【正文】 具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出的控制信號(hào)（屬控制總線） [7]。 噴油泵電控的整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)控制由位移傳感器來(lái)監(jiān)視，并反饋到電子控制單元進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控位移傳感器的測(cè)量精度反應(yīng)速度，輸出噪聲，工作穩(wěn)定性等指標(biāo)直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的控制精度及控制品質(zhì)，所以要慎重應(yīng)用。 位移傳感器的工作特性：位移傳感器又稱(chēng)為線性傳感器，它 分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波位移傳感器，霍爾式位長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 移傳感器。電感式位移傳感器具有無(wú)滑動(dòng)觸點(diǎn)，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長(zhǎng)壽命，可使用在各種惡劣條件下，位移傳感器主要應(yīng)用在自動(dòng)化裝備生產(chǎn)線對(duì)模擬量的智能控制。該產(chǎn)品主要應(yīng)用于要求測(cè)量精度使用環(huán)境較惡劣的位移和液位測(cè)量系統(tǒng)中。它的輸出信號(hào)是一個(gè)真正的絕 對(duì)位置輸出，而不是比例的或需要再放大處理的信號(hào)，所以不存在信號(hào)漂移或變值的情況，因此不必像其它液位傳感器一樣需要定期重標(biāo)和維護(hù)。它可廣泛的應(yīng)用于石化工、制藥、食品、飲料等行業(yè)，對(duì)各種液罐的液位進(jìn)行計(jì)量和控制。 電渦流傳感器是由 DJ 型前置放大器的電渦流探頭組合構(gòu)成，它使一種趨近式傳 感器系統(tǒng)。電渦流位移傳感器系統(tǒng)主要包括探頭、延伸電纜（可選）、前置器和附件。電渦流傳感器是以高頻電渦流效應(yīng)為原理的非接觸 式位移傳感器。當(dāng) 被 側(cè)金屬的表面靠近該線圈時(shí)，由于高頻電磁場(chǎng)的作用，在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電渦流。所以探頭與被測(cè)金屬表面距離的變化可通過(guò)探頭線圈阻抗的變化來(lái)測(cè)量。 目前。有關(guān)專(zhuān)家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提 高，各國(guó)將競(jìng)相加速新一代傳感器的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競(jìng)爭(zhēng)也將日益激烈。 由于 BOSCH 直列式噴油泵 6DE2 柴油機(jī)內(nèi)部自帶電感式傳感器，所以本系統(tǒng)采用的是電感式傳感器。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 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。當(dāng)柱塞向上移動(dòng)蓋過(guò)吸油腔的進(jìn)油孔時(shí)，噴油泵即開(kāi)始供油；當(dāng)柱塞的斜坡形控制邊緣與進(jìn)油孔相 遇時(shí)，更停止供油?？傊總€(gè)柱塞位置所對(duì)應(yīng)的噴油量同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩有一定的比例關(guān)系，與螺旋線成一定角度即對(duì)應(yīng)一定的噴油量。 系統(tǒng)中推動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行器采用的是德國(guó) BOSCH 公司的電磁式執(zhí)行器。 系統(tǒng)采用圖 33 所示的電控系統(tǒng)整體框圖。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 32 噴油泵齒條位移示意圖 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ATMEL 公司的 8 位單片機(jī)是國(guó)際主流機(jī)型之一，具有功能齊全、可靠性高、品種多、性能價(jià)格比高的特點(diǎn)，在家電、儀器儀表及職能控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 34 單片機(jī)最小系統(tǒng) 復(fù)位電路 單片機(jī)的置位和復(fù)位，都是為了把電路初始化到一個(gè)確定的狀態(tài)，一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)復(fù)位電路作用是把一個(gè)例如把工作中的單片機(jī)初始化 到空狀態(tài)，而在單片機(jī)內(nèi)部，復(fù)位的時(shí)候單片機(jī)是把一些寄存器以及 存儲(chǔ)設(shè)備 裝入廠商預(yù)設(shè)的一個(gè)值。本系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位功能。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。高級(jí)的精度更高。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。如果不 同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 36 振蕩電路 位置式傳感器的工作特點(diǎn) 噴油泵電控的整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)控制由位移傳感器來(lái)監(jiān)視，并反饋到電子控制單元進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控位移傳感器的測(cè)量精度，反應(yīng)速度，輸出噪聲，工作穩(wěn)定性等指標(biāo)直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的控制精度及控制的品質(zhì)因數(shù)，所以要慎重應(yīng)用。 圖 37 為傳感器的內(nèi)部引線示意圖， 該傳感器外部有 3 條引線， 一條 為電感不變端引線， 另一條 為電感隨齒條位置變化的可變端引線， 第三條 為兩組線圈 A，B 的公共端引線。