【正文】 ； KD一微分常數(shù)， KD=KpTD/T。調(diào)整三者的作用強(qiáng)度，就可以改變整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行特性。當(dāng)高度偏差在死區(qū)范圍內(nèi)，控制器不做任何調(diào)節(jié)，液壓油缸不運(yùn)動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)工作在脈沖調(diào)節(jié)區(qū)時(shí)，輸出脈沖的脈寬占空比與偏差信號(hào)成正比，屬于脈寬調(diào)制 (PWM)；當(dāng)系統(tǒng)工作在恒速區(qū)時(shí)，找平油缸進(jìn)行恒速調(diào)節(jié)。 雙作用液壓油缸的傳遞函數(shù)可表示為： （ 11） 式中： A— 雙作用液壓油缸的有效面積，即油缸大腔活塞面積與油缸小腔活塞面 積之差， W 一閥控液壓油缸的液壓固有頻率， ξ一閥控液壓油缸的液壓阻尼比， ? 在 0． 10~0． 20之間； d1一液壓油缸直徑， m； d2一活塞桿直徑， m； M一單個(gè)油缸所承載的油缸運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量和 平地鏟刀折算質(zhì)量之和， kg； 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 β一等效容積的彈性模數(shù)， Mpa； V— 括管路在內(nèi)的等效液壓油缸容積， V=L*A， m3； L_一活塞桿有效行程， m。 )， P(x1， y1)及 T(x2+dx2， y2+dy2)， P(x2+dx2，y2+dy2， )，由此可得到線性方程為 ： （ dy2/dx2） =（ y2y1） /（ x2x1） （ 6） 設(shè) L=x1x2， 其為調(diào)平大臂有效長(zhǎng)度的水平投影， dx2/dt=v為整平速度，式又可寫成 （ dy2/dx2） =（ y1y2） /L或（ dy2/dt） =（ dx2/dt） （（ y1y2） /L） （ 7) 若設(shè) v恒定，對(duì)式 (7)進(jìn)行拉氏變換可得 Y2（ S） /Y1（ S） =1/（ 1+tS） (8) 式 (8)為鏟刀的傳遞函數(shù)，其為一階慣性環(huán)節(jié)，式中 z=％為鏟刀的時(shí)間常數(shù)。 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及控制算法的確定 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 工作裝置的數(shù)學(xué)模型 設(shè)定 車載 鏟刀所受的阻力保持不變，則鏟刀的運(yùn)動(dòng)將沿著牽引點(diǎn)的作用點(diǎn)連線方向，可建立如圖所示的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。車載自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)的電磁換 向閥的截止響應(yīng)頻率為 4Hz，所以在設(shè)置 PWM信號(hào)輸出時(shí)，其頻率必須小于截止頻率。如圖所示不同的占空比情況。 電磁閥的控制模式 作為系統(tǒng)的主要控制對(duì)象，電磁換向閥的控制方式是決定整個(gè)控制系統(tǒng)性能的主要因素。 這個(gè)偏差信號(hào)被控制器采樣后，通過(guò)一定的分析和處理，發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路給電磁閥供電。系統(tǒng)采用定量泵供油，油泵輸出的壓力油經(jīng)過(guò)兩個(gè)流量閥排出定量的油液，在電磁換向閥的控制下經(jīng)液控單向閥進(jìn)入左右兩個(gè)油缸。該傳感器內(nèi)置溫度補(bǔ)償功能，而且有 3種輸出方式選擇，開關(guān)輸出： PNP和 NPN，模擬量輸出 010V和 420mA。但在選用超聲波換能器時(shí)，還應(yīng)考慮到超聲波換能器的頻率越大，傳播過(guò)程中的衰減系數(shù)越大，將影響它的有效測(cè)試距離。 ①計(jì)時(shí)電路的計(jì)時(shí)頻率影響 取 C為常數(shù)，則式 (2)為： ds=Cdt／ 2 （ 3) 假設(shè)計(jì)時(shí)頻率為 f， 則式 (3)為： ds=C／ 2f (4) 式 (4)表明：計(jì)時(shí)電路的計(jì)時(shí)頻率越大，傳感器的測(cè)試精度越高。在傳播過(guò)程中，測(cè)出超聲脈沖 從發(fā)射到接收經(jīng)歷的時(shí)間 (或稱聲時(shí) )，如果確定傳播介質(zhì)的聲速，就能計(jì)算出從探頭到目標(biāo)之間的距離，測(cè)距公式如下： S=Ct／ 2 （ 1） 式中： S—— 探頭到目標(biāo)的距離， m； C—— 聲波在介質(zhì)中的傳播速度， m／ s； t一聲時(shí)， s。超聲波測(cè)距傳感器就是利用超聲波的方向性、反射性等特性進(jìn)行工作的，它的非接觸性能在工程機(jī)械 自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)中有著明顯的優(yōu)越性。只有微控制器而沒(méi)有適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎⒖刂破鞯淖饔檬前l(fā)揮不出來(lái)的。 車載自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)的傳感器選擇 傳感器的選擇原則 傳感器是測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著信號(hào)轉(zhuǎn)換任務(wù)，如將位移、 力、應(yīng)變、加速度和振動(dòng)等被測(cè)量轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的、容易處理和傳輸?shù)碾娏俊Ｔ谙嗤墓ぷ黝l率下，工控機(jī)進(jìn)行乘積、 F， I’ F、編解碼等常用數(shù)字信號(hào)處理的速度要比 DPS低得多。 