【正文】 移傳感器具有無滑動觸點，工作時不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長壽命，可使用在各種惡劣條件下，位移傳感器主要應用在自動化裝備生產(chǎn)線對模擬量的智能控制。該產(chǎn)品主要應用于要求測量精度使用環(huán)境較惡劣的位移和液位測量系統(tǒng)中。它的輸出信號是一個真正的絕對位置輸出，而不是比例的或需要再放大處理的信號，所以不存在信號漂移或變值的情況，因此不必像其它液位傳感器一樣需要定期重標和維護。它可廣泛的應用于石化工、制藥、食品、飲料等行業(yè)，對各種液罐的液位進行計量和控制。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為原理的非接觸式位移傳感器。當被側(cè)金屬的表面靠近該線圈時，由于高頻電磁場的作用，在金屬表面產(chǎn)生感應電流，即電渦流。所以探頭與被測金屬表面距離的變化可通過探頭線圈阻抗的變化來測量。目前。有關專家指出，傳感器領域的主要技術將在現(xiàn)有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。 由于BOSCH直列式噴油泵6DE2柴油機內(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。圖 31 柴油機位置控制系統(tǒng)結(jié)構圖 控制系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構本系統(tǒng)以BOSCH直列式噴油泵6DE2柴油機為對象，噴油泵噴油量的大小通過噴油泵齒條位移運動來實現(xiàn)的。噴油泵體的上不是吸油腔，吸油腔通過2個小進油孔與壓油腔相連。位于柱塞之上的壓油腔經(jīng)柱塞上的垂直槽與吸油腔相通，于是供油終點以及所供的油量隨著油泵柱塞的移動而產(chǎn)生變化。噴油泵內(nèi)柱塞的旋轉(zhuǎn)是通過齒條的位移實現(xiàn)的。從提高執(zhí)行器動態(tài)響應、驅(qū)動電路功率控制器件的工作模式、熱負載功耗、電路成本、工作可靠性等多方面考慮，實際工作中采用的線圈電流激勵方式為PWM形式，工作時通過改變驅(qū)動電流的脈寬周期、占空比即可達到控制噴油泵齒條位移的目的。齒條位移通過軟件輸出PWM波驅(qū)動實現(xiàn)，系統(tǒng)中單片機采用ATMEL公司的AT89C51,其內(nèi)部集成有CAN總線控制功能，能夠收集整車的CAN總線控制[9] [D].浙江大學，2011。ATMEL公司的8位單片機是國際主流機型之一，具有功能齊全、可靠性高、品種多、性能價格比高的特點，在家電、儀器儀表及職能控制領域得到了廣泛應用。圖 34 單片機最小系統(tǒng) 復位電路單片機的置位和復位，都是為了把電路初始化到一個確定的狀態(tài)，一般來說，單片機復位電路作用是把一個例如把工作中的單片機初始化到空狀態(tài)，而在單片機內(nèi)部，復位的時候單片機是把一些寄存器以及存儲設備裝入廠商預設的一個值。本系統(tǒng)采用上電復位方式實現(xiàn)單片機復位功能。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(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。高級的精度更高。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。圖 36 振蕩電路 位置式傳感器的工作特點噴油泵電控的整個閉環(huán)系統(tǒng)控制由位移傳感器來監(jiān)視，并反饋到電子控制單元進行實時調(diào)控位移傳感器的測量精度，反應速度，輸出噪聲，工作穩(wěn)定性等指標直接決定了整個系統(tǒng)的控制精度及控制的品質(zhì)因數(shù)，所以要慎重應用。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。 (31)短路環(huán)的運動，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] [M].浙江:浙江科學技術出版，2009。檢測電路的設計思想是為了檢測噴油泵內(nèi)齒條位置變化，傳感器采用了非接觸形式的測量，利用電感的變化來測量齒條位移的改變，為了提高檢測的靈敏度，減小一次儀表的輸出噪聲。系統(tǒng)采用方波激勵，當齒條位置發(fā)生變化時，先對方波激勵與輸出進行分析。先對高電平處進行分析，即可看作是階躍電壓U，由于是方波，所以。由于電感中電流不能突變，電流從零開始逐漸增長，電壓開始逐漸減小，趨近于零，而電阻兩端的電壓變化正好相反。由式310，311可得 傳感器激勵電路設計激勵信號采用方波，有555定時芯片實現(xiàn)，所設計的傳感器激勵電路圖39所示。圖 39 傳感器激勵電路 AD轉(zhuǎn)換電路設計轉(zhuǎn)換電路如圖310所示。我們通過多次采集分析，達到對控制精度的要求。在本系統(tǒng)中，PWM波的產(chǎn)生式利用單片機的定時器，通過哦軟件編程實現(xiàn)的，采用軟件定時器模擬輸出PWM波，頻率可以通過程序并根據(jù)工作過程的實際情況改變，用以滿足發(fā)動機在工作過程中不同的機械特性。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。若頻率過高，雖然動態(tài)響應好，脈動小，但分辨率低；若頻率過低，則輸出平穩(wěn)性差，動態(tài)特性不好，所以選定在該范圍內(nèi)?，F(xiàn)在應用到鐵路、交通、國防、工程、工業(yè)機械、紡織、農(nóng)用機械、數(shù)控、醫(yī)療器械、機器人、樓宇自控、安防等方面。圖 312 CAN總線通信模塊CAN總線接收來自上位機的數(shù)據(jù)進行分析組態(tài)然后下傳給下位機的控制電路實現(xiàn)控制功能，當CAN總線接口接收到下位機的上傳數(shù)據(jù)，控制器就產(chǎn)生一個中斷，引發(fā)微處理器產(chǎn)生中斷，通過中斷處理程序接收每一幀信息并通過CAN總線上傳給上位機進行分析。其總體框圖如圖313所示。