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贝博体育官网-贝博体育官方网站:小型挖掘机

产品展示
小型挖掘机
小型挖掘机控制器的设计

  1.控制器硬件设计

  由于小型挖掘机所处的工作环境一般比较恶劣、复杂,因此,本系统控制器的核心芯片选用工业级的PIC18LF458-I/PT型微控制芯片。该芯片是Microchip贝博体育推出的一款功能强,功耗低的高性价比8位微控制芯片。该芯片带有1路CAN通道,8路10位AD转换通道(实现对模拟量的采集),2路脉宽调制(PWM)通道(对执行元件进行控制)。该芯片可对输入信号中的开关量、模拟量信号进行采集和处理,以及对数据进行实时存储,通过CAN总线接口可实现与小型挖掘机功能模块CAN节点间的数据通信,并可以通过远程管理终端,将采集到的各种监测数据实时传递至远程数据管理中心,实现对小型挖掘机的实时监控和管理。

  2.控制算法设计

  当控制器采集到油门挡位旋钮发出的新的挡位信号后,通过计算得出新挡位所对应的发动机转速,再和控制器所采集的发动机的实际转速进行比较,计算出实际转速和目标转速的差值,然后根据控制器所设定的控制算法,通过执行元件对发动机的油门调节杆进行调节,使发动机的转速达到目标转速。目前,发动机转速控制方式主要有模糊控制,PID控制和神经网络控制3种,其中以模糊控制和PID控制应用最为普遍。
小型挖掘机控制器的设计
  (1)模糊控制。模糊控制是指利用自然语言描述人的经验,将系统信息经过模糊化处理,通过模糊逻辑关系的推理合成,产生相应的模糊决策。其优点在于:

  1)控制系统设计时不要求知道被控对象的精确数学模型,只需要提供现场操作人员的经验知识及操作数据;

  2)控制系统的鲁棒性强,适用于解决常规控制难以解决的非线性、时变及大滞后系统。模糊控制流程图见图2。根据模糊控制理论,对发动机转速与目标转速调整的差值进行模糊控制。根据发动机转速和实际转速的不同差值,依照经验输出不同的PWM占空比信号,控制执行元件调节发动机的转速。通过实际测试发现,当实际转速和目标转速的差值较大时,控制器通过输出一个大占空比的PWM信号驱动执行元件快速地对发动机转速进行调节,使发动机转速以很快的速度向目标转速逼近,当实际转速调节到目标转速附近时,由于执行电机的转动惯性的影响,会出现发动机转速在目标转速附近来回振荡的情况,从而影响发动机转速的调节效果。

  (2)PID控制。PID控制是比例积分微分控制的简称,该算法以结构简单,稳定性好,工作可靠,调整方便而成为工业控制的主要方式之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型,控制系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当设计者不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合选用PID控制技术。
小型挖掘机控制器的设计
  根据PID控制原理,将发动机的实时目标转速和实际转速的偏差值与输出PWM信号的占空比结合起来,根据实时的转速偏差值计算出实时PWM信号的占空比,然后通过输出实时PWM占空比信号来驱动执行元件,使发动机转速向目标转速靠进。在转速偏差较小时,控制器能够使发动机转速以一个合适的速度向目标转速逼近。但是由于每次调节时实际转速和目标转速的偏差范围不一定相同,因此在实际转速和目标转速偏差很大时,会导致转速调节所需的时间很长,从而影响发动机转速的响应速度。

  (3)PID控制+模糊控制。本系统将上述两种控制方法的优缺点进行分析和总结,采用在PID控制的基础上添加模糊控制的控制方式。PID控制+模糊控制流程图见图4。该控制方式根据实际转速和目标转速的偏差大小来确定采用PID控制+模糊控制的方法还是采用单独的PID控制方法。当实际转速和目标转速的偏差很大时,控制器自动地将整个转速调节过程划分为两个阶段:一段采用模糊控制,另外一段采用PID控制(PID控制+模糊控制);当实际转速和目标转速的偏差较小时,控制器就只采用PID控制。这样就可以避免采用单一控制方法所带来的不良影响。试验验证表明,PID控制+模糊控制很好地解决了单独采用两种控制方式时的不足之处,可使发动机转速又好又快地向目标转速逼近,实现发动机转速的平稳控制。
小型挖掘机控制器的设计
  3.控制故障检测和报警设计

  控制器能够对输入信号源和输出控制对象的状态进行监测,即具有故障检测和报警功能。当信号源和输出控制对象出现断路、短路和过流等故障时,控制器会根据出现故障的等级执行相应的保护程序,以免对小型挖掘机及其电子部件造成更大的损坏,同时通过控制器上的工作状态指示灯和显示器进行故障代码显示,提示操作手停机报修。挖掘机服务维修人员通过查阅控制器产品说明书中的故障代码说明,即可为小型挖掘机提供维修保养。



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