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汽车起重机电液比例控制系统的研究与开发

作　者: 汤巍峰
导　师: 彭楚武
学　校: 湖南大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 汽车起重机电液比例控制统一建模语言(UML) 系统体系结构电流调节器
分类号: TH213.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 346次
引　用: 2次
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内容摘要

电液比例控制技术是工程机械的核心技术之一,经过六十多年的发展,它由一项单一的技术,形成了目前机电液一体化、智能化、信息化的综合自动化系统。在我国由于起步晚,技术水平低,汽车起重机生产厂商往往需要从国外引进电液比例控制系统核心控制器,以提升自身产品的竞争力。但是进口的控制器产品一方面价格偏高,造成汽车起重机整车成本高昂;另一方面它是通用产品,难以适应国内的汽车起重机的某些特殊作业环境,以致故障不断。因此,自主研发设计汽车起重机电液比例控制系统及其核心控制器,已成为国内汽车起重机生产厂商的当务之急。本文密切结合湖南省科技攻关重点项目进行研究,围绕“汽车起重机电液比例控制系统”的开发做了大量的工作。本文首先从研究汽车起重机的功能入手,以面向对象的观点和使用UML作为建模工具,透彻地分析了汽车起重机功能应该具有的结构、行为特性,经过分析得出的结构、行为方面的特性是作为汽车起重机功能的内部描述存在的、具有固定不变的特点,这些特性的描述是研究与设计汽车起重机电液比例控制系统所必需的基础工作。针对怎样实现汽车起重机电液比例控制系统核心控制器问题,即系统的设计问题,本文从整体上研究和比较了多种方案,最终选择了双处理器共享内存的体系结构模式,并且从硬件和软件上完成了核心控制器的详细设计。最后,本文针对无位置反馈的电液比例阀,设计了内部的数字式电流调节器,可以很大程度上解决没有位移反馈带来了定位精度不够、响应速度减慢的问题。核心控制器样机的试验情况表明,本文所设计的汽车起重机电液比例控制系统具有简洁实用、成本低廉的优点,证明了本文研发成果的有效性和实用价值,为产品的产业化开发打下了良好的基础。

全文目录

学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 电液比例控制技术概述  10-12
    1.1.1 电液比例控制技术发展历史  11-12
    1.1.2 电液比例控制的特点  12
    1.1.3 电液比例控制系统的分类  12
  1.2 开发背景  12-14
    1.2.1 开发该系统的国内市场背景  12-13
    1.2.2 国际上此类系统的应用状况  13
    1.2.3 国内研究开发存在的主要问题  13-14
  1.3 汽车起重机系统概述  14-17
    1.3.1 汽车起重机整体描述  14
    1.3.2 主卷扬机构  14-15
    1.3.3 伸缩臂机构  15-16
    1.3.4 变幅机构  16-17
    1.3.5 回转机构  17
  1.4 面向对象方法和使用 UML 建模  17-19
    1.4.1 面向对象方法概述  17-18
    1.4.2 UML  18-19
  1.5 本文的所做的工作  19-21
第2章汽车起重机电液比例控制系统分析与建模  21-37
  2.1 实时系统的需求分析  21-29
    2.1.1 UML 中的需求分析描述工具  21-22
    2.1.2 系统整体需求分析  22-29
  2.2 系统对象结构分析  29-33
    2.2.1 发现协作对象  29-31
    2.2.2 识别对象的关联  31-32
    2.2.3 标识对象属性  32-33
    2.2.4 定义类与关系  33
  2.3 对象行为分析  33-37
    2.3.1 UML 中的行为描述工具  34
    2.3.2 系统状态行为分析  34-37
第3章汽车起重机电液比例控制系统的设计  37-47
  3.1 系统体系结构设计  37-45
    3.1.1 体系结构设计概述  37-38
    3.1.2 物理体系结构设计  38-39
    3.1.3 软件体系结构设计  39-45
  3.2 协作机制设计  45-47
第4章汽车起重机电液比例控制系统的实现  47-60
  4.1 系统硬件设计  47-55
    4.1.1 系统硬件总体概述  47-48
    4.1.2 硬件单元设计  48-50
    4.1.3 电液比例阀驱动电路设计  50-55
  4.2 软件详细设计  55-60
    4.2.1 主程序设计  56-58
    4.2.2 信号采集模块  58
    4.2.3 数字滤波模块  58
    4.2.4 控制量计算模块  58
    4.2.5 驱动输出模块  58-60
第5章比例放大器—电磁铁系统的电流调节器设计  60-75
  5.1 比例放大器—电磁铁系统简介  60
  5.2 比例放大器—电磁铁系统控制模型与可行控制方案  60-64
    5.2.1 比例电磁铁线圈的数学模型  60-62
    5.2.2 控制问题的提出  62-63
    5.2.3 力滞回补偿模块  63
    5.2.4 PID 调节模块  63-64
  5.3 控制算法分析与设计  64-75
    5.3.1 P 控制器仿真分析  64-68
    5.3.2 PI 控制器仿真分析  68-70
    5.3.3 控制器验证  70-74
    5.3.4 本章结论  74-75
结论  75-77
参考文献  77-80
附录 A 攻读学位期间发表的论文和参与的课题  80-81
附录 B 系统需求文档  81-83
附录 C 用例详细信息（使用交互图）  83-91
附录 D 硬件原理图  91-96
附录 E 源程序（部分）  96-108
致谢  108

汽车起重机电液比例控制系统的研究与开发

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