基于控制器的叉車(chē)電氣控制系統(tǒng)

樓東旭

摘 要：本文針對(duì)控制器控制原理、輸入和輸出關(guān)系等內(nèi)容展開(kāi)分析，通過(guò)研究?jī)?nèi)燃叉車(chē)電氣控制系統(tǒng)在硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，其目的在于細(xì)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，提升叉車(chē)電氣控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的安全性。

關(guān)鍵詞：控制器;內(nèi)燃叉車(chē);電氣控制系統(tǒng)

從目前叉車(chē)生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展情況來(lái)看，內(nèi)燃叉車(chē)屬于非常重要的組成部分，而行業(yè)對(duì)叉車(chē)的安全要求也在不斷提升。進(jìn)行內(nèi)燃叉車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)，電氣控制系統(tǒng)屬于核心組成部分，結(jié)合控制器應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅可以?xún)?yōu)化系統(tǒng)工作性能，而且對(duì)于提升問(wèn)題發(fā)現(xiàn)及時(shí)性也有著積極地意義。

1控制器相關(guān)內(nèi)容概述

1.1模糊控制概述

模糊控制（FC）是一種基于語(yǔ)言規(guī)則、模糊推理的高級(jí)控制技術(shù)。模糊控制包括模糊化處理、模糊推理和解模糊化三個(gè)環(huán)節(jié)。模糊化是將模糊控制器輸入量的確定值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模糊語(yǔ)言變量值的過(guò)程，此相應(yīng)語(yǔ)言變量值均由對(duì)應(yīng)的隸屬度來(lái)定義。由已知的規(guī)則庫(kù)和輸入變量為依據(jù)，基于模糊變換推出新的模糊命題作為結(jié)論的過(guò)程叫做模糊推理。清晰化是將經(jīng)過(guò)模糊推理后得到的模糊集，轉(zhuǎn)換為用作控制的數(shù)字值的過(guò)程。

1.2輸入和輸出關(guān)系分析

為了提升控制器的應(yīng)用效果，在具體應(yīng)用中，需要對(duì)結(jié)構(gòu)輸入與輸出關(guān)系展開(kāi)細(xì)化分析，在實(shí)際應(yīng)用中可以采用 MATLAB 的 Fuzzy Control Tool Box 來(lái)考察模糊控制器的輸入輸出關(guān)系。在應(yīng)用中需要建立包含加速度誤差量 e、加速度誤差變化量 ec兩個(gè)輸入量以及一個(gè)輸出量 PWM 偏移量 u 的模糊控制系統(tǒng)，然后完成對(duì)輸入量加速度誤差量 e、加速度誤差變化量 ec 以及輸出量 PWM 偏移量 u 的模糊化處理，以提升關(guān)系評(píng)估的合理性。

2內(nèi)燃叉車(chē)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1硬件系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

2.1.1最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要注重最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，基于以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在具體應(yīng)用中，應(yīng)注意以下內(nèi)容：（1）時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)，考慮到結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)安裝片內(nèi)振蕩器，因此會(huì)使用EXTAL來(lái)完成輸入頻率調(diào)整，搭配石英晶振，組成穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)鐘電路。（2）BDM接口電路，一般都會(huì)利用BDM調(diào)試工具來(lái)完成程序運(yùn)行調(diào)試，具體連接電路需按要求進(jìn)行布設(shè)。（3）為了滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行期間的抗干擾性能，也需要在單片機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的電源正極和接地端，選擇合適的電容對(duì)其進(jìn)行布置，從而起到去除電源干擾信號(hào)的作用。

