基于DSP的摊铺机行驶控制系统设计

王江涛+武宝宝

摘要：鉴于摊铺机作业时低速有稳定性方面的要求，提出了一种基于DSP TMS320LF2407A的摊铺机数字行驶控制系统的软硬件实现方案。为了实现上述摊铺机低速稳定性的控制，其速度闭环控制系统采用了模糊PID的控制策略。在实际系统应用中，证实了该控制系统的可行性和合理性。

关键词：摊铺机 行驶系统 DSP TMS320LF2407A 模糊PID

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0002-01

1 引言

沥青混凝土摊铺机是用于铺筑沥青混凝土路面的专用机械。沥青混凝土摊铺机作为非牵引式机械，低速行驶性能直接影响其路面的、平整度、密实度。近几年来，行驶控制系统多采用8位或16位传统单片机作为控制核心，或者开发一些专用的控制器。以便对其行驶状态的监测控制。但是统单片机运算速度低、接口线路等多问题，国内一些厂家产的摊铺机大多采用国外进口的控制器，价格高，适应性差。因此，基于DSP芯片开发数字式摊铺机行驶控制系统是十分必要的。

2 摊铺机行驶系统控制需求

为了保证摊铺机作业的效率，摊铺机行驶控制系统必须满足以下要求：（1）具备两种工作模式：作业模式和转场模式。（2）不论出于哪一种模式下，要求行使速度可以小范围内的无机调速。（3）两侧的履带可以设定不的速度，方便转向。（4）转场模式下，能够以较快的速度前进，方便快捷的转向。（5）具有良好的停车制动性。（6）松开刹车后摊铺机可以快速的相应。

3 控制器CPU的选型

通常，定点DSP芯片价格低廉，功耗小，缺点是处理速度慢。浮点DSP 芯片的好处在于是运算精度高，支持多种语言的调试，尤其是C，缺点价格昂贵，功耗大。通过以上的对比分析，结合摊铺机自己在使用过程中的要求，本系统采用DSP TMS320LF2407A芯片作为控制器的CPU。不仅保证对摊铺机的行驶速度的精确性，而且大大的增加了系统的快速响应性能。

4 行驶控制系统硬件设计

行驶系统硬件设计主要包括以下几个模块。

输入模块、自检模块、反馈模块、速度调节模块。

4.1 输入模块

（1）状态开关按键：包括行驶、怠速、摊铺档位开关、左或者右原地转向、速度设定和转向设定互锁。摊铺机的工作状态由以上的几个键来调节。（2）电位器：是用来设定摊铺机工作速度及转场速度的，也可以将它用作对PWM进行微调时的标准。（3）紧急制动：当摊铺机工作时遇到紧急情况时，驾驶员可以按这个按钮，将摊铺机停下来。当系统检测到某个致命性故障发生时，使摊铺机快速停下来。

4.2 系统自检模块

系统通过反馈信号对自身的状态进行检测盒修正，根据故障的不同程度，将错误问题分别反馈，并发出警告或者命令摊铺机强行停止工作，以此来防止意外事故的发生。

4.3 系统反馈模块

本系统采用霍尔传感器将马达的转速信号转化成脉冲信号。为了保证相应的快速性与实时性，本文应用CPU的脉宽扑捉对传感器输入的脉冲信号的上升沿进行捕获，经过几次连续的捕获，将所测得的脉宽进行平均滤波处理后即可得出脉冲信号的频率，从而得到马达的转速。

4.4 速度调节和

系统采用脉宽调制（PWM）方式控制比例电磁阀，通过改变PWM信号的占空比来改变比例电磁阀的电流大小，用于系统的控制。摊铺机在使用的过程中，将所设定摊铺速度与马达输出轴端的霍尔传感器采集来的速度信号比较分析，经过相应的比较算法以保证摊铺机工作速度的稳定性。

5 系统软件设计

通常一个系统的相应需要一段时间，因此对于速度采集的时间有严格的要求，并需要等到摊铺机的工作系统响应后，方可对马达的转速进行检测，这样保证了测量的实时性。通常采用PID控制方法实现上述的功能。因为摊铺机在摊铺的过程中负载的世事变化导致系统的参数也跟着变化，所以要求软件系统能够进行小范围的自我修正。模糊控制具有不依赖于精确的控制目标的特性，本系统采用了把模糊控制与PID控制结合起来，通过有效的调节参数，从而实现系统对控制系统的要求，有一定的稳定性。

6 作业试验

样车的选择：WTD7500将控制器装于实验机型上，对控制器的功能机摊铺机作业转场两种工况下试验。由于条件限制，功能实验在泥混凝土路面上进行（非作业工况下），对其进行了直线行驶、前进、后退、原地转向、启动、行驶、停机等试验，结果证明该控制器可以达到预期的设计目的。由于施工条件限制，作业速度特性实验在摊铺沥青混合料，摊铺厚度6cm，摊铺宽度3.6m的情况下，只作了3m/min和6m/min作业工况下的实验，其它在空载下完成。可以看出，控制器能够满足使用的要求，且采用模糊PID控制精度高，实时性好。

7 结语

（1）提出了摊铺机行驶系统的控制方案，对起、停、刹车等功能进行验证。（2）选用的TMS320LF2407A控制器芯片，具有较高的控制精度，结合模糊PID智能控制算法。结合液压系统方便控制的有点，降低了控制成本，实现了理想的控制目标。（3）摊铺机作业速度对于摊铺机的作业质量有着决定性的影响，本文提出的系统采用模糊PID参数自整定的控制算法，很好的解决了外部干扰对摊铺机速度的影响，对摊铺机的作业速度实现了精确的控制。

参考文献

[1]王敏.基于DSP的摊铺机行走控制系统的研究[D].南京：南京航空航天大学，2007.

[2]杨履冰.大型摊铺机行走控制系统研究[D].长春：吉林大学，2006.

[3]陈胜奇.履带式摊铺机行走系统的驱动与控制设计[D].天津：天津大学，2005.

[4]王海英，吴成福，焦生杰.基于数字信号处理器DSP的摊铺机行驶控制系统研究[J].微机应用与智能化，2004（9）：5-7.