工程机械电控系统平台设计与应用.docx

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1、 Classified Index: TP273+.5A Thesis Submitted tothe Faculty of Graduate of Shandong Universityfor the Degree of Master of EngineeringDesign and Application of Construction Machinery ElectricalControl System PlatformCandidate: Zhang Xinjie Specialty:Mechatronic EngineeringSupervisor: Professor Liu Ri

2、liangShandong University, Jinan, P. R. ChinaMay 27,2012原 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：多明杰日期：7 , 叫关于学位论文使用授权的声明本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷 件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有

3、关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名:、 导 师 签 名 日 期 ：目录目录 m .IABSTRACT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ill第第 1 章绪论章绪论.11. 1 课题背景和研究意义.11.2 工程机械电控系统概述和国内外发展概况.21.2.1 工程机械电控系统概述.21.2.2 工程机械电控系统国内外发展概

4、况.51. 2. 3 课题的提出 .111.3 本文研究 rt 容.11第第 2 章控制平台功能需求分析和总体规划章控制平台功能需求分析和总体规划.132.1 控制平台的工作原理 .132. 1. 1 自动变速控制的工作原理.132. 1.2 电子功率优化控制的工作原理 .142. 1.3 工作装置控制的工作原理 .152.2 控制平台功能需求分析 .162. 2. 1 控制平台的基本要求.162. 2. 2 电控单元输入输出信号分析.172.2.3 电控单元的技术指标.192.3 控制平台设计方案总体规划.192.4 本章小结.20第第 3 章工程机械电控系统硬件平台的建立章工程机械电控系统

5、硬件平台的建立 .213.1 执行单元计.213.1.1 传感器的选择.213. 1.2 执行电磁阀的选择.233.2ECU 电控单元硬件的设计与实现 .243.2.1 电源模块电路.243. 2.2 通讯模块电路.26I山东大学硕士学位论文3. 2. 3 主控模块电路 .263.2.4 模拟信号处理电路 .273.2.5 数字信号处理电路 .283.2.6 频率信号处理电路 .293. 2. 7 驱动与控制电路 .303.2.8 CPLD 功能设定及其硬件电路实现 .333. 3 比例电磁阀驱动模块.353. 3. 1 ARM 的 PWM 输出控制 .353. 3. 2 PWM 比例控芾 U

6、 技术 .353. 3. 3 比例电磁阀工作原理 .363. 3. 4 比例电磁阀斜坡控制方法研究 .363. 3. 5 电流反馈环控制 .403. 4 工程机械电控系统抗干扰设计.403.4. 1 工程机械电控系统主要的干扰来源 .403. 4. 2 工程机械电控系统硬件电路抗干扰措施 .403. 5 本章小结.41第第 4 章电控系统控制功能的实现章电控系统控制功能的实现 .434. 1 自动变速控制功能的研究.434. 1. 1 自动变速的控制流程 .434. 1.2 换挡规律的研究 .464. 1. 3 工程机械三参数换挡规律的确定 .494. 2 电子功率优化控制功能的研究.514.

7、2. 1 工程机械液压系统的能量损失及改进措施 .514. 2. 2 发动机和变量泵功率匹配 .524. 2. 3 功率匹配控制策略 .534. 3 工作装置控制功能的研究.554. 4 本章/J、结.56第第 5 章工程机械电控系统实验章工程机械电控系统实验 .57目录5,1 实验平台搭建 .575. 2 实验内容和实验结果 .575. 3 本章，J、结 .63第6章总结与展望.65#考文# . 67W c W. 71III山东大学硕士学位论文CONTENTSABSTRACT (In Chinese). .IABSTRACT (In English). IllChapter 1 Introd

8、uction. 11.1 Background and significance of the research.11.2 Overview and development.21.2.1 Construction machinery electronic control system overview.21.2.2 Construction machinery electronic control system development.51.2.3 Topics raised. 111.3. Contents of this article. 11Chapter 2 Control platf

9、orm functional requirements and program.132.1 Control platform works principle. .132.1.1 Automatic transmission works principle.132.1.2Electronic power optimization works principle.142.1.3Working device control works principle.152.2Control platform functional requirements analysis.162*2.1 Basic requ

10、irements of the control platform.162.2.2The electronic control unit signal analysis.172.2.3Technical indicators of the electronic control unit.192.3Overall program of the control platform.192.4Summary .20Chapter 3 Establishment of the control platform .213.1 Design of the implementation unit. .213.1

11、.1 Sensor selection.213.1.2 The implementation solenoid valve selection.233.2 Design and implementation of the ECU hardware.243.2.1 Power module circuit.243.2.2 Communication module circuit.26IVCONTENTS3.2.3 Main control module circuit. 263.2.4Analog signal processing circuit. 273.2.5Digital signal

12、processing circuit. 283.2.6Frequency signal processing circuit. 293.2.7Drive and control circuits. 303.2.8. CPLD function set and the hardware circuit . 333.3 . Proportional solenoid valve driver module. 353.3.1. PWM output control of ARM. 353.3.2PWM proportional control technology. 353.3.3. The wor

13、king principle of the valve. 363.3.4Slope control method of proportional solenoid valve. 363.3.5The current feedback loop control . 403.4 Anti-jamming design of the electrical control system. 403.4.1 The main sources of interference. 403.4.2. Hardware circuit anti-jamming measures. 403.5 Summary. 41

