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)時的標準。（3）緊急制動：當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。（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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