4．?dāng)?shù)字信號(hào)處理器 (DSP)：具有典型的數(shù)字信號(hào)處理的能力 DSP芯片普遍采用了數(shù)據(jù)總線和程序總線 分離的哈佛結(jié)構(gòu)及改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，采用流水技術(shù)，即每條指令都由片內(nèi)多個(gè)功能單元分別完成取指、譯碼、取數(shù)和執(zhí)行等多個(gè)步驟，從而在不提高時(shí)鐘頻率的條件下減少了每條指令的執(zhí)行時(shí)間； DSP芯片內(nèi)有多條總線可以同時(shí)進(jìn)行取指令和多個(gè)數(shù)據(jù)存取操作，并且有輔助寄存器用于尋址，它們可以在尋址訪問(wèn)前或訪問(wèn)后自動(dòng)修改內(nèi)容，以指向下一個(gè)要訪問(wèn)的地址： DSP芯片大多帶有 DMA通道控制器和串行通信口等，配合片內(nèi)總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)塊傳送速度大大提高； DSP芯片配有中斷南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 13 處理器和定時(shí)控制器，可以方便地構(gòu)成一個(gè)小規(guī)模系統(tǒng)：具有軟、硬件等待功能，能與 各種存取器接口；針對(duì)濾波、相關(guān)和矩陣運(yùn)算等需要大量乘法累加運(yùn)算的特點(diǎn)， DSP芯片大多配有獨(dú)立的乘法器和加法器，使得在同一時(shí)鐘周期內(nèi)可以完成乘、累加兩個(gè)運(yùn)算：低功耗，一般為 0． 539。 3．工控機(jī)：相對(duì)于單片機(jī)和 PLC來(lái)說(shuō)功能靈活，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它集單片機(jī)與 PLC優(yōu)點(diǎn)于一體， 具有很強(qiáng)的控制功能?？垢蓴_能力強(qiáng)，因?yàn)?PLC是專門用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在抗干擾 能力方面優(yōu)越于單片機(jī)系統(tǒng)。尺寸小，結(jié)構(gòu)易布置，由于單片機(jī)及其外圍接口電路可以緊湊地放在一塊印刷電路板上，這就為控制器的面板設(shè)計(jì)帶來(lái)方便，面板形狀與大小都可以在一定程度上隨意設(shè)計(jì)。滿足 車載 使用功能要求的主控制器的選擇范圍有高性能單片機(jī)、可編程控制器 (PLC)、工業(yè)控制機(jī)、以及數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)等，這四種形式各有優(yōu)缺點(diǎn)。 車載自動(dòng)調(diào) 平控制系統(tǒng)的方案． 根據(jù)車載自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)的特性，以及車載的結(jié)構(gòu)特征等，確定車載 自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)的方案，如圖 所示。 在手動(dòng)模式下，應(yīng)屏蔽靈敏度和窗口設(shè)置功能。綜合各方面考慮， 車載自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)應(yīng)該要求具備以下功能： 具備兩種工作模式：手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，在 車載 工作時(shí)應(yīng)能在這兩種工作模式之間相互切換。本章確定了 車載 自動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)的控制方案。 綜上所述，影響 車載自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)精度的因素是多方面的，有 車載 自身性質(zhì)和工作環(huán)境等外界因素，也與 車載 自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)的類型有關(guān)。 3．通過(guò)對(duì) 自動(dòng)調(diào)平 電液系統(tǒng)分析可知，控制器發(fā)出的信號(hào)并不是直接控制鏟刀的上下移動(dòng)，控制器和牽引架之間通過(guò)了一個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制信號(hào)的傳遞。 2．傳感器也是影響 自動(dòng)調(diào) 平 系統(tǒng)的一個(gè)重要因素。 根據(jù)以上的分析比較，考慮到成本，以及施工精度的要求，技術(shù)的成熟性等諸方面，本課題主要研究非接觸式超聲波傳感器 自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)。 激光 自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，有很強(qiáng)的靈活性，相比于超聲波 自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)平整精度高，作業(yè)效率高，但成本也較高。 比較結(jié)論 超聲波 自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)： (1)設(shè)備體積小、重量輕， 安裝簡(jiǎn)單方便結(jié)構(gòu)緊湊，貯存運(yùn)輸業(yè)很方便，使用時(shí)隨機(jī)性強(qiáng)，比較靈巧。