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静液压传动控制系统的研究

作　者: 左德龙
导　师: 尹文庆
学　校: 南京农业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: HST 调速控制系统 MC9S12XDP512 积分分离增量式PID 发动机
分类号: TP271.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

整体式静液压传动(Hydrostatic transmission)装置HST是一个集双向变量泵、定量马达、齿轮补油泵、控制阀于一体的液压传动装置,广泛应用于工程车辆和农业机械。采用HST的传动系统具有对外载荷的自动适应性,能够无级调速和变矩,实现了传动比的连续改变。但是,在工作环境复杂多变、负载变化大时,发动机功率往往得不到充分发挥,发动机和HST的匹配性较差。本文设计一种基于单片机技术和控制算法的调速控制系统,控制发动机工作在最佳动力性或最佳经济性区域,使之适应外界负荷的变化,达到最佳匹配,并在搭建的试验台上进行匹配控制验证。本文对静液压传动技术及液压无级传动控制技术研究进展进行了综述。在理论分析方面,根据整体式HST的结构、工作原理、容积调速特性,及发动机的工作特性与控制目标,分析了发动机与HST的匹配机理,提出了基于积分分离增量式PID控制算法的静液压传动系统的控制策略。另外,对试验选用的发动机,步进电机,静液压变速器变量泵——定量马达建立了数学模型和传递函数,在Matlab/Simulink模块仿真环境下进行了仿真模拟,为调速控制系统的设计提供理论基础。调速控制系统由硬件和软件两部分组成。硬件设计包括芯片选型(Freescale公司MC9S12XDP512芯片),单片机最小系统支撑电路和传感器信号采集处理电路,并对各功能模块的硬件进行测试验证其可用性。在考虑电磁兼容性的条件下,制出印刷电路板。运用C语言进行了控制系统软件设计,包括主程序、系统初始化模块、数据采集与处理模块、基于积分分离的PID算法的控制算法模块和脉宽调制模块等子程序,并对其功能进行了详细的说明。最后在设计的试验台上进行了静液压传动的控制试验,结果表明：调速控制系统控制下发动机和静液压变速器匹配性良好,发动机工作在最佳工作线附近。静液压传动系统控制器的研制为HST在其他行走机械上与发动机匹配控制运用打下了理论基础,具有实际的意义。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章绪论  9-14
  1.1 引言  9
  1.2 研究的目的及意义  9-10
  1.3 静液压传动装置的特点及国内外研究现状  10-12
    1.3.1 静液压传动装置的特点  10-11
    1.3.2 静液压传动装置国内外研究现状  11-12
  1.4 液压无级传动的控制  12-13
  1.5 本文研究的主要内容  13-14
第二章静液压传动系统及其控制策略  14-27
  2.1 整体式HST的结构及容积调速特性  14-17
    2.1.1 HST的结构  14-15
    2.1.2 HST的液压油路及特点  15-16
    2.1.3 变量泵——定量马达的容积调速特性  16-17
  2.2 发动机的工作特性与控制目标  17-22
    2.2.1 发动机的选用  17-18
    2.2.2 发动机特性曲线  18-19
    2.2.3 发动机最佳工作线  19-21
    2.2.4 稳定转速对柴油机节能的重要性  21-22
  2.3 发动机与静液压变速器的匹配机理  22
  2.4 静液压传动系统控制策略  22-26
    2.4.1 静液压传动控制系统原理  22-23
    2.4.2 控制算法研究  23-26
  2.5 本章小节  26-27
第三章静液压传动系统的建模与仿真  27-37
  3.1 仿真软件介绍  27-28
  3.2 发动机数学模型  28-30
    3.2.1 发动机输出转矩模型  28-29
    3.2.2 发动机最佳工作线模型  29
    3.2.3 发动机Simulink模型  29-30
  3.3 步进电机数学模型  30-31
  3.4 静液压变速器变量泵——定量马达系统数学模型  31-34
    3.4.1 变量泵——定量马达系统的传递函数  31-33
    3.4.2 变量泵——定量马达的Simulink模型  33-34
  3.5 仿真参数的确定  34
  3.6 系统仿真分析  34-36
    3.6.1 整体仿真模型的建立  34-35
    3.6.2 仿真结果分析  35-36
  3.7 本章小结  36-37
第四章控制系统硬件设计  37-47
  4.1 控制系统硬件总体设计  37-45
    4.1.1 单片机的选取  38
    4.1.2 MC9S12XDP512最小系统硬件设计与测试  38-41
    4.1.3 传感器信号采集处理电路设计  41-44
    4.1.4 单片机与步进电机驱动器连接  44-45
  4.2 硬件电路电磁兼容性及印刷电路板制作  45-46
  4.3 本章小节  46-47
第五章控制系统软件设计  47-57
  5.1 控制系统软件集成开发环境和软件编程语言  47-48
    5.1.1 集成开发环境介绍  47
    5.1.2 软件编程语言介绍和选择  47-48
  5.2 软件的总体设计  48-55
    5.2.1 软件设计思想  48-49
    5.2.2 软件组成  49-55
  5.3 软件抗干扰措施  55-56
  5.4 本章小结  56-57
第六章试验台搭建及试验  57-63
  6.1 静液压传动系统试验台的设计  57-59
    6.1.1 静液压传动系统试验台总体结构的设计  57-58
    6.1.2 加载装置选用  58-59
  6.2 台架试验  59-62
  6.3 本章小结  62-63
第七章总结与展望  63-64
  7.1 论文总结  63
  7.2 对今后工作的建议  63-64
参考文献  64-67
附录A MC9S12XDP512内部功能模块  67-68
附录B MC9S12XDP512管脚封装图  68-69
附录C MC9S12XDP512最小系统支撑电路  69-71
致谢  71-73
攻读学位期间发表的学术论文  73

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