拖拉机电子液压悬挂控制器设计与控制技术研究

论文摘要

随着新兴科学技术的不断创新,尤其是计算机技术、电子控制、人工智能、网络通讯等高新技术的迅速发展,对拖拉机工业的发展产生了很大的影响和渗透。而采用机-电-液一体化控制技术是拓宽拖拉机功能、提高其技术性能以及解决其所面临诸多技术难题的最佳选择方案,并且已经成为现代拖拉机及其配套机组的主要技术发展趋势。本文首先介绍了传统拖拉机液压悬挂系统的组成和类型。在此基础上,设计新型拖拉机电子液压悬挂系统。在操控方面,根据具体操作控制习惯设计人机交互控制面板;液压油路方面,该系统用电液比例换向阀取代传统机械式控制的分配器,并设计配套油路;在控制反馈信号获取方面,系统中安装位置传感器、力传感器和速度传感器;同时,对拖拉机电子液压悬挂的各种耕深控制方法进行比较分析。由于拖拉机液压悬挂的机械系统存在着较强的非线性因素,其液压驱动系统存在滞后性,并且工作对象和工作环境有着非常明显的不确定性,所以使得电子液压悬挂的精确控制较为困难。传统PID控制是工业控制过程中应用最多的一种控制方式,而模糊控制适用于数学模型未知的,复杂的非线性、时变、滞后系统的控制。通过对两种控制策略比较,选择模糊控制算法对拖拉机电子液压悬挂的驱动信号进行控制。拖拉机电子液压悬挂控制单元设计包括硬件和软件设计。根据本系统各功能模块的具体需求,选用Intel公司MSC-96系列的80C195KC单片机设计控制器。在电子硬件方面,首先设计该单片机控制回路。其次,设计控制面板指令输出电路、工作状态反馈显示电路、报警指示灯电路、耕深设定信号调理电路和速度设定信号调理电路;然后,根据系统采用传感器型号和单片机采集信号要求,分别设计位置传感器信号调理电路,力传感器信号调理电路和轮速信号调理电路;最后,设计与PC通讯使用的串口电路。在软件方面,用汇编语言完成整个控制系统的软件编程,主程序控制程序总体流向,提升与下降子程序实现悬挂机构的可调速提升与下降。位调节与力调节以模糊控制为核心控制算法由位调节控制子程序和力调节控制子程序实现。在系统安全性方面,由安全检测子程序监控悬挂系统的位置、载荷以及拖拉机滑转率是否在安全范围内,如果工作于非安全区域,系统会自动报警提示。同时采用程序模块化设计提高系统可靠性与安全性。论文最后对整个系统进行试验,得出电子液压悬挂的控制曲线,将电子液压悬挂反馈信号与控制信号进行比较,并作简要分析。试验证明本控制系统各项性能基本满足设计要求,且运行精度高,可靠性好,有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 拖拉机电子液压悬挂机组的整体设计
• 2.1 传统拖拉机液压悬挂系统
• 2.1.1 液压悬挂机组的组成
• 2.1.2 液压系统的类型
• 2.2 电子液压悬挂系统设计
• 2.2.1 整体系统结构设计
• 2.2.2 工作机理
• 2.2.3 液压系统设计
• 2.2.4 传感器选用
• 2.3 悬挂农具的耕深调节方法比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 拖拉机电子液压悬挂控制策略的比较与选择
• 3.1 电子液压悬挂系统控制策略比较
• 3.1.1 经典控制（PID）
• 3.1.2 模糊控制
• 3.2 电子液压悬挂控制策略选择与基本原理
• 3.2.1 控制策略选择
• 3.2.2 模糊控制原理
• 3.3 本章小结
• 第四章 拖拉机电子液压悬挂控制器的硬件设计
• 4.1 概述
• 4.2 系统电路设计
• 4.2.1 电源电路
• 4.2.2 控制面板电路设计
• 4.2.3 位置传感器信号调理电路设计
• 4.2.4 力传感器信号调理电路设计
• 4.2.5 转速信号调理电路设计
• 4.2.6 控制信号调理电路设计
• 4.3 控制回路设计
• 4.3.1 ECU特点
• 4.3.2 80C196KC系统设计
• 4.3.3 信号采样设计
• 4.3.4 控制信号输出设计
• 4.4 硬件抗干扰措施
• 4.5 本章小结
• 第五章 拖拉机电子液压悬挂控制系统的软件设计
• 5.1 主程序设计
• 5.2 系统各模块程序设计
• 5.2.1 A/D转换中断程序设计
• 5.2.2 上升及下子程序设计
• 5.2.3 位移调节控制子程序设计
• 5.2.4 力调节控制子程序设计
• 5.2.5 模糊控制算法的实现
• 5.2.6 安全检测子程序设计
• 5.2.7 串行口通信中断程序设计
• 5.3 软件可靠性设计
• 5.3.1 采用模块化程序设计方法
• 5.3.2 采用WDT（Watchdog timer）防止程序跑飞
• 5.4 本章小结
• 第六章 试验及性能分析
• 6.1 试验及数据分析
• 6.1.1 试验条件介绍
• 6.1.2 提升下降试验
• 6.1.3 位调节动态试验
• 6.2 本章小结
• 结语及建议
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间撰写发表的论文