基于DSP的攤鋪機行駛控制系統設計

王江濤+武寶寶

摘要：鑒于攤鋪機作業時低速有穩定性方面的要求，提出了一種基于DSP TMS320LF2407A的攤鋪機數字行駛控制系統的軟硬件實現方案。為了實現上述攤鋪機低速穩定性的控制，其速度閉環控制系統采用了模糊PID的控制策略。在實際系統應用中，證實了該控制系統的可行性和合理性。

關鍵詞：攤鋪機 行駛系統 DSP TMS320LF2407A 模糊PID

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0002-01

1 引言

瀝青混凝土攤鋪機是用于鋪筑瀝青混凝土路面的專用機械。瀝青混凝土攤鋪機作為非牽引式機械，低速行駛性能直接影響其路面的、平整度、密實度。近幾年來，行駛控制系統多采用8位或16位傳統單片機作為控制核心，或者開發一些專用的控制器。以便對其行駛狀態的監測控制。但是統單片機運算速度低、接口線路等多問題，國內一些廠家產的攤鋪機大多采用國外進口的控制器，價格高，適應性差。因此，基于DSP芯片開發數字式攤鋪機行駛控制系統是十分必要的。

2 攤鋪機行駛系統控制需求

為了保證攤鋪機作業的效率，攤鋪機行駛控制系統必須滿足以下要求：（1）具備兩種工作模式：作業模式和轉場模式。（2）不論出于哪一種模式下，要求行使速度可以小范圍內的無機調速。（3）兩側的履帶可以設定不的速度，方便轉向。（4）轉場模式下，能夠以較快的速度前進，方便快捷的轉向。（5）具有良好的停車制動性。（6）松開剎車后攤鋪機可以快速的相應。

3 控制器CPU的選型

通常，定點DSP芯片價格低廉，功耗小，缺點是處理速度慢。浮點DSP 芯片的好處在于是運算精度高，支持多種語言的調試，尤其是C，缺點價格昂貴，功耗大。通過以上的對比分析，結合攤鋪機自己在使用過程中的要求，本系統采用DSP TMS320LF2407A芯片作為控制器的CPU。不僅保證對攤鋪機的行駛速度的精確性，而且大大的增加了系統的快速響應性能。

4 行駛控制系統硬件設計

行駛系統硬件設計主要包括以下幾個模塊。

輸入模塊、自檢模塊、反饋模塊、速度調節模塊。

4.1 輸入模塊

（1）狀態開關按鍵：包括行駛、怠速、攤鋪檔位開關、左或者右原地轉向、速度設定和轉向設定互鎖。攤鋪機的工作狀態由以上的幾個鍵來調節。（2）電位器：是用來設定攤鋪機工作速度及轉場速度的，也可以將它用作對PWM進行微調時的標準。（3）緊急制動：當攤鋪機工作時遇到緊急情況時，駕駛員可以按這個按鈕，將攤鋪機停下來。當系統檢測到某個致命性故障發生時，使攤鋪機快速停下來。

4.2 系統自檢模塊

系統通過反饋信號對自身的狀態進行檢測盒修正，根據故障的不同程度，將錯誤問題分別反饋，并發出警告或者命令攤鋪機強行停止工作，以此來防止意外事故的發生。

4.3 系統反饋模塊

本系統采用霍爾傳感器將馬達的轉速信號轉化成脈沖信號。為了保證相應的快速性與實時性，本文應用CPU的脈寬撲捉對傳感器輸入的脈沖信號的上升沿進行捕獲，經過幾次連續的捕獲，將所測得的脈寬進行平均濾波處理后即可得出脈沖信號的頻率，從而得到馬達的轉速。

4.4 速度調節和

系統采用脈寬調制（PWM）方式控制比例電磁閥，通過改變PWM信號的占空比來改變比例電磁閥的電流大小，用于系統的控制。攤鋪機在使用的過程中，將所設定攤鋪速度與馬達輸出軸端的霍爾傳感器采集來的速度信號比較分析，經過相應的比較算法以保證攤鋪機工作速度的穩定性。

5 系統軟件設計

通常一個系統的相應需要一段時間，因此對于速度采集的時間有嚴格的要求，并需要等到攤鋪機的工作系統響應后，方可對馬達的轉速進行檢測，這樣保證了測量的實時性。通常采用PID控制方法實現上述的功能。因為攤鋪機在攤鋪的過程中負載的世事變化導致系統的參數也跟著變化，所以要求軟件系統能夠進行小范圍的自我修正。模糊控制具有不依賴于精確的控制目標的特性，本系統采用了把模糊控制與PID控制結合起來，通過有效的調節參數，從而實現系統對控制系統的要求，有一定的穩定性。

6 作業試驗

樣車的選擇：WTD7500將控制器裝于實驗機型上，對控制器的功能機攤鋪機作業轉場兩種工況下試驗。由于條件限制，功能實驗在泥混凝土路面上進行（非作業工況下），對其進行了直線行駛、前進、后退、原地轉向、啟動、行駛、停機等試驗，結果證明該控制器可以達到預期的設計目的。由于施工條件限制，作業速度特性實驗在攤鋪瀝青混合料，攤鋪厚度6cm，攤鋪寬度3.6m的情況下，只作了3m/min和6m/min作業工況下的實驗，其它在空載下完成。可以看出，控制器能夠滿足使用的要求，且采用模糊PID控制精度高，實時性好。

7 結語

（1）提出了攤鋪機行駛系統的控制方案，對起、停、剎車等功能進行驗證。（2）選用的TMS320LF2407A控制器芯片，具有較高的控制精度，結合模糊PID智能控制算法。結合液壓系統方便控制的有點，降低了控制成本，實現了理想的控制目標。（3）攤鋪機作業速度對于攤鋪機的作業質量有著決定性的影響，本文提出的系統采用模糊PID參數自整定的控制算法，很好的解決了外部干擾對攤鋪機速度的影響，對攤鋪機的作業速度實現了精確的控制。

參考文獻

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