激光發(fā)射頭在工作時(shí)是高速旋轉(zhuǎn)的，并可根據(jù)設(shè)定要求自動(dòng)達(dá)到水平面或斜 坡面狀態(tài)，它發(fā)射的激光束可在作業(yè)面上形成一個(gè)激光光學(xué)平面，該平面即作為整平作業(yè)的基準(zhǔn)參照面。在國(guó)內(nèi)自 20世紀(jì) 80年代開始，一些部門就已引進(jìn)國(guó)外機(jī)型進(jìn)行試驗(yàn)，但由于價(jià)格問(wèn)題一直未能推廣。每個(gè)超聲波探頭分別測(cè)試探頭到路面之間的距離，并上傳至控制盒，控制盒按照預(yù)定的算法處理這些數(shù)據(jù)，得到各個(gè)超聲波探頭到路面之間的平均距離。 自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)分析 系統(tǒng)組成： 2020年我國(guó)開始引進(jìn)非接觸式超聲波調(diào)平裝置，又稱超聲波平均梁，它由聲納傳感器、控制盒和平衡桿組成?，F(xiàn)在一般已經(jīng)使用的比較成熟的控制系統(tǒng)都是基于這個(gè)思想而設(shè)計(jì)的。為了提高控制質(zhì)量，系統(tǒng)常采用閉 環(huán)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，這種反饋控制系統(tǒng)的組成框圖如圖所示 典型閉環(huán)控制系統(tǒng) 自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)本身就是一個(gè)典型的閉環(huán)系統(tǒng)。在開環(huán)系統(tǒng)中，動(dòng)作信號(hào)是預(yù)先確定、不變化的。 自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)的控制原理分析 自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)就是以補(bǔ)償路面系統(tǒng)誤差為目的的控制系統(tǒng)。 (3)比例脈沖式 比例脈沖式自動(dòng)控制系統(tǒng)是在開關(guān)式自控系統(tǒng)的“恒速調(diào)節(jié)區(qū) 和“死區(qū) 之間設(shè)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 置一個(gè)“脈沖區(qū)’’。此調(diào)平方式不理想，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便。為了提高系統(tǒng)的反應(yīng)精確性，“死區(qū) 應(yīng)盡量減小但是系統(tǒng)是恒速調(diào)節(jié)的，如果“死區(qū) 范圍過(guò)窄，調(diào)節(jié)容易沖出“死區(qū) 而出現(xiàn)誤差，即產(chǎn)生所謂的超調(diào)。 自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)的分類 自動(dòng)調(diào)平裝置是高性能 車載 的 關(guān)鍵部件，安裝自動(dòng)調(diào)平裝置的 車載 能明顯提高作業(yè)效率和平整精度。 執(zhí)行裝置：執(zhí)行裝置主要包括電磁換向閥、調(diào)平液壓缸和調(diào)平大臂。 ABS1000 自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng) 檢測(cè)裝置：檢測(cè)裝置主要有以下幾個(gè)部件構(gòu)成。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的分析 平整路面的平整度主要取決于安裝在機(jī)械上的自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)，自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)通過(guò)控制油缸來(lái)調(diào)節(jié)工作裝置，從而有效 提高路面的整平質(zhì)量。 德國(guó)的 MOBA公司生產(chǎn)的一系列自動(dòng) 調(diào) 平控制器在國(guó)內(nèi)的自動(dòng) 調(diào) 平控制器市場(chǎng)占有相當(dāng)?shù)姆蓊~，其主要的產(chǎn)品為 MOBAlatic數(shù)字控制系統(tǒng)。 20世紀(jì) 90年代，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和液壓技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)字控制器自動(dòng)調(diào) 平裝置，它是微處理器與高速開關(guān)閥相結(jié)合的產(chǎn)物， 如以 BMW— KNOX公司最近生產(chǎn)的“ LBA平 NKOX自動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)。 調(diào) 平傳感器： 20世紀(jì) 90年代的自動(dòng)找 調(diào) 平裝置中，非接觸式超聲波傳感器得到了應(yīng)用，增加了抗干擾能力， 調(diào) 平效果更趨于良好，如 ECADARPIDS公司較早地采用了超聲波傳感器。如 VOGEEL的脈頻調(diào)制式， AGB的脈寬調(diào)制方式，提高了 調(diào) 平精度。早期是半自 調(diào) 平系統(tǒng)，該系統(tǒng)橫坡采用自動(dòng)調(diào)節(jié)，縱坡采用原來(lái)的手調(diào)裝置來(lái)控制；后期手動(dòng)橫坡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)也被自動(dòng)裝置取代，出現(xiàn)了全自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作特性相對(duì)較完善，且找平效果好。 