單片機(jī)液壓調(diào)平系統(tǒng)研究

1、《裝備制造技術(shù)））：ｚｏｏｓ年第５期基于單片機(jī)的液壓調(diào)平系統(tǒng)研究劉克福１。李曉虹２（１西華大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，四川成都６１００３９；２西華大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，四川成都６１００３９）摘要：針對(duì)火炮野外作業(yè)時(shí)各種位置狀態(tài)和不同俯仰角度較復(fù)雜的特點(diǎn)，以單片機(jī)ＡＴ８９Ｃ５１為主控制器、液壓缸為執(zhí)行機(jī)構(gòu)、雙軸傾角傳感囂為傾角的反饋元件。采用向中點(diǎn)看齊的調(diào)平策略，設(shè)計(jì)了一種火炮性能測(cè)試液壓調(diào)乎平臺(tái)，該平臺(tái)能自動(dòng)調(diào)平和按要求自動(dòng)傾斜，實(shí)現(xiàn)了野外

2、作業(yè)時(shí)各種位置狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)室模擬。關(guān)鍵詞：性能測(cè)試；單片機(jī)；液壓平臺(tái)；調(diào)平策略中圖分類號(hào)：ＴＰ２７２文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：１６７２—５４５Ｘ（２００６）０５－００１５－０３對(duì)火炮進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，要求能模擬野外作業(yè)時(shí)的各種位置狀態(tài)和工況。為此，筆者設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)ＡＴ８９Ｃ５１為控制中心的自動(dòng)液壓調(diào)平平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)能快速精確調(diào)平，并能按照設(shè)定要求進(jìn)行工、ｙ方向的傾斜，傾斜角度范圍，誤差范圍小于，可實(shí)現(xiàn)火炮野外作業(yè)時(shí)各種位置狀態(tài)和俯仰角

3、度的實(shí)驗(yàn)室模擬，用于火炮出廠前各種工況的性能測(cè)試。１２傾角傳感器的布置在本設(shè)計(jì)中，傾角傳感器作為系統(tǒng)的重要組成部分，有著舉足輕重的地位。它將液壓平臺(tái)ｘ、ｙ方向的傾斜角度ａ弗反饋給單片機(jī)，因此傾角傳感器的好壞和布置方式直接影響到系統(tǒng)的調(diào)平時(shí)間和調(diào)平精度。在本系統(tǒng)中，采用ＮＳ－４５／Ｐ２數(shù)字輸出雙軸傾角傳感器，直接與單片機(jī)相連。布置時(shí)，其雙軸分別沿平臺(tái)的ｚ、ｙ方向布置。１支撐方案設(shè)計(jì)２調(diào)平算法研究１１支撐點(diǎn)數(shù)分析與確定目前，調(diào)平系統(tǒng)支撐方式

4、主要有三點(diǎn)支撐、四點(diǎn)支撐和六點(diǎn)支撐三種情況【１氣三點(diǎn)支撐較易實(shí)施，調(diào)平相對(duì)容易，缺點(diǎn)是抗傾覆能力差，調(diào)平后的水平誤差較大。若三點(diǎn)式平臺(tái)的傾角傳感器按等邊三角形布置，即兩傳感器的夾角為６０。，沿兩傳感器的Ｘ方向和ｙ方向的控制精度都為６，則水平誤差為０＝－２剛。六點(diǎn)調(diào)平支撐可靠，抗傾覆能力強(qiáng)，但存在靜不定問(wèn)題，容易產(chǎn)生“虛腿”。靜不定次數(shù)越高，系統(tǒng)越復(fù)雜。六條腿支撐一個(gè)平臺(tái)，按照三點(diǎn)決定一個(gè)平面的原則，支撐腿可構(gòu)成２０個(gè)穩(wěn)定平面。當(dāng)平臺(tái)水平

5、度不滿足要求時(shí)，理論上存在２０種調(diào)平策略可使平臺(tái)調(diào)平。多組調(diào)平策略的選擇給整個(gè)控制系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的計(jì)算負(fù)擔(dān)，在一定程度上影響了控制的實(shí)時(shí)性。結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際情況，綜合考慮平臺(tái)穩(wěn)定性、調(diào)平精度、系統(tǒng)成本等因素，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用液壓缸四點(diǎn)支撐調(diào)平法，兩傳感器夾角為９００，水平誤差為皓、／Ｆ艿叫，較三點(diǎn)支撐小。其支撐結(jié)構(gòu)如圖ｌ所示。調(diào)平過(guò)程有單向調(diào)節(jié)和多點(diǎn)調(diào)節(jié)兩種方案。多點(diǎn)調(diào)節(jié)時(shí)各點(diǎn)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，由于工作平臺(tái)是－－Ｎ性結(jié)構(gòu)，其平衡處于靜不定狀態(tài)，

