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海顿直线步进电机在压路机发动机转速控制中的

关键词:

海顿

直线步进电机

压路机

择要:本文先容了一种利用于双钢轮压路机上对发念头转速进行开环和闭环电气节制的新技巧,该项技巧的利用可以实现压路机的远程节制并使发念头的全程自动化调速机能获得充分发挥。

摘 要:本文先容了一种利用于双钢轮压路机上对发念头转速进行开环和闭环电气节制的新技巧,该项技巧的利用可以实现压路机的远程节制并使发念头的全程自动化调速机能获得充分发挥。

关键词:发念头转速 PLC 闭环节制 直线步进电机 高速计数 PID

全液压双钢轮压路机是在今世路面施工中对路面进行压实,使其达到预定密实度、平整度要求的一种施工设备。因为压路机主如果使用它的行走及振动进行事情,是以,其行走速率和激振力则抉择了施工质量的关键。作为主动力的发念头,其事情状况和事情效率直接影响压路机整机事情机能和寿命;其事情转速直接影响整机输出功率。为了前进压路机整机事情机能、事情效率,最大年夜限度发挥发念头全程调速机能,我们经由过程对发念头转速进行闭环节制实现发念头转速的自动调节来达到上述目的。

1、系统布局及道理

1.1 概述

在传统工程机器发念头的利用中,大年夜多经由过程手动拉杆或脚踏板调节油门来调节发念头转速,且对发念头转速不进行节制,这样,不仅影响其本身的机能还使压路机原有的一些良好机能的发挥受到限定:发念头升、降速操作极未方便,很难实现自动和远程节制,别的,压路机在振动和非振动事情模式下负载变更大年夜;发念头转速跟着负载的颠簸而颠簸,影响发念头和液压系统的事情效率;发念头难以在较低转速下运作,假如负载较大年夜(低转速下行走或打开空调),极易造成发念头掉落速以致熄火;发念头转速不能进行自动调节。针对这些环境,我们开拓发念头转速谋略机闭环节制装配以办理上述问题,系统硬件布局图如图1所示。

图1系统硬件布局图

图1系统硬件布局图

1.2 节制道理阐发

双钢轮压路机在正常事情中有三种状态:静碾压行走、振动行走和转场高速行走,这三种状态对发念头所要求的功率输出是不合的,将行驶手柄、档位开关及振动开关三个开关量旌旗灯号输入到PLC,经由过程互相间的逻辑关系可分手确定发念头对应的转速,同时PLC还接管到来至发念头飞轮壳上的转速传感器的脉冲旌旗灯号,两个旌旗灯号一同送入PLC中PID调节器,经由过程某种运算,输出一个高速脉冲和偏向旌旗灯号给驱动器,驱动器将其转换为两个相位差180°的驱动脉冲串给直线步进电机,电机扭转必然转角使花键轴发生响应直线位移,并带动发念头油门拉杆正确到达给定位置,终极使发念头在所给定的转速下稳定运行,包管了发念头功率输出与动力需求的最佳匹配。

斟酌到实际工况的特殊要求以及在发念头转速旌旗灯号损掉等环境,本系统设计了转速闭环和开环节制两种模式,并可以经由过程文本显示器进行自由切换,在开环模式下,使用操作台的降速、升速节制开关实现发念头转速从低怠速到高怠速的无级调节。

1.3 硬件选型阐发

今朝,在市场上利用于电控油门装配的驱动装配有直线比例电磁铁、摆动步进电机和直线步进电机,比较阐发如下:

1)直线比例电磁铁:布局简单,免掩护,靠得住性高,相应快,能实现位移的正确节制,采纳PWM脉冲旌旗灯号节制,脉冲频率较低500Hz,必须有极限位置过载保护装配。见图2所示。

图2直线步进电机剖示图

图2直线步进电机剖示图

综合以上阐发,我们终极选择了直线步进电机,经由过程前进安装共同精度,高怠速限位保护及法度榜样软保护,不只满意了恒转速正确节制,节制精度±20RPM,应用寿命也大年夜大年夜前进,已实现了产品批量应用1000小时无端障。

2、节制法度榜样设计

2.1 软件的布局

法度榜样体例采纳模块化布局,包括节制主法度榜样、初始化子法度榜样、开环节制子法度榜样、闭环节制子法度榜样、PID子法度榜样和中断法度榜样等。

主法度榜样:调用系统初始化子法度榜样,经由过程确认前提位变量M0.1=1和发念头转速n>500满意时调用闭环节制子法度榜样,否则调用开环节制子法度榜样,接管来至步进电机限位开关量旌旗灯号节制是否禁止高速脉冲输出,见图3主法度榜样流程图。

