定
• 3.3.4 系统数字PID控制仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 高空作业车控制系统硬件设计
• 4.1 控制系统硬件总体设计
• 4.2 控制系统硬件组成
• 4.2.1 EPEC2023控制器简介
• 4.2.2 EPEC2025显示器简介
• 4.2.3 传感器的选型
• 4.3 EPEC2023控制器特性及针脚分配
• 4.3.1 控制器特性
• 4.3.2 控制器针脚分配
• 4.4 本章小结
• 第五章 高空作业车控制系统软件设计
• 5.1 控制系统编程软件简介
• 5.2 高空作业车控制系统的数据通讯
• 5.2.1 CAN总线和CANopen协议简介
• 5.2.2 高空作业车CAN总线系统结构
• 5.2.3 CANopen初始化
• 5.2.4 以PDO数据传输方式通讯
• 5.2.5 以SDO数据传输方式通讯
• 5.3 控制系统程序流程图
• 5.3.1 主程序流程图
• 5.3.2 各子系统控制程序流程图
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