2.1.2檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

在具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，也需要做好檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)工作，這也是確保系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)條件。內(nèi)燃叉車(chē)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，其內(nèi)部電壓會(huì)處于不斷變化的狀態(tài)，這樣也會(huì)直接影響到控制系統(tǒng)的運(yùn)行精度，對(duì)此需設(shè)置合理的控制檢測(cè)電路，輔助檢測(cè)工作的有序推進(jìn)。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，檢測(cè)所獲取到的電源電壓一般都會(huì)在0-36V之間波動(dòng)，因此在叉車(chē)檢測(cè)時(shí)，會(huì)對(duì)測(cè)量電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，隨后接入到0-5V電壓表中進(jìn)行測(cè)量。如果獲取的檢測(cè)結(jié)果處于偏高或偏低的狀態(tài)，也需要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，從而將偏差控在合理范圍內(nèi)。

2.1.3調(diào)理電路設(shè)計(jì)

進(jìn)行調(diào)理電路設(shè)計(jì)時(shí)，需注意以下設(shè)計(jì)內(nèi)容：第一，開(kāi)關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)，通常情況下，會(huì)利用阻容低通濾波器來(lái)抵消系統(tǒng)運(yùn)行期間的脈沖干擾信號(hào);利用光電稱(chēng)合來(lái)確保信號(hào)傳遞過(guò)程的單向性，有效提升單個(gè)電路的獨(dú)立性，避免干擾信號(hào)所造成的負(fù)面影響;借助施密特觸發(fā)器來(lái)調(diào)整輸入信號(hào)格式，以便于后續(xù)信號(hào)的應(yīng)用處理。第二，模擬量信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)，一般情況下在系統(tǒng)運(yùn)行期間所使用到的模擬量信號(hào)包括電壓與電流信號(hào)，在對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)，多使用壓力傳感器來(lái)完成信號(hào)采集，從而提升信號(hào)采集結(jié)果的準(zhǔn)確性，也為程序的有效、精確輸出奠定基礎(chǔ)。

2.1.4執(zhí)行電路設(shè)計(jì)

進(jìn)行執(zhí)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行器件進(jìn)行合理選擇，在具體應(yīng)用中，其內(nèi)容包括了控制閥門(mén)、電磁離合器等內(nèi)容，而且為了維持內(nèi)燃式叉車(chē)工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，目前多使用智能低邊開(kāi)關(guān)來(lái)完成執(zhí)行器件運(yùn)行過(guò)程的控制工作。同時(shí)搭配著SPI通信接口來(lái)完成整個(gè)電路系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的控制。基于以往的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，智能低邊開(kāi)關(guān)在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，能夠?qū)ο到y(tǒng)超載過(guò)程、過(guò)熱情況、電壓應(yīng)用狀態(tài)進(jìn)行全面保護(hù)，在電磁線(xiàn)圈負(fù)載控制上有著良好的應(yīng)用。

2.1.5通訊接口設(shè)計(jì)

進(jìn)行通訊接口設(shè)計(jì)時(shí)，需注意以下設(shè)計(jì)內(nèi)容：第一，CAN總線(xiàn)通訊接口設(shè)計(jì)，通常情況下，會(huì)利用MACAN模塊來(lái)完成總線(xiàn)運(yùn)行過(guò)程的控制工作，隨后借助發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)來(lái)完成數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)交互，這樣也可以確保引腳功能應(yīng)用過(guò)程的穩(wěn)定性，提高通訊過(guò)程的有序性。第二，SPI通訊接口設(shè)計(jì)，一般情況下在系統(tǒng)運(yùn)行期間所使用到的通訊總線(xiàn)，會(huì)在各個(gè)時(shí)刻布設(shè)單一主機(jī)和多個(gè)從機(jī)，而且在主機(jī)應(yīng)用模式下，也會(huì)做好不同結(jié)構(gòu)部位的標(biāo)識(shí)處理，從而提升信號(hào)處理結(jié)果的準(zhǔn)確性，也為后續(xù)作業(yè)活動(dòng)的有序進(jìn)行奠定基礎(chǔ)[1]。