其中傳感器鐵心為原線圈，短路環(huán)為副線圈。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 dtidLmdtdiLLRidtidLmdtdiLdtdiLiu msms 11111111111 )( ?????????? (31) 短路環(huán)的運(yùn)動(dòng)，互感系數(shù) M 發(fā)生改變，所以可以用 M 的變化，即電感的變化表示唯一的變化 [11]。檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)思想是為了檢測(cè)噴油泵內(nèi)齒條位置變 化，傳感器采用了非接觸形式的測(cè)量，利用電感的變化來(lái)測(cè)量齒條位移的改變， 為了提高檢測(cè)的靈敏度，減小一次儀表的輸出噪聲。系統(tǒng)采用方波激勵(lì)，當(dāng)齒 條位置發(fā)生變化時(shí)，先對(duì)方波激勵(lì)與輸出進(jìn)行分析。先對(duì)高電平處進(jìn)行分析，即可看作是階躍電壓 U，由于是方波，所以 210 ttt ?? 。由于電感中電流不能突變，電流從零開(kāi)始逐漸增長(zhǎng)，電壓 aU 開(kāi)始逐漸減小，趨近于零，而電阻兩端的電壓變化正好相反。 由式 310， 311 可得 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 BssBAsSABA UU UUU U ????? lnln ???? 傳感器激勵(lì)電路設(shè)計(jì) 激勵(lì)信號(hào)采用方波 ，有 555 定時(shí)芯片實(shí)現(xiàn)，所設(shè)計(jì)的傳感器激勵(lì)電路圖 39所示。 圖 39 傳感器激勵(lì)電路 AD 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)換電路如 圖 310 所示。我們通過(guò)多次采集分析，達(dá)到對(duì)控制精度的要求。 在本系統(tǒng)中， PWM 波的產(chǎn)生式利用單片機(jī)的定時(shí)器，通過(guò)哦軟件編程實(shí)現(xiàn)的，采用軟件定時(shí)器模擬輸出 PWM 波，頻率可以通過(guò)程序并根據(jù)工作過(guò)程的實(shí)際情況改變，用以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中不同的機(jī)械特性。用手觸摸穩(wěn)定后的齒條，可以感到輕微震顫，起到了克服靜摩擦的作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn) 口輸出的 PWM 波的頻率變化范圍在 150Hz250Hz 之間，若頻率過(guò)高，雖然動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，脈動(dòng) 小 ，但分辨率低；若頻率過(guò)低，則輸出平穩(wěn)性差，動(dòng)態(tài)特性不好，所以選定在該范圍內(nèi)?，F(xiàn)在應(yīng)用到鐵路、交通、國(guó)防、工程、工業(yè)機(jī)械、紡織、農(nóng)用機(jī)械、數(shù)控、醫(yī)療器械、機(jī)器人、樓宇自控、安防等方面。 圖 312 CAN 總線通信模塊 CAN 總線接收來(lái)自上位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析組態(tài)然后下傳給下位機(jī)的控制電路實(shí)現(xiàn) 控制功能，當(dāng) CAN 總線接口接收到下位機(jī)的上傳數(shù)據(jù)，控制器就產(chǎn)生一個(gè)中斷，引發(fā)微處理器產(chǎn)生中斷，通過(guò)中斷處理程序接收每一幀信息并通過(guò) CAN總線上傳給上位機(jī)進(jìn)行分析。其總體框圖如圖 313 所示 。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 313 CAN 總線框圖 電源模塊設(shè)計(jì) 單片機(jī)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。用隔離變壓器將 220V交流電降到12V交流電壓，然后經(jīng)過(guò)整流之后交流點(diǎn)變成了直流電，再經(jīng)過(guò)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 314 電源驅(qū)動(dòng)電路 第四章 系統(tǒng)流程圖及軟件設(shè)計(jì) 采油機(jī)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。 PID 控制算法簡(jiǎn)單，運(yùn)算量少，具有較強(qiáng)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 41 柴油機(jī)位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)的流程框圖 如圖 42 所示。 圖 42 系統(tǒng)程序流程圖 錯(cuò)誤 !未找到引用源。也就是說(shuō)報(bào)文不是按照地址從一個(gè)節(jié)點(diǎn)送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。所有節(jié)點(diǎn)都 會(huì)接收到總線上傳送的報(bào)文，并在正確接收后發(fā)出應(yīng)答確認(rèn)。 基于報(bào)文的這種協(xié)議另外設(shè)一個(gè)好處是新的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)方便地加入到現(xiàn)有的系統(tǒng)中，而不需要對(duì)多有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新編程以便它們能識(shí)別這一新的節(jié)點(diǎn)。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 圖 43 CAN總線流程圖 PID 控制系統(tǒng) 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中許多被控對(duì)象受負(fù)荷 變化或干擾因素的影響，其對(duì)象特性參數(shù)或結(jié)構(gòu)易發(fā)生改變。