自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng) 以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況 進(jìn)行修改，但每個(gè)專業(yè)應(yīng)保持一致?？v坡是靠基準(zhǔn)線和一個(gè)指示器來(lái)標(biāo)志；橫坡是靠安裝在橫梁上的角度傳感器和一個(gè)指示器來(lái)指明。目前，非接觸式自動(dòng) 調(diào)平系統(tǒng)已經(jīng)成為自動(dòng) 調(diào) 平技術(shù)的主流，在這方面主要有兩種技術(shù)，超聲波自動(dòng) 調(diào) 平技術(shù)和激光自動(dòng) 調(diào) 平技術(shù)。前者由于人工操作平整精度有限，并且勞動(dòng)強(qiáng)度大，實(shí)施起來(lái)困難，所以國(guó)內(nèi)外一般都致力于后者的改進(jìn)和完善。近幾年，隨著交通建設(shè)的迅速發(fā)展，各施工單位在公路技術(shù)質(zhì)量上的競(jìng)爭(zhēng)越加激烈，尤其對(duì)路面平整度的要求越來(lái)越高，為了保證施工質(zhì)量，這就要求一方面工程技術(shù) 人員以及操作手必須精心施工，并在施工工藝上不斷鉆研總結(jié)；另一方面在 車載 上使用先進(jìn)的整平技術(shù)，運(yùn)用 自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的不斷發(fā)展，使分布式控制系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)于自動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)也產(chǎn)生了一定的影響。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靠手動(dòng)操作完成縱坡和橫坡的調(diào)節(jié)。橫坡調(diào)節(jié)工作原理與縱坡調(diào)節(jié)原理類似。由于這段時(shí)期工作寬度較小，所以都采用縱坡和橫坡控制器來(lái)進(jìn)行 調(diào) 平作業(yè)。 傳感器：這段時(shí)期 自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)所采用的調(diào)節(jié)方式分兩個(gè)階段：初期，多數(shù)采用開關(guān)控制方式，其傳感器多為液壓隨動(dòng)器 (即轉(zhuǎn)閥 )，以開、關(guān)和死區(qū)三種工作方式響應(yīng)路面的不平整度信號(hào)；中后期，隨著電子傳感技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，逐漸出現(xiàn)了電位器式、應(yīng)變片式、霍爾元件等類型的傳感器，同時(shí)配合相應(yīng)的脈沖調(diào)節(jié)方式實(shí)現(xiàn)了比例脈沖控制方式。 其中自動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)的改變?nèi)缦拢? 調(diào) 平基準(zhǔn)：在原有基準(zhǔn)線、滑靴式和輪式 調(diào) 平基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上， 20世紀(jì) 70年代中期出現(xiàn)了 調(diào) 平效果更好的平均梁 調(diào) 平基準(zhǔn)，完全可以滿足各種路面情況。 控制器： 20世紀(jì) 70年代，脈沖調(diào)制式的比例脈沖控制方式取代了前期的開關(guān)控制方式，在控制精度上得到很大的改善，但與機(jī)液、電液伺服控制方式相比，仍存在不南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 足。 目前，國(guó)外的自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠商主要有德國(guó)的 MOBA、美國(guó)的 AGI公司、丹麥的腫 Trdaing公司咀及日本的 TOCPNO公司等，這些公司的產(chǎn)品代表著國(guó)際上自動(dòng)調(diào) 平控制器的先進(jìn)產(chǎn)品；國(guó)內(nèi)自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)廠家有江蘇寶應(yīng)縣創(chuàng)新工程電器廠、常州樹華電子有限公司以及孫祖望路橋技術(shù)研究有限公司研制的多點(diǎn)超聲波自動(dòng) 調(diào) 平控制器等為數(shù)不多的幾個(gè)廠商。 為了提高系統(tǒng)的控制精度，丹麥的 TF— nadj“ g公司推出了高性能、高精度 自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng) MiniLine非接觸找平控制器，該系統(tǒng)町以大幅度提高路面平整度指標(biāo)。圖為美國(guó)Sundstrand— Sauer公司生產(chǎn)的 ABSl000自動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)。 調(diào)節(jié)器將傳感器檢測(cè)到的偏 差信號(hào)與給定信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)放大后，輸出一個(gè)根據(jù)偏差信號(hào)變化的直流控制信號(hào)，將該信號(hào)與鋸齒波脈沖信號(hào)送入比較器比較輸出寬度不同的調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)。