【正文】 我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)論文小組的同學(xué)們，正是有你們的幫助和支持，我才能克服一個又一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵了我。系統(tǒng)測試結(jié)果不能完全保證可靠性。對已知的定常性受控對象，只要確定好相應(yīng)的參數(shù)，便可以很好地發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用，使受控對象輸出在期望值上。采用位移傳感器信號激勵電路和AD轉(zhuǎn)換電路，使柴油發(fā)動機電控噴油控制系統(tǒng)反饋的位移信號準(zhǔn)確度高，為整個系統(tǒng)的閉環(huán)控制提供了有效的偏移量，通過仿真實驗證明該電路工作穩(wěn)定、可靠。 總 結(jié)本系統(tǒng)采用我們比較熟悉的89C51單片機作為控制的核心，采用電感傳感器作為反饋信號和信號的采集，使用光耦驅(qū)動電路使輸入端與輸出端相互隔離，使電路的抗干擾能力加強了，工作穩(wěn)定，使用壽命長，傳輸效果好。表 46 PID參數(shù)查詢表參數(shù) 分段 0～11～22～33～44～55～66～77～88～99～1010～1111～12常規(guī)PID調(diào)節(jié)器是一種應(yīng)用十分廣泛而且成熟的工程控制方法。各段參數(shù)采用試湊法調(diào)整，應(yīng)用公式（6）進行增量式控制，所以在試驗中針對、進行多次試湊發(fā)調(diào)整，初步確立了PID分段查詢表，本系統(tǒng)采樣周期為10ms，當(dāng)測得、后，可可根據(jù)公式（7）計算出、參數(shù)值。由于電磁執(zhí)行器推動噴油泵齒條運動在各個階段差異較大，非線性嚴(yán)重，采用一組參數(shù)控制整個齒條位移過程，控制效果不能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求。圖 45 PID流程圖 PID控制參數(shù)整定PID控制器主要參數(shù)是、和采樣周期T。控制增量的確定僅與最近采樣值有關(guān)，所以較容易通過加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果[17] Dan Chen，Dale E of Decentralized PI control systems based on Nyquist Stability Analysis[J].Journal of Process Control。，由于輸出通道和執(zhí)行器裝置具有信號的鎖存作用，故仍能保持原值。對應(yīng)齒條實際位移的控制量，控制增量的積累需要采用一定的方法來解決。只要使用前后三次采集量值的偏差，即可得出控制增量。因而，本論文采用了增量式PID控制算法，算式如下 (43)式中 (44)用式42減式43，可得增量式PID控制算法 (45)式中 將上式進一步改寫為 (46)式中 (47)它們都是與采樣周期、比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)有關(guān)的系數(shù)。離散的位置式PID表達(dá)式為 （41） （42）式中k采樣序號，k=0，1，2，3……；第k次采樣時刻的輸出值；第k次采樣時刻輸入的偏差值；第k1次采樣時刻輸入的偏差值；采樣周期；積分時間常數(shù)；微分時間常數(shù)；積分常數(shù)；微分常數(shù)。 PID控制框圖設(shè)計調(diào)節(jié)器框圖如圖44所示。模擬PID控制線路簡單，不占用軟件資源，但是其可靠性受電路可靠性制約，而且缺乏足夠的靈活性。在自動控制理論的發(fā)展過程中，比例—積分—微分（PID）控制是歷史最悠久、生命力最強的基本控制方式。一旦新節(jié)點加入到網(wǎng)絡(luò)中，它就會開始接受信息，判別識別標(biāo)識，然后確定是否做處理或直接丟棄。至于該報文是否要做進一步的處理或被丟棄將完全取決于接收節(jié)點本身，同一個報文可以發(fā)送給特定的站點，只取決于我們怎么設(shè)計我們的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。CAN總線上報文所包含的內(nèi)容只有優(yōu)先級標(biāo)志區(qū)和欲傳送的數(shù)據(jù)內(nèi)容。圖 42 系統(tǒng)程序流程圖 CAN總線控制流程圖CAN總線是一個基于報文而不是基于站點地址的協(xié)議。PID控制算法簡單，運算量少，具有較強的魯棒性及較高的控制精度，特別是穩(wěn)態(tài)精度高，具有很廣泛地適應(yīng)性。 圖 314 電源驅(qū)動電路第四章 系統(tǒng)流程圖及軟件設(shè)計采油機噴油泵電控系統(tǒng)的關(guān)鍵是齒條位置控制，其閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖如圖41所示。用隔離變壓器將220V交流電降到12V交流電壓，然后經(jīng)過整流之后交流點變成了直流電，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器使電電源電壓穩(wěn)定，最后加入濾波電路，使電源不受負(fù)載和其它因素的干擾，使電源能夠持續(xù)穩(wěn)定地供電。圖 313 CAN總線框圖 電源模塊設(shè)計單片機控制系統(tǒng)多數(shù)單元采用的是直流供電方式，它要求供電電壓穩(wěn)定，不受負(fù)載變化和其它干擾的影響。AT89C51是CAN總線接口電路的核心，其承擔(dān)CAN控制器的初始化、CAN的收發(fā)控制等任務(wù)[14] Buckley J，Hayashi Y. Can fuzzy neural nets approximate continuous fuzzy function[J].Fuzzy sets and systems，1994,6I：43—51。其通信模塊如圖312所示。 