图3主法度榜样流程图

图3主法度榜样流程图

初始化子法度榜样:定义高速脉冲输出PTO的周期值和脉冲数,履行PLS指令;定义高速计数HSC及其节制字节,定义准时中断光阴距离,调用中断INT0;定义PID各初始化参数。

闭环节制子法度榜样:在检测到转速给定值与反馈值误差跨越±20RPM,调用PID节制子法度榜样,否则PID输入输出清零,返回主法度榜样,见图4闭环节制流程图。

图4闭环节制流程图

图4闭环节制流程图

2.2 高速计数

转速脉冲旌旗灯号由安装在发念头飞轮壳上的电磁式传感器得到,PLC经由过程内置高速计数器(HSC)对传感器的脉冲旌旗灯号进行计数,采样光阴由PLC的准时中断来供给。准时中断的光阴距离T0为1~255ms,假设取值为250ms,则PLC每其中断周期所采集的脉冲数×4即为我们想要知道的脉冲频率f,经由过程以下公式即可谋略出对应发念头的转速:

(单位:转/分)

式中:f—转速传感器旌旗灯号频率

n—发念头转速

z—飞轮齿数

2.3 PID调节器

测得的发念头转速进入PID调节器,调节器根据设定转速与实际转速的误差量进行PID运算后,将输出量经限幅后转换成响应数量的脉冲,同时,还要根据误差量的正负确定输出一个开关量旌旗灯号,两个旌旗灯号一路送至步进电机驱动器,使步进电机运转响应数量的步数和迁移转变偏向,节制发念头油门开度增添或削减,从而使发念头转速跟随给定值变更并趋稳定。

本系统属于反馈节制和正确的数字节制,我们成功地经由过程软件实现了转速节制的PID调节,PID调节的模拟表达式为:

M(t)=Kc*e + Kc ∫0t edt +Minitial + Kc*de/dt

此中:

M(t) PID回路的输出,是光阴的函数

Kc PID回路的增益

E PID回路的误差

Minitial PID回路输出的初始值

将其离散化后,在PLC中,微分和积分采纳如下公式实现:

微分运算:[新差值E(n)— 旧差值E(n-1)]÷节制周期Tc

积分运算:[旧差值E(n-1)+ 新差值E(n)]×节制周期÷2

因为发念头的转速严重非线性且滞后性较大年夜,假如采纳同一个PID算法,势必大年夜大年夜影响系统的精度,为此,我们经由过程实践反复试验,采纳逐层分段法,对非线性区瓜分成多少个近似的线性区,各段设置不合的参数进行PID调节,得到了知足的效果。因为经由过程软件来实现系统的PID调节,省掉落繁杂的硬件电路,大年夜大年夜地前进了系统的节制精度和靠得住性。转速调节节制框图如图5。

图5 转速调节节制框图

图5 转速调节节制框图

2.4 转速限幅、掉落速限位

在压路机事情中,假如呈现较大年夜负载突变,发念头转速跨越或低于容许的事情转度,有可能对设备造成重大年夜的毁坏,为此,需对发念头的转速进行多种要领的限幅软保护和机器限位硬保护。

在发念头升速和转速调节历程中,实时转速值反馈回PLC,由PLC进行高速计数,步进电机正转,高速计数器增计数;步进电机反转,高速计数器减计数,PLC自动阐发发念头正常运行时的步进电机正转步数,并进交运算处置惩罚得出步进电机容许正转的最高步数,当因为意外缘故原由引起发念头转速向最高转速上升时,PLC自动封锁步进电机,以包管柴油机不会跨越所容许的最高转速;假如发念头油门已处于最大年夜开度,而此时转速值仍低于给定值,PID将呈现掉调,此时限位开关动作,关闭高速脉冲输出,PID清零,步进电机竣事事情。

3 停止语

我们先后在全液压双钢轮压路机、全液胶轮压路机上采纳了以上节制技巧,均取得了优越效果:第一,很轻易实现远程节制和自动化操作,减轻了操作手劳动强度,操作台结构更为简化和美不雅;第二,发念头在不合负载时能自动调节到不合转速,实现了负载与动力的最佳匹配,低落了燃油耗损;第三,发念头可以在低怠速下稳定运行,并避开了整机共振区域,低落了低速机械振动噪音和排放污染。采纳本节制装配不仅大年夜大年夜前进了发念头的事情效率,整机的靠得住性、可操作性获得前进,良好性获得充分发挥,受到了广大年夜用户的同等好评,图6为YZC12Ⅱ全液压双钢轮压路机什物照片。

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邮编:410100

[1] 马勇智, 汪贵行. 汽车检测技师培训课本. 人夷易近交通出版社,2003.02

[2] SIMATIC S-200可编法度榜样节制器系统手册[R]. 西门子(中国)有限公司.

图6 YZC12Ⅱ全液压双钢轮压路机

图6 YZC12Ⅱ全液压双钢轮压路机

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