基于aduc812单片机和CAN总线的液压挖掘机泵控系统实现

中文摘要:

   在挖掘机实验平台上使用单片机aduc812和工控机PC104,通过CAN总线连接,在PC104E和aduc812之间进行数据的通信,从而构建了一个分布式控制系统。在该系统上采取一些现代控制算法,使泵的排量根据工作状况实时的改变。通过CAN总线的通信,可以在上位机上实时观测到挖掘机的工作状况,同时根据实际工况做出合理的调整。实验结果表明,通过这样的控制策略和算法,可以大大降低泵功率的损耗。

英文摘要：

  According to some researches , the loss of energy in excavator mostly consists in such facts as following : throttling ,flooding , friction and inappropriate matching of power , ect. In this paper ,a distributed control system(DCS) , which is used to reduce the loss of energy , is built , using microprocessor PC104 as the senior controller and siglechip ADuC812 as the inferior controller. The senior controller sends the control parameters and plan orders to inferior controller , while the inferior controller re2 ceives the parameters and orders from the senior controller , collects the signs of pressure and flux from the sensors , and exports the control flow of voltage according some algorithms ,such as Invariable power and Negative power. Based on this DCS platform , the flux of pump could be adjusted according to the the environment. The result of experiments indicated the DCS can reduce the loss of energy greatly

1 　前　言
     挖掘机液压系统可以描述为泵—阀—执行机构 的简单模型,充分利用泵的功率,使泵的排量与负载 达到合理地匹配,可以大大提高挖掘机的效率。随 着人们环保意识的提高,对工程机械在降低燃料消 耗和减少排放的要求进步提高,因此,对泵进行合理 的控制,有着重要的经济意义和环保意义。目前,世 界上许多著名的工程机械和液压件生产厂商相继开 发出了一系列的控制技术,以提高挖掘机的系统效 率,如全功率和分功率控制、交叉功率传感控制、压 力切断控制、正流量控制等。本文将基于ADuC812 单片机和CAN 总线技术对泵进行恒功率和负流量2 种控制,在此基础上可以开发具有更多控制方法的 复合控制
2 　泵控系统原理
     2. 1 　泵控系统模式 随着计算机技术和通信技术的发展,为工程机 械的数字化提供了可能。本文基于ADuC812 单片 机和CAN 总线技术,对泵进行了两级控制,上位机 使用PC104 (一种技术成熟,性能可靠的工业控制计 算机) 对泵进行工作模式控制,协调泵与挖掘机其他 工作装置间的信息交换,并对泵的工作状况进行监 控,因此上位机除了要给下位机(单片机) 传送控制 参数外,还要为操作人员提供友好的界面,以便实时 得到泵的当前工作状态信息。下位机为ADuC812 单片机,它一方面接受上位机传送来的控制参数,采 集必要的模拟量,然后根据指定的工作模式(恒功率 控制或者负流量控制,或者两种方法复合控制) ,计 算出泵的排量,并用此排量值去驱动液压系统泵阀 的阀芯位移,另一方面下位机还要定时向上位机发 送采集到的工作状态信息。 上位机和下位机之间的信息通过CAN 总线通 信,CAN 总线的数据传输速度可以达到1MB/ s ,可以 满足对泵的实时控制要求。 在上位机PC104 中,采用了Windows98 操作系 统,监控界面采用VC 编写。由于Windows 操作系统 不是实时操作系统,而对泵的控制要求比较的实时 性,因此,利用了Windows 提供的虚拟设备驱动程序 开发手段,直接对硬件资源进行操作。设计时采用 动态加载方式装入VXD ,由VC 人机界面启动和关 闭VXD 程序。启动后,VXD 工作于操作系统核心模 式下,而VC 人机界面工作于用户模式,因此数据通 过VC 函数Device Io Control ( struct) 与VXD 进行通 信。VXD 驱动上位机的CAN 总线的芯片即CAN 卡,遵循CAN 通信协议与下位机的CAN 卡进行通 信。节点框图如图4 所示
基于aduc812单片机和CAN总线的PID控制电路原理图