2.2軟件系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

2.2.1信號(hào)釆集模塊

在信號(hào)采集模塊的設(shè)計(jì)中，包含了以下幾方面：第一，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，在應(yīng)用過(guò)程中，為了提升系統(tǒng)轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性，會(huì)在現(xiàn)有硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加軟件濾波系統(tǒng)，可以對(duì)同一通道中的傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采樣，隨后對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行平均值求解處理，以此來(lái)獲取到最為合適的計(jì)算結(jié)果，滿(mǎn)足叉車(chē)系統(tǒng)運(yùn)行需求。第二，I/O端口檢測(cè)設(shè)計(jì)，通常情況下，在對(duì)開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行I/O端口檢測(cè)處理時(shí)，需要將I/O端口設(shè)置為系統(tǒng)的輸入端口，并且輸入端如果處于高電平狀態(tài)時(shí)，其得到的檢測(cè)信號(hào)數(shù)值記作1，而輸入端如果處于低電平狀態(tài)時(shí)，其得到的檢測(cè)信號(hào)數(shù)值記作0，從而完成信號(hào)采集工作[2]。

2.2.2各模式子程序設(shè)計(jì)

在模式子程序設(shè)計(jì)時(shí)，其內(nèi)容包括發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)模式、動(dòng)力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等，以發(fā)動(dòng)機(jī)程序?yàn)槔刂葡到y(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速情況進(jìn)行優(yōu)化判斷，查看轉(zhuǎn)速的合規(guī)性。如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于起動(dòng)轉(zhuǎn)速，那么此時(shí)系統(tǒng)不會(huì)執(zhí)行起動(dòng)命令，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速小于起動(dòng)轉(zhuǎn)速，那么此時(shí)系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行起動(dòng)命令，并且對(duì)于蓄能器壓力進(jìn)行判斷。如果蓄能器壓力大于起動(dòng)壓力閾值，則由液壓動(dòng)力系統(tǒng)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，否則，由起動(dòng)機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，以維持系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性[3]。

2.2.3CAN通訊程序設(shè)計(jì)

除上述應(yīng)用內(nèi)容外，也需要做好CAN通訊程序設(shè)計(jì)，在通信工程進(jìn)行應(yīng)用處理時(shí)，也需要借助電控系統(tǒng)，將控制信號(hào)傳輸?shù)街骺刂瞥绦虍?dāng)中，根據(jù)處理結(jié)果來(lái)下達(dá)新的控制命令。而且在程序傳遞過(guò)程中，所包含的傳輸信息包括車(chē)輛工作狀態(tài)、叉車(chē)操作信號(hào)、駕駛員操作信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)、電氣系統(tǒng)執(zhí)行情況等，從而提升通訊傳輸過(guò)程的合理性，滿(mǎn)足相應(yīng)的監(jiān)控管理需求。另外，硬件也具備一定的存儲(chǔ)功能，可以對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，以便后續(xù)數(shù)據(jù)信息的順利提取[4]。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，在內(nèi)燃叉車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，控制器有著非常良好的應(yīng)用，通過(guò)梳理控制器應(yīng)用基礎(chǔ)下，內(nèi)燃叉車(chē)電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用期間的注意事項(xiàng)，不僅可以提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，而且對(duì)于下降叉車(chē)運(yùn)行故障發(fā)生幾率也有著積極地意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆君杰，王國(guó)盛.一種電動(dòng)叉車(chē)直流電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2018，45（04）：235-236.

[2]李霄，孫德軍.FD280型叉車(chē)行走無(wú)Ⅱ擋和Ⅲ擋故障排查[J].工程機(jī)械與維修，2017（03）：65-66.

[3]林海，李建萍，韓璞.小噸位叉車(chē)空調(diào)系統(tǒng)工作原理及安裝方案[J].工程機(jī)械與維修，2017（05）：70-72.

[4]唐惠龍，牟宏均.電動(dòng)叉車(chē)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程，2017，31（19）：105-106.

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