14、Chapter 4 Realize of electronic control system control functions. 434.1 Automatic transmission control function research. 434.1.1 Automatic transmission control process. 434.1.2Shift schedule research . 464.1.3The three-parameter shift schedule . 494.2Electronic power optimization control function r

15、esearch. 514.2.1 Energy loss of the hydraulic system and improvements. 514.2.2Power match between engine and variable pump. 524.2.3Power match control strategy. 534.3Working device control functions research. 554.4Summary. 56Chapter 5 The electrical control system experiment. 57v山东大学硕士学位论文5.1 Build

16、the experimental platform.575.2 Experimental content and experimental results.575.3 Summary .63Chapter 6 Conclution and prospect. 65References .67Thanks.71VI工程机械服务于国民经济各产业部门，与国家基础设施建设以及现代化 发展息息相关，许多工业发达国家都把工程机械的发展作为国家重点，优先 扶持。2011 年，国家“十二五”规划开局，由于区域或地区基础设施建设热 情高涨、固定资产投资维持高位以及保障性住房的大力推行，2011 年 1 季度，工

17、程机械行业产品需求增长强劲，产销保持高速发展态势，工业产值增速持 续加快。巨大的市场潜力和科技的不断发展，人们对工程机械的性能提出了 更高的要求。作为高新技术的载体，先进工程机械制造业已将“数字化信息 技术、光机电液一体化技术、智能化技术、微电子技术、遥控遥感技术”等 高新技术集与一身，提高了先进工程机械产品的可靠性、精确性、安全性和 舒适性。因此工程机械电控系纟尤成为工程机械研究领域中的重要内容。本文以工程机械电控系统平台开发的研究和应用为主要内容，首先对国 内外工程机械电控平台的发展状况和研究现状进行了综述。分析了本文所设 计的自动变速控制系统、电子功率优化控制系统和工作装置控制系统的基本

18、 结构和工作原理，确定电控单元的功能需求，确定控制平台所需要的输入输 出信号以及硬件资源。然后提出了电控平台的总体设计方案，并且选择满足 需求的传感器和执行机构，设计出 ARM+CPLD 架构的电控单元硬件电路板。并 针对工程机械的作业环境硬件电路板采取一定的抗干扰措施，保证电控单元 可以在工程机械恶劣的工作条件下正常工作。对比例电磁阀 P 丽控制技术进 行研究，重点研究高速比例电磁阀斜坡控制方法，建立基于 TLE7242G 的比例 电磁阀电流反馈环控制，满足执行电磁阀的控制精度。研究自动变速控制策 略和电子功率优化控制策略，建立自适应模糊 PID 控制模型。对工作装置的 位置控制、牵引力控制

19、、力位综合控制和防滑控制等进行研究。搭建了实验台架，对控制单元传感器的信号采集情况和比例电磁阀控制 情况进行验证，对执行机构位置控制和自动变速控制进行实验，实验证明该 电控平台信号采集准确可靠，执行机构动作实时准确，实验的自动变速控制山东大学硕士学位论文换挡逻辑合理，符合设计要求。关键词：工程机械；电控系统；自动变速控制；电子功率优化；工作装置控关键词：工程机械；电控系统；自动变速控制；电子功率优化；工作装置控 制制ABSTRACTABSTRACTConstruction Machinery services in various sectors of national economy , i

20、s closely related with the countrys infrastructure and modernization，and many of developed industrial countries regard the construction machinery as a national priority to support. 2011，the national “12th Five-Year” Plan start，due to regional infrastructure enthusiasm ?fixed asset investment remains

21、 high and affordable housing is vigorously pursued, a quarter of 2011 ? construction machinery industry market strong growth ? production and marketing maintain trend of rapid development , the industrial output growth continued to accelerate. The huge market potential and with the technological dev

22、elopment, people put forward higher requirements for the performance of the construction machinery. As the carrier of the high-tech , advanced construction machinery manufacturing industry has been digitized , IT，light hydraulic integration，intelligent technology， microelectronic technology , remote

23、 sensing technology etc.high-tech set together, this can improve advanced engineering machinery products reliability , accuracy , safety and comfort. So?Construction machinery electrical control system become an important part in the field of construction machinery research.In this paper, make the r

24、esearch and application of construction machinery electrical control system platform development as the main content. First of all reviewed the development status and research status of the electronic control platform of engineering machinery for domestic and foreign.Then analyze automatic transmiss

25、ion control systems, electronic power optimization control system and device control system of the basic structure and working principle, determine the functional requirements of the electronic control unit. Then presents the overall design of the electronic control platform , and select the sensors

26、 and actuators which meet the needs5design of the ECU circuit board base on the ARM + CPLD architecture. The hardware board take certain anti-jamming measures to ensure that the electronic control unit can work properly under poor working conditions of construction machinery. Research the proportion

27、al solenoid valve PWM control technology , focusing on high-speed ramp control method of the proportional solenoid valve , built proportional solenoid valve current feedbackin_山东大学硕士学位论文 _loop control based on the TLE7242G, to meet the implementation of the solenoid valve control accuracy. Research the automatic transmission control strategies and e