控制具有原理比較簡(jiǎn)單明確、便于實(shí)施、適應(yīng)性和魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，是目前商品化程度最高的控制方式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字 PID 控制規(guī)把 PID 控制規(guī)律數(shù)字化，由軟件實(shí)現(xiàn)，控制參數(shù)易于調(diào)整，而且可以進(jìn)一步與計(jì)算機(jī)的邏輯判斷功能結(jié)合起來(lái)， 使 PID 控制更加靈活多樣 [15]。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 離散的位置式 PID表達(dá)式為 ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ?10 ????? ?? kekeTTjeTTkeKku Dkjip （ 41） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?101 ????? ?? kekeKjeKkeKku Dkjp （ 42） 式中 k采樣序號(hào)， k=0， 1， 2， 3?? ； ____)(ku 第 k次采樣時(shí)刻的輸出值； ____)(ke 第 k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； ____)1( ?ke 第 k1次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； ____T 采樣周期； ____1T 積分時(shí)間常數(shù)； ____DT 微分時(shí)間常數(shù)； ____iK 積分常數(shù)； ____DK 微分常數(shù)。因而， 本論文 采用了增量式 PID 控制算法，算式如下 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?2111 10 ???????? ??? kekeKjeKkKku Dkjip (43) 式中 ? ? ? ? ? ?1???? kukuku (44) 用式 42 減式 43，可得增量式 PID 控制算法 ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ?1 2121 ???????? ?????????? kekeKkeKkeK kekekeKkeKkekeKkuDipDip (45) 式中 ? ? ? ? ? ?1???? kekeke 將上式進(jìn)一步改寫(xiě)為 ? ? ? ? ? ? ? ?21 210 ?????? kqkeqkeqku (46) 式中 ?????? ??? TTTTKq Dip10 ?????? ?? TTKq Dp 211 TTKq Dp?2 (47) 它們都是與采樣周期、比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)有關(guān)的系數(shù)。只要使用前后三次采集量值的偏差，即可得出控制增量。對(duì)應(yīng)齒條實(shí)際位移的控制量，控制增量 )()(0 jukukj ??? ?的積累需要采用一定的方法來(lái)解決。 ，由于輸出通道和執(zhí)行器裝置具有信號(hào)的鎖存作用，故仍能保持原值?？刂圃隽?)(ku? 的確定僅與最近 k 采樣值有關(guān)，所以較容易通過(guò)加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果 [17]。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 圖 45 PID 流程圖 PID 控制參數(shù)整定 PID 控制器主要參數(shù)是 pK 、 iK 、 DK 和采樣周期 T。由于電磁執(zhí)行器推動(dòng)噴油泵齒條運(yùn)動(dòng)在各個(gè)階段差異較大，非線性嚴(yán)重，采用一組參數(shù)控制整個(gè)齒條位移過(guò)程，控制效果不能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求。 各段參數(shù)采用試湊法調(diào)整，應(yīng)用公式 （ 6） 進(jìn)行增量式控制，所以在試驗(yàn)中針對(duì) 0q 、 1q 、 2q 進(jìn)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(cè)得 0q 、 1q 、 2q 后，可可根據(jù)公式 （ 7） 計(jì)算出 pK 、 iK 、 DK參數(shù)值。 表 46 PID 參數(shù)查詢表 參數(shù) 分段 0q 1q 2q 0～ 1 1～ 2 2～ 3 3～ 4 4～ 5 5～ 6 6～ 7 7～ 8 8～ 9 9～ 10 10～ 11 11～ 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。 總 結(jié) 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 本系統(tǒng)采用我們比較熟悉的 89C51 單片機(jī)作為控制的核心，采用電感傳感器作為反饋信號(hào)和信號(hào)的采集，使用光耦驅(qū)動(dòng)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(qiáng)了，工作穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效果好。 采用位移傳感器信號(hào)激勵(lì)電路和 AD 轉(zhuǎn)換電路，使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴油控制系統(tǒng)反饋的位移信號(hào)準(zhǔn)確度高，為整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)控制提供了有效的偏移量，通過(guò) 仿真 實(shí)驗(yàn) 證明 該電路工作穩(wěn)定、可靠。對(duì)已知的定常性受控對(duì)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(duì)象輸出在期望值上。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果不能完全保證可靠性。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(lì)了我 。我還要感謝在一起愉快的度過(guò)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(gè)又一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完