6、多點(diǎn)調(diào)節(jié)時(shí)因每個(gè)支撐腿的位移、速度不同，四個(gè)支撐腿的運(yùn)動(dòng)相互制約，具體控制算法難以實(shí)現(xiàn)，而且由于每個(gè)支撐腿的受力不一致而容易發(fā)生過(guò)載或虛腿。因此本系統(tǒng)采用單向調(diào)節(jié)的方案，即先將Ｘ軸方向調(diào)平，再將ｙ軸方向調(diào)平［Ｓｌ。雖調(diào)節(jié)時(shí)間稍長(zhǎng)，但協(xié)調(diào)性好。在單向調(diào)節(jié)中，大多數(shù)的調(diào)平策略是向高點(diǎn)看齊法?？紤]到向高點(diǎn)看齊時(shí)每個(gè)支腿的移動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，本設(shè)計(jì)采用向中點(diǎn)看齊的方法，即通過(guò)傾角傳感器輸出Ｘ、ｙ方向的傾角信號(hào)ａ和口，以圖１所示中的點(diǎn)Ａ為原點(diǎn)，計(jì)算出各點(diǎn)

7、高度ｋ、ｈ、ｋ、ｈ。，找出低點(diǎn)、高點(diǎn)和中間點(diǎn)，中間點(diǎn)取與低點(diǎn)和高點(diǎn)平均值最接近的點(diǎn)，并以中間點(diǎn)為基準(zhǔn)，將低點(diǎn)調(diào)高、高點(diǎn)調(diào)低。調(diào)平后，對(duì)兩個(gè)軸方向進(jìn)行鎖定。當(dāng)要進(jìn)行Ｘ軸方向的傾斜時(shí)，鎖定ｙ軸方向水平，由單片機(jī)給出控制脈沖控制ｘ軸方向的數(shù)字閥Ａ、Ｄ或Ｂ、ｃ，使液壓缸Ａ、Ｄ或Ｂ、Ｃ共同緩慢上升或下降。傾角傳感器不斷地將ｘ軸的傾角信號(hào)口反饋給單片機(jī)，由此判斷平臺(tái)的傾斜程度。當(dāng)傾角傳感器的反饋信號(hào)與傾角輸入值的差在誤差范圍內(nèi)時(shí)，則石方向傾斜完成。

8、同理可對(duì)ｙ軸方向進(jìn)行傾斜。程序流程如圖２所示。圖１液壓平臺(tái)支撐結(jié)構(gòu)示意圖收稿日期：２００８－０２—１８作者簡(jiǎn)介：劉克福（１９７ｌ一），男，四川成都人，講師，碩士，主要從事機(jī)、電、液一體化自動(dòng)控制方面的教學(xué)與研究。ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ５，２００８４控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)圖４為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。主控制器選用ＡＴ８９Ｃ５１單片機(jī)，主要用于信號(hào)的采集，數(shù)據(jù)處理、控制信號(hào)的輸出等，它是整個(gè)控制設(shè)備的核

9、心。傾角傳感器、壓力變送器直接與單片機(jī)相連。數(shù)字方向流量閥和單片機(jī)之間通過(guò)環(huán)分驅(qū)動(dòng)器相連。調(diào)平時(shí)，傾角傳感器將平臺(tái)水平狀態(tài)信息位和１３傳給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后，輸出相應(yīng)脈沖信號(hào)，控制數(shù)字閥中步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向，進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸油液的流量和方向，直到平臺(tái)調(diào)平。調(diào)平后，單片機(jī)使數(shù)字閥回到中位，液壓鎖可靠鎖緊液壓缸。平臺(tái)調(diào)平后需要傾斜時(shí)，由鍵盤(pán)輸入傾斜的方向和角度，單片機(jī)計(jì)算數(shù)字閥的脈沖數(shù)并向相應(yīng)的數(shù)字閥輸出控制信號(hào)，使平臺(tái)傾斜。平臺(tái)在

10、傾斜過(guò)程中，傾角傳感器不斷檢測(cè)反饋當(dāng)前平臺(tái)的傾斜值，由單片機(jī)比較反饋值和給定值之差，當(dāng)反饋值在給定的精度范圍內(nèi)３液壓回路設(shè)計(jì)圖２調(diào)平算法程序流程圖時(shí)，平臺(tái)達(dá)到設(shè)定要求的角度，單片機(jī)使數(shù)字閥復(fù)位，液壓鎖鎖緊液壓缸，平臺(tái)傾斜完成。當(dāng)調(diào)平或傾斜完成以后，由單片機(jī)發(fā)信號(hào)給電磁溢流閥，使液壓泵卸載，以節(jié)約能源。圖３所示為調(diào)平液壓系統(tǒng)原理圖。考慮到電液數(shù)字閥可用Ｉ壓力變送器Ａｈ數(shù)字信號(hào)直接控制液流的壓力、流量和方向舊，本設(shè)計(jì)選用增量式數(shù)字方向流量閥