設計中控制系統(tǒng)的多數(shù)供電電源采用在整流電路輸出端串聯(lián)三端集成穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓供電模式。電路圖如圖314所示。在噴油泵實際工作時，齒條位置的控制存在不確定因素，具有非線性和時變性的特點，此時就可以采用PID調(diào)節(jié)器。 圖 41 柴油機位置控制系統(tǒng)結(jié)構圖 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)的流程框圖如圖42所示。也就是說報文不是按照地址從一個節(jié)點送到另一個節(jié)點。所有節(jié)點都會接收到總線上傳送的報文，并在正確接收后發(fā)出應答確認?；趫笪牡倪@種協(xié)議另外設一個好處是新的節(jié)點可以隨時方便地加入到現(xiàn)有的系統(tǒng)中，而不需要對多有節(jié)點進行重新編程以便它們能識別這一新的節(jié)點。圖 43 CAN總線流程圖 PID控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中許多被控對象受負荷變化或干擾因素的影響，其對象特性參數(shù)或結(jié)構易發(fā)生改變?？刂凭哂性肀容^簡單明確、便于實施、適應性和魯棒性強的優(yōu)點，在柴油機電控噴油系統(tǒng)中得到廣泛應用，是目前商品化程度最高的控制方式。隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)字PID控制規(guī)把PID控制規(guī)律數(shù)字化，由軟件實現(xiàn)，控制參數(shù)易于調(diào)整，而且可以進一步與計算機的邏輯判斷功能結(jié)合起來，使PID控制更加靈活多樣[15] Koivo H N，Tanttu J of PID controllers:survey of SISO and MIMO techniques[A].Aingapore，1991。圖 44 PID調(diào)節(jié)器框圖 齒條位移閉環(huán)增量式PID控制柴油機噴油泵的電磁執(zhí)行器在實際的工作中具有非線性和時變性，重復性差，數(shù)學模型不確定，所以在控制過程中進行了大量的實驗，鑒于PID控制算法簡單，運算量少，具有較強的魯棒性以及較高的控制精度，特別是穩(wěn)態(tài)精度高等特點，本系統(tǒng)采用數(shù)字增量式PID控制，在柴油機噴油泵齒條位置計算控制系統(tǒng)中，使用的是增量式數(shù)字PID控制器[16] 李慧，李文學，[J]，內(nèi)燃機學報，2003年第四學期。這種算法的缺點是：由于全量輸出，所以每次輸出均與過去的狀態(tài)有關，計算時要對e(k)進行累加，不僅占用較多的存儲單元，而且計算機運算工作量大，不便于編寫程序，而且，因為計算機輸出的u(k)對應的是執(zhí)行機構的實際位置，如計算機出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化，回引起執(zhí)行機構位置的大幅度變化，這種情況在柴油機汽車實際運行過程中不是不允許的，并且可能造成重大事故。由于ECU單元用恒定采樣周期（T=10ms），一旦確定了、。采用增量式算法，電控單元輸出的控制增量對應的是電磁執(zhí)行器位移（即齒條位移）的增量。，所以誤動作時影響小，必要時可用邏輯判斷的方法去掉。 PID流程圖PID流程圖如圖45所示?，F(xiàn)在系統(tǒng)的主要任務是選取合適的PID控制器參數(shù)使整個系統(tǒng)具有滿意的動態(tài)特性，并滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求。經(jīng)過大量實驗，本系統(tǒng)采用分段PID控制，即1mm一段，在每段采用不同的PID控制參數(shù)。列出了分段PID參數(shù)的各段修正值[18] 李振，[J].國外電子測量技術，2005[19] [M].北京:電子工業(yè)出版社，2009[20] [M].西安:西安電子科技大學出版社，[21] 陸明珠,劉軍海,[J].傳感器世界，2012,(08):3637[22] [M].北京:機械工業(yè)出版社，2007[23] [M].機械工業(yè)出版社，2007[24] 王祁,—智能傳感器和多功能傳感器[J].傳感器技術，2010,17(01):5658[25] [M].北京:電子工業(yè)出版社，2006[26] [M].北京:清華大學出版社，2010[27] [:清華大學出版社，2007[28] Chen J,Rine D fuzzy logic controller software ponents bining adaptational gorithms[J].Advances in Engineering Software，2012,34:125137[29] [J]，2005[30] [M].北京:北京航空航天大學出版社,2007[31] [M].西安:西安電子科技大學出版社，2001[32] 劉慶國，[M]，北京:冶金工業(yè)出版社，2008。對已知的定常性受控對象，只要確定好相應的參數(shù)，便可以很好的發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用，使控制對象輸出在期望值上。系統(tǒng)的控制算法采用了分段PID控制，PID控制算法簡單，運算量少，具有將強的魯棒性。常規(guī)PID調(diào)節(jié)器是一種應用十分廣泛而且成熟的工程控制方法?；跁r間，材料，成本，復雜度的考慮，論文中只設計了簡單情況，更多電子設備的控制與故障狀態(tài)有待研究。致 謝本論文是在我的導師李老師的親切關懷和悉心指導下完成的。李老師不僅在學習上給我們以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，在此謹向李老師以誠摯的謝意和崇高的敬意。從開始進入課題到論文的順利完成，我深愛的電氣學院有多少可敬的老師、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意?。?！最后，再次對關心、幫助我的各位老師和同學表示衷心的感謝?。?！2015年6月3日參 考 文 獻33