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基于CAN总线空气弹簧隔振基础控制技术研究

作　者: 鲁云峰
导　师: 谭久彬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: CAN总线空气弹簧隔振 μCOS-II 嵌入式系统
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

超精密测量与超精密加工等领域对环境振动提出了严格的要求,防微振技术的作用日益明显。作为隔振技术的重要分支,振动控制手段的进步和优化为既有隔振技术的应用保驾护航,尤其是针对多台分散的隔振基础集中控制或多层隔振系统联合隔振的情况,更需要振动控制手段的不断更新和探索。本文基于现场总线CAN技术,研制一套新型的隔振控制系统,将被动隔振方法和主动隔振方法融于一套控制系统中。本文结合现有的隔振基础,详细分析了隔振系统控制原理,并介绍了CAN总线特点。由于本文控制对象复杂、传感器分布较广,为避免在信号传输上出现模拟信号的长距离传输,本文根据系统控制原理,结合CAN总线特点,合理设计了系统控制核心的硬件部分,包括:中央控制器电路设计;信号采集电路设计,实现振动、位移和气压信号的采集; D/A、IO输出电路设计,实现高度控制和主动控制输出功能。为解决传统隔振控制系统扩展能力差、资源利用率低、操作不灵活等缺点,本文提出基于CAN总线隔振控制技术:详细阐述了包括组网、协议开发等关键技术,对控制系统故障检测与恢复能力进行系统全面的分析,从而提高系统的可靠性,最后在中央控制器中引入μCOS-II实时操作系统,完成中央控制器单元的嵌入式系统实现,从而提高控制系统可扩展性和实时性。针对高度控制,本文建立了高度控制数学模型,提出分级采样、趋势判断方法跟踪和逼近理论充排气量大小,从而达到控制高度变化的目的;针对主动控制,提出将PID控制算法植入DSP中央控制器并应用于主动控制,进一步提高系统的隔振性能。最后,本文对控制系统性能进行实验分析,实验验证分级采样、趋势判断法在高度控制中的优势,并对空气弹簧隔振基础的隔振性能进行了实验分析。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究的背景和意义  9-10
  1.2 隔振控制技术研究现状  10-12
    1.2.1 应用于精密工程领域的隔振控制技术研究现状  10-11
    1.2.2 隔振控制技术控制器技术研究现状  11-12
  1.3 现场总线控制技术发展状况  12-13
  1.4 嵌入式系统发展状况  13-14
  1.5 课题来源及主要研究内容  14-15
第2章空气弹簧隔振控制原理及CAN总线技术  15-23
  2.1 引言  15
  2.2 空气弹簧隔振系统控制原理  15-19
    2.2.1 隔振系统结构分析  15-16
    2.2.2 隔振系统控制原理  16-17
    2.2.3 隔振系统硬件分析  17-19
    2.2.4 隔振系统工作原理  19
  2.3 CAN总线技术介绍  19-22
    2.3.1 CAN总线特点  19-20
    2.3.2 CAN总线报文传送及其结构  20-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章 CAN总线隔振控制系统硬件电路分析  23-33
  3.1 引言  23
  3.2 隔振控制系统结构分析  23-24
  3.3 中央控制器电路设计  24-25
  3.4 CAN模块设计  25-26
  3.5 隔振控制系统信号采集电路设计  26-30
    3.5.1 处理器单元电路设计  27
    3.5.2 位移信号采集单元电路设计  27-28
    3.5.3 气压、振动信号滤波及采集电路设计  28-29
    3.5.4 CAN总线接口电路设计  29
    3.5.5 电源设计  29-30
  3.6 隔振控制系统DA、IO输出电路设计  30-32
    3.6.1 处理器单元电路设计  30-31
    3.6.2 DA转换电路设计  31-32
    3.6.3 继电器电路设计  32
  3.7 本章小结  32-33
第4章 CAN总线隔振控制系统整体分析  33-52
  4.1 引言  33
  4.2 CAN总线隔振控制系统网络结构分析  33-34
  4.3 基于CAN的通信协议及控制器软件设计  34-37
    4.3.1 CAN通信协议  34-36
    4.3.2 CAN控制器软件设计  36-37
  4.4 CAN总线隔振控制系统软件分析  37-45
    4.4.1 DSP中央控制器节点软件分析  39-43
    4.4.2 信号采集节点软件分析  43-44
    4.4.3 DA、IO输出节点软件分析  44-45
  4.5 CAN总线隔振控制系统故障分析  45-47
  4.6 CAN总线隔振控制系统中央控制器实时操作系统分析  47-51
    4.6.1 实时操作系统μCOS-II  48
    4.6.2 多任务实现  48-50
    4.6.3 μCOS-II实时性与可确定性分析  50-51
  4.7 本章小结  51-52
第5章系统实验分析  52-59
  5.1 引言  52
  5.2 控制系统性能实验分析  52-55
    5.2.1 控制系统可靠性分析  52-53
    5.2.2 控制系统扩展性分析  53-55
  5.3 控制系统相关技术控制效果实验分析  55-57
    5.3.1 控制效果影响因素  55
    5.3.2 分级采样、趋势判断法控制效果分析  55-57
  5.4 隔振效果实验分析  57-58
  5.5 本章小结  58-59
结论  59-61
参考文献  61-65
致谢  65

基于CAN总线空气弹簧隔振基础控制技术研究

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