一种基于模糊PID方法的全液压四轮驱动底盘电液防滑控制系统与流程

本发明涉及一种基于模糊PID方法的全液压四轮驱动底盘电液防滑控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

目前，我国现代施药装备相对缺乏，高杆作物中后期施药装备更加缺乏，围绕高秆作物对现代施药机械装备开展研究很有必要，也极为迫切。

高地隙自走式底盘，作为高杆喷雾机的支承和动力部件，全液压四轮驱动，工作幅宽达(18～24)m，属于超大型农业装备。行驶中，如果地面附着系数较小或两侧附着系数不等，常常会使作业机械驱动力矩超过轮胎与地面间的附着极限，产生驱动轮过度滑转，出现侧滑、激转、侧翻或转向反应迟钝等丧失稳定性和方向性的危险局面，所以合理地调节轮胎与地面间的作用力即进行驱动防滑控制，对提高作业机械的主动安全性和经济性、减小事故风险等都具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于模糊PID方法的全液压四轮驱动底盘电液防滑控制系统，对于田间作业机械，特别是大型农业装备，先模糊判断打滑情况，再对打滑车轮进行有效的PID调节，可以大大提高机械运转的稳定性，保障作业过程安全。

本发明所采用的技术方案是：所述控制系统通过转速变送器采集四轮转速，输出信号为(0-5)V电压，经ISO4014高精度四通道模拟量输入数据采集模块转换为数字量，模糊控制器编制串口通信协议读取四轮转速信息。利用ZX-HS型正反转探测器(又名转向传感器)检测转向信息，经A/D转换器转化为数字量，模糊控制器直接读取。

所述控制系统选用STC89C52RC单片机作为模糊控制的处理芯片。STC89C52RC单片机属于5l系列单片机，资源丰富，时钟范围约在(140)MHz，可以实现本系统的信号采集及模糊控制。所设计的模糊控制器，首先采集转速、转向共5路信号。采集完成后利用模糊规则推理判断打滑情况，并决定其打滑严重程度。若有打滑，选取打滑最严重的车轮信号，作出速度差量。最后，将打滑最严重车轮的速度差量进行D/A转换并信号放大，利用多路开关导通打滑最严重车轮的PID回路进行调节，滑转率控制在要求的范围内。完成车速调节后，关闭PID调节回路。

所述控制系统选用DC-1020微电脑作为PID控制器。DC-1020微电脑内建“PID+Fuzzy”运算法则，可以提供PI、PID等多种控制模式，需要根据被控过程的特性确定比例系数、积分时间和微分时间的大小。在实际应用中。通常采用工程整定方法确定PID控制器各参数，以满足控制精度的要求。

根据防滑控制需要，控制器主体完成车轮打滑判断，PID回路完成车速调节，使作业机械正常行驶。

本发明的有益效果是：对于田间作业机械，特别是大型农业装备，先模糊判断打滑情况，再对打滑车轮进行有效的PID调节，可以大大提高机械运转的稳定性，保障作业过程安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的驱动电液防滑系统原理框图。

图2是本发明的模糊控制器结构图。

图3是本发明的PID调节回路图。

图4是本发明的控制器软件程序流程图。

图5是本发明的马达m₂液压原理图。

图中：1．电机；2压力表；3．节流阀；4．加载液压泵；5．转速传感器；6．液压马达；7．电液比例流培阀；8．溢流阀；9．液压泵。

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，控制系统通过转速变送器采集四轮转速，输出信号为(0-5)V电压，经ISO4014高精度四通道模拟量输入数据采集模块转换为数字量，模糊控制器编制串口通信协议读取四轮转速信息。利用ZX-HS型正反转探测器(又名转向传感器)检测转向信息，经A/D转换器转化为数字量，模糊控制器直接读取。

如图2，控制系统选用STC89C52RC单片机作为模糊控制的处理芯片。STC89C52RC单片机属于5l系列单片机，资源丰富，时钟范围约在(140)MHz，可以实现本系统的信号采集及模糊控制。所设计的模糊控制器，首先采集转速、转向共5路信号。采集完成后利用模糊规则推理判断打滑情况，并决定其打滑严重程度。若有打滑，选取打滑最严重的车轮信号，作出速度差量。最后，将打滑最严重车轮的速度差量进行D/A转换并信号放大，利用多路开关导通打滑最严重车轮的PID回路进行调节，滑转率控制在要求的范围内。完成车速调节后，关闭PID调节回路。

如图3，控制系统选用DC-1020微电脑作为PID控制器。DC-1020微电脑内建“PID+Fuzzy”运算法则，可以提供PI、PID等多种控制模式，需要根据被控过程的特性确定比例系数、积分时间和微分时间的大小。在实际应用中。通常采用工程整定方法确定PID控制器各参数，以满足控制精度的要求。

如图4，根据防滑控制需要，控制器主体完成车轮打滑判断，PID回路完成车速调节，使作业机械正常行驶。

如图5，分别给两台马达安装一致的转速变送器，连接好模糊控制器和PID调节器。对于PID调节的比例系数、积分时间和微分时间的大小，采用工程中常用的临界比例法整定。经参数整定，比例系数P为20％，积分时间I为0.4，微分时间D为0.1。实验中，滑转率设定为0.05。当滑转率大于0.05，认为马达m₂打滑。为了便于观察，分别用光电转速表测量马达m₂转速，用万用表测量马达m₂的转速变送器电压信号输出。