基于DSP的攤鋪機行駛控制系統(tǒng)設(shè)計

王江濤+武寶寶

摘要：鑒于攤鋪機作業(yè)時低速有穩(wěn)定性方面的要求，提出了一種基于DSP TMS320LF2407A的攤鋪機數(shù)字行駛控制系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)方案。為了實現(xiàn)上述攤鋪機低速穩(wěn)定性的控制，其速度閉環(huán)控制系統(tǒng)采用了模糊PID的控制策略。在實際系統(tǒng)應(yīng)用中，證實了該控制系統(tǒng)的可行性和合理性。

關(guān)鍵詞：攤鋪機 行駛系統(tǒng) DSP TMS320LF2407A 模糊PID

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0002-01

1 引言

瀝青混凝土攤鋪機是用于鋪筑瀝青混凝土路面的專用機械。瀝青混凝土攤鋪機作為非牽引式機械，低速行駛性能直接影響其路面的、平整度、密實度。近幾年來，行駛控制系統(tǒng)多采用8位或16位傳統(tǒng)單片機作為控制核心，或者開發(fā)一些專用的控制器。以便對其行駛狀態(tài)的監(jiān)測控制。但是統(tǒng)單片機運算速度低、接口線路等多問題，國內(nèi)一些廠家產(chǎn)的攤鋪機大多采用國外進口的控制器，價格高，適應(yīng)性差。因此，基于DSP芯片開發(fā)數(shù)字式攤鋪機行駛控制系統(tǒng)是十分必要的。

2 攤鋪機行駛系統(tǒng)控制需求

為了保證攤鋪機作業(yè)的效率，攤鋪機行駛控制系統(tǒng)必須滿足以下要求：（1）具備兩種工作模式：作業(yè)模式和轉(zhuǎn)場模式。（2）不論出于哪一種模式下，要求行使速度可以小范圍內(nèi)的無機調(diào)速。（3）兩側(cè)的履帶可以設(shè)定不的速度，方便轉(zhuǎn)向。（4）轉(zhuǎn)場模式下，能夠以較快的速度前進，方便快捷的轉(zhuǎn)向。（5）具有良好的停車制動性。（6）松開剎車后攤鋪機可以快速的相應(yīng)。

3 控制器CPU的選型

通常，定點DSP芯片價格低廉，功耗小，缺點是處理速度慢。浮點DSP 芯片的好處在于是運算精度高，支持多種語言的調(diào)試，尤其是C，缺點價格昂貴，功耗大。通過以上的對比分析，結(jié)合攤鋪機自己在使用過程中的要求，本系統(tǒng)采用DSP TMS320LF2407A芯片作為控制器的CPU。不僅保證對攤鋪機的行駛速度的精確性，而且大大的增加了系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能。

4 行駛控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

行駛系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括以下幾個模塊。

輸入模塊、自檢模塊、反饋模塊、速度調(diào)節(jié)模塊。

4.1 輸入模塊

（1）狀態(tài)開關(guān)按鍵：包括行駛、怠速、攤鋪檔位開關(guān)、左或者右原地轉(zhuǎn)向、速度設(shè)定和轉(zhuǎn)向設(shè)定互鎖。攤鋪機的工作狀態(tài)由以上的幾個鍵來調(diào)節(jié)。（2）電位器：是用來設(shè)定攤鋪機工作速度及轉(zhuǎn)場速度的，也可以將它用作對PWM進行微調(diào)時的標(biāo)準(zhǔn)。（3）緊急制動：當(dāng)攤鋪機工作時遇到緊急情況時，駕駛員可以按這個按鈕，將攤鋪機停下來。當(dāng)系統(tǒng)檢測到某個致命性故障發(fā)生時，使攤鋪機快速停下來。

4.2 系統(tǒng)自檢模塊

系統(tǒng)通過反饋信號對自身的狀態(tài)進行檢測盒修正，根據(jù)故障的不同程度，將錯誤問題分別反饋，并發(fā)出警告或者命令攤鋪機強行停止工作，以此來防止意外事故的發(fā)生。

4.3 系統(tǒng)反饋模塊

本系統(tǒng)采用霍爾傳感器將馬達(dá)的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)化成脈沖信號。為了保證相應(yīng)的快速性與實時性，本文應(yīng)用CPU的脈寬撲捉對傳感器輸入的脈沖信號的上升沿進行捕獲，經(jīng)過幾次連續(xù)的捕獲，將所測得的脈寬進行平均濾波處理后即可得出脈沖信號的頻率，從而得到馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。

4.4 速度調(diào)節(jié)和

系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制（PWM）方式控制比例電磁閥，通過改變PWM信號的占空比來改變比例電磁閥的電流大小，用于系統(tǒng)的控制。攤鋪機在使用的過程中，將所設(shè)定攤鋪速度與馬達(dá)輸出軸端的霍爾傳感器采集來的速度信號比較分析，經(jīng)過相應(yīng)的比較算法以保證攤鋪機工作速度的穩(wěn)定性。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計

通常一個系統(tǒng)的相應(yīng)需要一段時間，因此對于速度采集的時間有嚴(yán)格的要求，并需要等到攤鋪機的工作系統(tǒng)響應(yīng)后，方可對馬達(dá)的轉(zhuǎn)速進行檢測，這樣保證了測量的實時性。通常采用PID控制方法實現(xiàn)上述的功能。因為攤鋪機在攤鋪的過程中負(fù)載的世事變化導(dǎo)致系統(tǒng)的參數(shù)也跟著變化，所以要求軟件系統(tǒng)能夠進行小范圍的自我修正。模糊控制具有不依賴于精確的控制目標(biāo)的特性，本系統(tǒng)采用了把模糊控制與PID控制結(jié)合起來，通過有效的調(diào)節(jié)參數(shù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)對控制系統(tǒng)的要求，有一定的穩(wěn)定性。

6 作業(yè)試驗

樣車的選擇：WTD7500將控制器裝于實驗機型上，對控制器的功能機攤鋪機作業(yè)轉(zhuǎn)場兩種工況下試驗。由于條件限制，功能實驗在泥混凝土路面上進行（非作業(yè)工況下），對其進行了直線行駛、前進、后退、原地轉(zhuǎn)向、啟動、行駛、停機等試驗，結(jié)果證明該控制器可以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計目的。由于施工條件限制，作業(yè)速度特性實驗在攤鋪瀝青混合料，攤鋪厚度6cm，攤鋪寬度3.6m的情況下，只作了3m/min和6m/min作業(yè)工況下的實驗，其它在空載下完成?？梢钥闯?，控制器能夠滿足使用的要求，且采用模糊PID控制精度高，實時性好。

7 結(jié)語

（1）提出了攤鋪機行駛系統(tǒng)的控制方案，對起、停、剎車等功能進行驗證。（2）選用的TMS320LF2407A控制器芯片，具有較高的控制精度，結(jié)合模糊PID智能控制算法。結(jié)合液壓系統(tǒng)方便控制的有點，降低了控制成本，實現(xiàn)了理想的控制目標(biāo)。（3）攤鋪機作業(yè)速度對于攤鋪機的作業(yè)質(zhì)量有著決定性的影響，本文提出的系統(tǒng)采用模糊PID參數(shù)自整定的控制算法，很好的解決了外部干擾對攤鋪機速度的影響，對攤鋪機的作業(yè)速度實現(xiàn)了精確的控制。

參考文獻

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