基于CAN总线的拖拉机液压悬挂系统力位综合调节的研究

论文摘要

拖拉机作业环境比较恶劣,且工况复杂,影响因素多,因此很难用精确的数学模型对其进行描述。近些年来,随着计算机、电子控制、人工智能与网络通讯等高新技术的快速发展及其在拖拉机上的应用,又使得拖拉机的电控单元越来越多。本文以拖拉机悬挂系统及其农具配套机组为研究对象,应用BP神经网络采用CAN总线传输方式,进行了拖拉机液压悬挂系统力位综合调节的研究。为了便于研究,本文首先在传统拖拉机机械液压悬挂系统的基础上,设计了新型电液悬挂系统。根据操控习惯以及CAN总线传输要求.选择带有CAN总线的产品作为操作面板智能节点。而对于液压油路,该系统将原有的分配器换为电液比例换向阀,并结合减压阀、梭阀等以实现流量的双向及精确控制。同时.为便于室内研究,设计了电液加载系统。该系统还安装了力传感器、位移传感器以及转速传感器,以传感器信号作为反馈信号,实时调节。除此,还分析了传统耕深控制方法,并提出了新的力位综合调节思想,引入综合度系数概念。然后针对该系统的非线性、滞后性及影响因素的不确定性,在分析了传统控制策略的局限性的基础上选用BP神经网络作为其控制策略,并对BP网络的思想、结构、数学描述及特点等加以论述。建立了综合度系数的BP神经网络模型,并对模型加以训练。进行了仿真实验,结果表明BP神经网络具有很好的应用价值。最后为拖拉机电子液压悬挂系统的控制单元设计了硬件和软件。根据系统的要求,选用TMS320F2812作为处理芯片,设计了DSP2812最小硬件系统。结合传感器和执行器进行了接口电路以及CAN模块的设计,实现了实时采样,BP神经网络控制,CAN通信和PWM的输出等功能。选择CCS软件,应用C语言完成了整个系统的编程。进行了PWM信号的产生试验,证明了程序的可靠性。完成了电液比例换向阀的驱动控制试验,并对整个系统进行了试验,得到了力位综合调节曲线,比较分析后证明了本控制系统各项性能基本满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 研究现状分析
• 1.2.1 拖拉机悬挂系统研究现状
• 1.2.2 CAN总线在拖拉机上的研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 CAN总线技术规范与通信协议
• 2.1 CAN性能特点
• 2.2 报文传送与帧结构
• 2.3 CAN总线的错误处理
• 2.4 位定时与同步要求
• 2.4.1 位定时
• 2.4.2 同步规则
• 2.5 本章小结
• 第三章 电液悬挂控制系统
• 3.1 传统液压悬挂系统
• 3.2 电控液压悬挂系统设计
• 3.2.1 总体设计
• 3.2.2 液压悬挂系统的油路设计
• 3.2.3 加载系统分析与设计
• 3.3 控制方案
• 3.3.1 传统根深控制模式
• 3.3.2 力位综合调节
• 3.4 传感器的选型
• 3.4.1 工作阻力的检测
• 3.4.2 耕深的检测
• 3.5 本章小结
• 第四章 电控液压悬挂系统的控制策略
• 4.1 控制策略的选择
• 4.2 BP神经网络简介
• 4.2.1 BP神经网络
• 4.2.2 BP神经网络的基本思想
• 4.2.3 BP神经网络的结构和数学描述
• 4.2.4 BP神经网络的特点
• 4.3 综合度系数的BP神经网络模型的建立
• 4.3.1 网络结构设计
• 4.3.2 模型的训练
• 4.3.3 仿真实验及结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 控制系统硬件设计及实现
• 5.1 控制芯——DSP2812简介
• 5.1.1 事件管理器EV
• 5.1.2 A/D转换模块（ADC）
• 5.2 DSP最小系统的设计
• 5.2.1 电源模块的设计
• 5.2.2 A/D采样模块电路
• 5.2.3 晶振震荡电路
• 5.2.4 JTAG接口电路
• 5.2.5 最小硬件系统原理图
• 5.3 信号检测
• 5.3.1 力传感器信号采集电路设计
• 5.3.2 位置传感器信号采集电路设计
• 5.4 驱动电路
• 5.4.1 控制信号输出电路
• 5.4.2 保护电路设计
• 5.5 CAN通信硬件设计
• 5.5.1 CAN控制器
• 5.5.2 CAN收发器PCA82C250
• 5.5.3 TMS320F2812与CAN收发器的通信设计
• 5.6 硬件抗干扰措施
• 5.7 本章小结
• 第六章 系统软件设计
• 6.1 系统软件开发环境简介
• 6.2 系统软件设计及实现
• 6.2.1 主程序
• 6.2.2 系统初始化程序设计
• 6.2.3 PWM信号的产生
• 6.2.4 力位综合调节及提升/下降子程序设计
• 6.2.5 BP神经网络程序设计
• 6.2.6 安全检测子程序设计
• 6.3 CAN总线通信
• 6.3.1 制定通信协议
• 6.3.2 软件设计
• 6.4 本章小结
• 第七章 实验及结果分析
• 7.1 实验设备
• 7.2 基于DSP的PWM信号产生
• 7.3 电液比例换向阀的驱动控制试验
• 7.4 力位综合调节试验
• 7.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间撰写发表的论文