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原文传递摊铺机行驶系统嵌入式控制器的研究

论文题名：	摊铺机行驶系统嵌入式控制器的研究
关键词：	摊铺机;嵌入式微控制器;行驶系统;PID控制;模糊控制;混沌优化
摘要：	沥青混凝土摊铺机是用来铺筑沥青混凝土路面的工程机械，是路面机械的主要机种之一，它将拌和好的沥青混合材料均匀地摊铺在路基或路面基层上，经初步振捣和整平，形成具有一定宽度、厚度、平整度及密实度的有效摊铺层。摊铺机是铺筑高等级公路及高速公路的必备设备。沥青混凝土摊铺机行驶系统控制器作为摊铺机的核心控制部件，其主要任务包括摊铺机的加速、减速、前进、后退以及转弯等车体的方向与速度自动控制，不仅能实现摊铺机行驶控制，而且对提高其行驶性能、提高施工自动化程度、改善路面施工质量非常关键。因此，对沥青混凝土摊铺机行驶控制系统的研究具有十分重要理论意义，且具有非常实在的工程应用价值和广泛的市场前景。　　本文通过全面了解摊铺机行驶控制系统的现状、功能目标与控制需求，深入研究分析其重要环节和系统的特性以及各环节与系统之间的相互关系，对摊铺机液压行驶驱动系统及其控制方式进行了详细分析，提出了具体的控制方案，实现摊铺机的加速、减速、前进、后退以及转弯等车体的方向与速度自动控制。通过对速度曲线特点进行了分析，重点研究恒速控制技术，因为速度的偏差直接影响着道路路面的平整度，而路面平整度是摊铺工程质量最重要的技术指标。针对摊铺机液压伺服系统具有非线性、时变性的特点，用模糊控制算法抑制各种非线性因素对被控对象的影响，同时用传统的PID控制算法进一步改善系统的稳态性能。结合两者的优点，将PID和FuzzyControl引入摊铺机行驶系统控制器中;同时为了解决摊铺机行驶系统控制器PID参数整定困难、控制结果出现较大的振荡和超调以及在不同工况下参数整定烦琐等问题，提出一种基于混沌变量的摊铺机控制器PID参数优化方案。综合应用模糊控制、混沌优化控制等智能控制技术，研究摊铺机行驶控制系统的智能控制策略和高效实时性强的智能控制算法，分别采用PID控制算法和模糊自适应PID算法以及混沌优化算法相结合的方法进行控制，通过软件算法及其补偿作用改善控制系统的性能，达到作业工况下的恒速控制的目的。结合摊铺机行驶系统的功能要求及LPC2138的特点，基于高性能、低功耗的32位微控制器LPC2138完成了控制器的硬件设计，该数字控制器是一个以嵌入式芯片ARM为核心的控制系统，硬件设计主要包括:总体结构、LPC2138微控制器、模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块、PWM输出模块、通信及电源模块。以μc/os-Ⅱ操作系统为系统应用软件载体，采用模块化软件设计结构，基于ADS1.2平台完成了控制器的各功能模块的软件设计，增强控制系统的实时性、稳定性和可靠性。利用MatLab软件对行驶驱动电液控制系统数学模型进行了程序及模块化仿真分析，并进行了模拟实验，结果表明:Fuzzy-PID控制明显提高了系统的动态性能和稳态精度，同时系统具有较强的适应性和鲁棒性，效果要优于传统的PID控制;混沌优化算法实现简单，优化效率高，鲁棒性强，快速有效地实现了PID参数的全局优化整定，控制结果具有稳定、超调小、响应快、调节时间短的优点。通过仿真研究和模拟实验，证明了研究分析的正确性和设计的合理性，满足工程需要。
作者：	李文
专业：	控制理论与控制工程
导师：	欧青立
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南科技大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文