一种基于TMS320F2812的洗消车液压传动控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于TMS320 F2812的洗消车液压传动控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

战场遭敌核生化武器袭击后，需迅速对沾染区及通过沾染区域的人员、装备、工事等进行消毒。核生化污染一般面积广，人工消除易耽误战机。洗消车是一种使用消毒介质(如液体、气体、泡沫等)对遭受核生化污染的人员、装备、服装、工事，进行消毒、消除的车辆装备，可以对人员和武器装备进行快速消毒，抵抗生化武器的袭击。平时，洗消车可以应对化学泄露事故、流行病疫情等危险，是一种十分重要的军民两用特种作业装备。为了能够在野战条件下独立完成作业，洗消车一般装备有高压水泵、发电机、空压机等多种作业设备。

某新型洗消车传动系统设计，采用发动机取力一液压传动方式，在不改动底盘驱动系统情况下加装取力器，从发动机飞轮取力，再通过液压系统传递给洗消作业设备。防化洗消作业设备种类多、工作流程复杂、控制精度高，采用传统机械操纵式液压系统很难满足性能需求。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于TMS320 F2812的洗消车液压传动控制系统，利用电液比例控制技术，以DSP处理器为核心，实现对洗消车液压传动系统中驱动马达的转速恒定控制，从而保障洗消各项作业正常。

本发明所采用的技术方案是：所述液压传动控制系统采用双闭环调速回路，发动机调速回路和液压马达调速回路串联。车辆在行驶过程中后备功率较小，无法满足车载设备同时工作的要求，考虑到洗消车的汲水、加热、混和流程都在驻车状态下完成，只有喷洒作业必须在行驶中完成，故可以满足其工作要求。

洗消车行车工作时，发动机转速由驾驶员通过加速踏板控制，发动机控制回路不工作，在发动机转速波动时，主要依靠液压调速回路控制液压马达转速；洗消车驻车工作时，发动机控制回路工作，保持发动机在负载扰动的情况下转速稳定，同时液压调速回路进行工作。此时双回路调速控制，加快了控制系统响应速度，提高了系统应对大负载扰动的能力。

所述液压传动系统选取LINDE液压公司的HPV02(E1)系列电液比例变量泵和HMF02系列马达，组成电液比例变量泵一定量马达式容积调速回路，变量泵的排量与控制系统输人的脉宽调制信号(PWM)成正比，该型电液比例变量泵排量从0到最大值时间0.5s。

所述控制系统选用TI公司数字信号处理器TMS320F2812。TMS320F2812是32位定点DSP芯片，数字信号处理能力强，且具有强大的事件管理能力和嵌人式控制功能。该芯片强大的计算性能和丰富的外设资源适用于处理液压传动系统的多目标控制。

所述液压系统采用双向导通二级管进行信号整流，再采用比较器将信号调制为规则方波信号，通过光电隔离输入芯片捕捉口，利用方波计算转速。步进电机控制芯片L297和步进电机驱动芯片L298组合控制步进电机，芯片每给1个脉冲步进电机行进一步，利用转速变化检验步进电机动作。

所述控制系统还采用了低边保护开关MC3392芯片实现对马达的PWM控制和电磁阀的开关控制。

所述控制系统采用TI公司CCS (code composer studio)软件进行控制系统底层的软件开发，利用DSP滤波器对AD数据、转速进行滤波计算，采用PID完成对发动机及马达的控制。采用MATLAB确定滤波参数，采取汇编语言和定点数计算对编写滤波代码。运用仿真模型计算初步整定控制系统PID控制参数，减少试验工作量。利用De知hi编写的上位机调试监控软件直接调用USB-CAN设备的VC控件，使上位机可以进行实时的观测和数据保存，可用于算法的测试改进和系统的监控，便于软件调试。

所述系统软件各子程序模块分别开发、独立运行，减小藕合性，方便后续程序的维护和修改。出于代码量的考虑，整体软件没有使用嵌入式操作系统，各子程序采用相同的优先级循环运行，运行周期由定时器中断来确定。发动机和变量泵的控制软件模块是控制软件的核心，响应速度快、精度高，系统采用的是闭环控制算法—数字PID控制算法，数字控制系统按照固定周期检测输入量变化，输入偏差信号给控制系统，通过PID算法计算输出量。

本发明的有益效果是：洗消车液压传动控制系统采集信号多，计算量大，控制目标多样，以TMS320 F2812为核心的硬件设计能够满足系统硬件需求。控制系统软件开发过程中，GCS集成开发环境与MATLAB算法开发模块的结合使用极大地提高了软件开发效率，在大量试验的基础上提出基于规则的智能PID控制算法，显著提高了系统控制效果。