CAN總線模塊設(shè)計CAN總線最初是德國BOSCH為汽車行業(yè)的監(jiān)測，控制而設(shè)計的。圖311 位移執(zhí)行器驅(qū)動電路如圖311所示。在本系統(tǒng)中，每個1mm轉(zhuǎn)化一次頻率，達(dá)到齒條位移微調(diào)的目的。 位移執(zhí)行器驅(qū)動電路設(shè)計本論文中所采用的執(zhí)行器為德國BOSCH公司的電磁執(zhí)行器，也就是一個直流發(fā)動機，只要改變電磁執(zhí)行器激磁線圈中電流的大小就可以控制執(zhí)行器輸出軸的位移，在實際設(shè)計中從提高執(zhí)行器的動態(tài)響應(yīng)、驅(qū)動電路功率控制器件的工作模式、熱負(fù)載功耗、電路成本、工作可靠性等因素，確定采用PWM波（脈寬調(diào)制信號）進行驅(qū)動[13] 王福瑞等.《單片機測控系統(tǒng)設(shè)計大全》[M].北京航空航天大學(xué)出版社。圖 310 AD轉(zhuǎn)換電路我們通過ADC0804的VIN+和VIN兩個引腳接收由電壓差信號，然后芯片內(nèi)部處理將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，之后傳給單片機做處理，一次AD轉(zhuǎn)換周期結(jié)束。其中555產(chǎn)生5000Hz方波，由555的3號引腳輸出方波信號，通過場效應(yīng)管9013控制導(dǎo)通與截止，當(dāng)9013導(dǎo)通時，則T1與T2基極為低電平，所以都導(dǎo)通，此時IN11為低電平；當(dāng)555的3號引腳輸出低電平時，9013截止，則TT2都截止此時IN11為高電平；即整個過程通過9013與T2將555的輸出的方波放大，由IN11接入傳感器的公共抽頭D端做激勵信號[12] [M].北京電子工業(yè)出版社，2005。當(dāng)t=0時，電流為零，電阻電壓也等于零；當(dāng)時，電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)，此時，電阻電壓趨近于，此時 (36) (37) 如果 ，（，均為時間常數(shù)） 則有 ，分別為A、由公式38，39得 (310) (311)由于可變端的電感值隨短路環(huán)的移動（即齒條位移）變化，所以有38可知，隨齒條位移變化，所以時間值也隨之變化；而固定補償段的電感值在齒條運動過程中始終不變，所以不變，時間也不便曲線B固定不動。圖 38 傳感器信號檢測電路示意圖首先，可列出電路的微分方程 改寫成： (32) 此方程的特解；對應(yīng)的齊次方程解，故式32中的全解為 (33) 在零初始條件下， 代入式33中得： (34)電感的端電壓為： (35)畫出它們隨時間變化的曲線，整個動態(tài)過程是在電感中產(chǎn)生電流過程。在電路分析中，可將方波脈沖看作2個階躍函數(shù)之差，先從理論上進行分析，再通過試驗驗證其正確性。采用圖38的方法構(gòu)成實際測量電路。 傳感器檢測電路設(shè)計在解決魯棒性難題上除了采用傳感器零點校準(zhǔn)和選用最優(yōu)化控制算法外，硬件性也是至關(guān)重要的。原線圈和副線圈之間沒有電路相聯(lián)系，而是通過磁耦合把能量從電源傳送到負(fù)載。圖 37 傳感器內(nèi)部引線示意圖其中A的電感量的變化時傳感器短路環(huán)的運動實現(xiàn)的，從原理上傳感器鐵心和短路環(huán)構(gòu)成的相當(dāng)于變壓器結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用了直列式噴油泵，其內(nèi)部有位置是傳感器，其中參考線圈和短路環(huán)構(gòu)成了電感固定補償端，測量線圈和裝配在泵內(nèi)齒條的短路環(huán)構(gòu)成了電感可變端。AT89C51使用12MHz的晶體振蕩器作為震蕩源，由于單片機內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個晶振和兩個電容即可，電容容量一般在15pF至50pF之間。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。圖 35 復(fù)位電路 振蕩電路每個單片機系統(tǒng)里都有晶振，全稱是晶體震蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。單片機復(fù)位電路原理是在單片機的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復(fù)位，而復(fù)位時間是(時鐘周期=12振蕩周期,振蕩周期=1/f)，這個時間只能大不能小，具體數(shù)值可以由RC電路計算出時間常數(shù)。目前，美國通用汽車公司，Caterpillar公司等在其電控柴油及中都已采用該種單片機，取得明顯的效果。 圖 32 噴油泵齒條位移示意圖 圖 33 柴油發(fā)動機噴油泵電控單元整體框圖 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)，對51系統(tǒng)單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)包括單片機、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵輸入、顯示輸出等[10] [M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社。 系統(tǒng)采用圖33所示的電控系統(tǒng)整體框圖。系統(tǒng)中推動齒條運動的執(zhí)行器采用的是德國BOSCH公司的電磁式執(zhí)行器?？傊?，每個柱塞位置所對應(yīng)的噴油量同發(fā)動機轉(zhuǎn)矩有一定的比例關(guān)系，與螺旋線成一定角度即對應(yīng)一定的噴油量。當(dāng)柱塞向上移動蓋過吸油腔的進油孔時，噴油泵即開始供油；當(dāng)柱塞的斜坡形控制邊緣與進油孔相遇時，更停止供油。圖32為齒條位移示意圖，噴油泵體內(nèi)的泵油元件是噴油泵、柱塞和套筒組成。第三章 硬件電路設(shè)計車用柴