基于CAN总线的拖拉机液压悬挂系统力位综合调节的研究

摘要

拖拉机作业环境比较恶劣，且工况复杂，影响因素多，因此很难用精确的数学模型对其进行描述。近些年来，随着计算机、电子控制、人工智能与网络通讯等高新技术的快速发展及其在拖拉机上的应用，又使得拖拉机的电控单元越来越多。本文以拖拉机悬挂系统及其农具配套机组为研究对象，应用BP神经网络，采用CAN总线传输方式,进行了拖拉机液压悬挂系统力位综合调节的研究。
　　 为了便于研究，本文首先在传统拖拉机机械液压悬挂系统的基础上，设计了新型电液悬挂系统。根据操控习惯以及CAN总线传输要求，选择带有CAN总线的产品作为操作面板智能节点。而对于液压油路，该系统将原有的分配器换为电液比例换向阀，并结合减压阀、梭阀等以实现流量的双向及精确控制。同时，为便于室内研究，设计了电液加载系统。该系统还安装了力传感器、位移传感器以及转速传感器，以传感器信号作为反馈信号，实时调节。除此，还分析了传统耕深控制方法，并提出了新的力位综合调节思想，引入综合度系数概念。
　　 然后针对该系统的非线性、滞后性及影响因素的不确定性，在分析了传统控制策略的局限性的基础上选用BP神经网络作为其控制策略，并对BP网络的思想、结构、数学描述及特点等加以论述。建立了综合度系数的BP神经网络模型，并对模型加以训练。进行了仿真实验，结果表明BP神经网络具有很好的应用价值。
　　 最后为拖拉机电子液压悬挂系统的控制单元设计了硬件和软件。根据系统的要求，选用TMS320F2812作为处理芯片，设计了DSP2812最小硬件系统。结合传感器和执行器进行了接口电路以及CAN模块的设计，实现了实时采样,BP神经网络控制，CAN通信和PWM的输出等功能。选择CCS软件，应用C语雷完成了整个系统的编程。
　　 进行了PWM信号的产生试验，证明了程序的可靠性。完成了电液比例换向阀的驱动控制试验，并对整个系统进行了试验，得到了力位综合调节曲线，比较分析后证明了本控制系统各项性能基本满足设计要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．1．1 课题的研究背景

1．1．2 课题的研究意义

1．2 研究现状分析

1．2．1 拖拉机悬挂系统研究现状

1．2．2 CAN总线在拖拉机上的研究现状

1．3 研究内容

1．4 本章小结

第二章 CAN总线技术与通信协议

2．1 CAN性能特点

2．2 报文传送与帧结构

2．3 CAN总线的错误处理

2．4 位定时与同步要求

2．4．1 位定时

2．4．2 同步规则

2．5 本章小结

第三章 电液悬挂控制系统

3．1 传统液压悬挂系统

3．2 电控液压悬挂系统设计

3．2．1 总体设计

3．2．2 液压悬挂系统的油路设计

3．2．3 加载系统分析与设计

3．3 控制方案

3．3．1 传统耕深控制模式

3．3．2 力位综合调节

3．4 传感器的选型

3．4．1 牵引阻力的检测

3．4．2 耕深的检测

3．5 本章小结

第四章 电控液压悬挂系统的控制策略

4．1 控制策略的选择

4．2 BP神经网络

4．2．1 BP神经网络简介

4．2．2 BP神经网络的基本思想

4．2．3 BP神经网络的结构及数学描述

4．2．4 BP神经网络的特点

4．3 综合度系数的BP神经网路模型的建立

4．3．1 网络结构设计

4．3．2 模型的训练

4．3．3 仿真实验及结果分析

4．4 本章小结

第五章 控制系统硬件设计及实现

5．1 控制芯片——DSP2812简介

5．1．1 事件管理器EV

5．1．2 A／D转换模块(ADC)

5．2 DSP最小系统的设计

5．2．1 电源模块的设计

5．2．2 A／D采样模块电路

5．2．3 晶振震荡电路

5．2．4 JTAG接口电路

5．2．5 最小硬件系统原理图

5．3 信号调理电路的设计

5．3．1 力传感器信号采集电路设计

5．3．2 位置传感器信号采集电路设计

5．4 驱动电路

5．4．1 控制信号输出电路

5．4．2 保护电路设计

5．5 CAN通信硬件设计

5．5．1 CAN控制器

5．5．2 CAN收发器PCA82C250

5．5．3 TMS320F2812与CAN收发器的通信设计

5．6 硬件抗干扰措施

5．7 本章小结

第六章 系统软件设计

6．1 系统软件开发环境简介

6．2 系统软件设计及实现

6．2．1 主程序

6．2．2 系统初始化程序设计

6．2．3 PWM信号的产生

6．2．4 力位综合调节及提升／下降子程序设计

6．2．5 BP神经网络程序设计

6．2．6 安全检测子程序设计

6．3 CAN总线通讯

6．3．1 制定通信协议

6．3．2 软件设计

6．4 本章小结

第七章 实验及结果分析

7．1 实验设备

7．2 基于DSP的PWM信号产生

7．3 电液比例换向阀的驱动控制试验

7．4 力位综合调节试验

7．5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

研究生期间撰写发表的论文