附图说明

图1是本发明的液压传动系统结构图。

图2是本发明的双闭环控制回路图。

图3是本发明的控制系统硬件框图。

图4是本发明的控制系统软件开发示意图。

图5是本发明的控制系统软件总体结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，液压传动控制系统采用双闭环调速回路，发动机调速回路和液压马达调速回路串联。车辆在行驶过程中后备功率较小，无法满足车载设备同时工作的要求，考虑到洗消车的汲水、加热、混和流程都在驻车状态下完成，只有喷洒作业必须在行驶中完成，故可以满足其工作要求。

洗消车行车工作时，发动机转速由驾驶员通过加速踏板控制，发动机控制回路不工作，在发动机转速波动时，主要依靠液压调速回路控制液压马达转速；洗消车驻车工作时，发动机控制回路工作，保持发动机在负载扰动的情况下转速稳定，同时液压调速回路进行工作。此时双回路调速控制，加快了控制系统响应速度，提高了系统应对大负载扰动的能力。

如图2，液压传动系统选取LINDE液压公司的HPV02(E1)系列电液比例变量泵和HMF02系列马达，组成电液比例变量泵一定量马达式容积调速回路，变量泵的排量与控制系统输人的脉宽调制信号(PWM)成正比，该型电液比例变量泵排量从0到最大值时间0.5s。

控制系统选用TI公司数字信号处理器TMS320F2812。TMS320F2812是32位定点DSP芯片，数字信号处理能力强，且具有强大的事件管理能力和嵌人式控制功能。该芯片强大的计算性能和丰富的外设资源适用于处理液压传动系统的多目标控制。

按照控制系统的硬件需求和输入、输出信号类型，TMS320 F2812端口资源分配如下：（1）转速采集运用捕捉单元触发中断信号；（2）模拟量信号使用A/D转换模块；（3）开关量采用芯片普通GPIO口；（4）利用时间管理器的比较单元和PWM发生器执行PWM输出；（5）步进电机驱动利用GPIO口控制外围芯片驱动；（6）CAN模块和串口通信模块用于控制系统对外通信。

如图3，液压系统采用双向导通二级管进行信号整流，再采用比较器将信号调制为规则方波信号，通过光电隔离输入芯片捕捉口，利用方波计算转速。步进电机控制芯片L297和步进电机驱动芯片L298组合控制步进电机，芯片每给1个脉冲步进电机行进一步，利用转速变化检验步进电机动作。控制系统还采用了低边保护开关MC3392芯片实现对马达的PWM控制和电磁阀的开关控制。

,控制系统采用TI公司CCS (code composer studio)软件进行控制系统底层的软件开发，利用DSP滤波器对AD数据、转速进行滤波计算，采用PID完成对发动机及马达的控制。采用MATLAB确定滤波参数，采取汇编语言和定点数计算对编写滤波代码。运用仿真模型计算初步整定控制系统PID控制参数，减少试验工作量。利用De知hi编写的上位机调试监控软件直接调用USB-CAN设备的VC控件，使上位机可以进行实时的观测和数据保存，可用于算法的测试改进和系统的监控，便于软件调试。

如图4，系统软件各子程序模块分别开发、独立运行，减小藕合性，方便后续程序的维护和修改。出于代码量的考虑，整体软件没有使用嵌入式操作系统，各子程序采用相同的优先级循环运行，运行周期由定时器中断来确定。发动机和变量泵的控制软件模块是控制软件的核心，响应速度快、精度高，系统采用的是闭环控制算法—数字PID控制算法，数字控制系统按照固定周期检测输入量变化，输入偏差信号给控制系统，通过PID算法计算输出量。

如图5，系统处于行车工作工况时，汽车由驾驶员控制，变量泵控制过程中的扰动来自道路负载变化和作业设备负载变化。行驶时，发动机转速变化范围和变化率较大，如果采用普通PID控制算法，存在超调量过大、系统震荡、变量泵响应速度慢等问题，因此系统要对传统PID控制算法进行改进，采用基于规则的智能PID控制算法。

与普通PID控制器相比，基于规则的智能PID控制算法引入了性能评价、逆对象增长模型、控制参数自学习和智能控制器，可实现在系统运行的不同工况下采用不同的控制参数和方法。性能评价部分可检查控制器的性能好坏，以便对各参数进行修正，其输出值用作判断是否应调整参数；逆对象增长模型将性能评价的结果折合到受控对象的控制量上，是参数调整量的运算规则。