关键词：
电控液压（精选八篇）
电控液压 篇1
电控液压动力源卧轨阻车器 (以下简称阻车器) 装置是矿井运输场中将运动中的矿车停止在某一固定地点的限位装置, 能够方便快捷地使运行车辆缓慢地停止下来, 阻车部位为矿车的车轮;它可安装在斜井井口, 车场变坡点或立井井口操车系统, 排矸系统等, 尤其适用于副井罐前主道控车, 其主要功能是:在未接到有效指令的情况下, 确保阻车装置始终处于常闭状态, 避免矿车溜入立 (斜) 井而造成跑车事故。它也可利用副井行车信号的连锁功能, 控制装置的开启或关闭, 从而达到预防事故的目的。
2 适用范围
此装置适用于22kg/m、24kg/m、30kg/m、43kg/m的轨型上控车。 (也可以根据不同需要制作出不同型号的驻车头) 。
3 技术特性
阻车器的主要技术参数 (30kg/m轨型为例) (见表1) 。
4 结构与工作原理
4.1 阻车器结构主要由电控箱、液压站、双翼阻车器主体、遥控开关等组成。
4.2 工作原理:该装置以液压站为动力, 液压缸为动力执行部件, 通过液压缸的伸缩来实现挡爪的开与关。由信号把钩工远程控制其开关, 并且和其他设备可连锁使用。
5 性能特点
安全可靠, 占地面积小, 结构紧凑、一体化安装;操作简单可靠, 维护方便;灯光显示功能可设语音提示功能;连锁功能, 由工作人远程遥控操作阻车与放车的目的。
6 阻车器与其他型号比较
目前国内煤矿企业中使用的阻车器存在的主要原理性缺陷有: (1) 广泛使用的手动阻轮式阻车器, 单向常闭, 上下行车都需要人工操作。对操作环境要求也较高。实际操作中, 容易出现操作工人离职等违章作业现象, 无法实现远程连锁控制。 (2) 高端阻车器, 如红外检测元件测速、电磁式传感器防跑车检测、电磁传感与时间继电器速度检测等, 这些阻车器不是成本高可靠性低就是结构复杂维修困难, 效果都不太理想。 (3) 各种简易阻车器, 如脚踏式阻车器, 常闭但笨重而不可靠。操作工人或由于思想麻痹误将阻车器置于开态或为节省体力用石块代压踏板, 而这就难免发生跑车事故。
为避免跑车事故的发生, 同时针对现有阻车器存在的以上种种缺陷, 现设计出液压阻车器。液压缸固定于阻车器主体上并且推杆中心线与阻车器主体水平切线重合开关动性好。一对阻车臂立于轨道外侧结构简单, 油路系统只有两个铰接点, 机构简单, 由可靠性极高的电动换向阀控制, 一对缓冲弹簧置于阻车臂后端, 防撞性好。系统植根于轨道之下, 不占用地面空间。结构简单小巧, 有效实用、成本低、制作容易、效益高、利于推广。
7 应用实例
杏花矿副井罐前主道安设一台阻车器, 将推车工人力控制的阻车器, 改造成由副井信号工控制联动的液压卧轨阻车器, 大大提高了副井阻车时的安全系数, 向罐内装车时信号工控制阻车器的起落, 更能够保证副井安全生产, 使用方便。优点是:当推车工在副井往罐内推车时, 易疏忽, 忘记使用阻车器, 如果这时有电机车送料送车皮与罐前后排的料车、车皮相撞时, 由于惯性的作用, 会使罐前前排车皮或料车向罐笼移动, 可能会造成矿车或料车冲开罐笼安全门, 冲入罐笼, 造成矿车坠罐的危险。使用该系统后连锁机构具有防止误操作及违章作业。减轻了工人劳动强度提高操作环境安全系数。
结束语
新型液压阻车器, 煤矿控爆性好, 使日常车场处于常闭状态, 同时具有减轻工人劳动强度提高操作环境安全系数, 防止误操作及疏忽作业, 有安装方便成本低的优点。可以从原理上杜绝立井、斜巷运输过程中跑车事故的发生, 确保安全生产。系统本身具有很高的推广价值和广阔的应用前景。
摘要：为避免矿井跑车事故的发生, 防止误操作及违章作业造成矿车失控的危险使用其有效阻车, 并能起到联控作用。
电控液压制动系统控制单元的开发 篇2
关键字:制动压力调节 下位控制器 CAN
DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.09.021
前 言
随着汽车技术的不断发展,电控液压制动系统(包括ABS/TCS/ESP/EHB/RB)得到了广泛而深入的研究,世界各大汽车公司纷纷推出了各自的电控液压制动系统1-3。国内的汽车厂商和研究机构也开展了相关的研究。在电控液压制动系统开发过程中,液压调节结构的控制起着至关重要的作用。
本文的目的正是要开发电控液压制动系统压力调节机构的控制器。该控制器的主要作用是根据整车控制器的控制指令,控制液压制动系统前后轮的制动压力,以保证液压制动系统提供准确的摩擦制动力。
1.控制单元硬件系统设计
压力调节下位控制单元的硬件系统总体结构如图1所示。
图1 控制器硬件结构框图
根据功能划分,硬件部分可以分为四部分:供电电路、单片机最小系统、电磁阀和电机驱动电路、CAN通讯接口电路。
其中供电电路的作用是将外部输入的12V电源转换成供单片机及各部分电路工作的稳定电压,以及給传感器提供稳定的电源。单片机是控制器的核心部件,单片机最小系统为单片机正常工作提供必要的复位、晶振等信号。电磁阀和电机驱动电路将单片机控制电磁阀和电机的输出信号进行功率放大,以驱动电磁阀和电机。通过电磁阀和电机驱动电路实现以小电流控制大电流的目的。CAN通讯接口电路将CAN总线电平转换成单片机CAN模块可处理的收发电平,为单片机与外部的CAN通讯的正常稳定地工作提供硬件支持。由于选用的压力传感器本身已经集成了信号调理电路,其输出信号能满足单片机AD输入要求,因此没有压力信号调理电路,而直接把传感器信号输入给单片机AD采样管腿。
但控制器进行控制时,运行于单片机片内的程序通过片内CAN通讯模块接收来自上位控制器命令,通过信号采集模块接收调理好后的前后轮轮缸液压压力信号。根据这两个信号,输出一定占空比的方波信号给高速开关阀驱动电路,以控制高速开关阀调节前后轮缸压力。同时控制器通过片内CAN通讯模块向外部不断发送轮缸压力以及各电磁阀状态信号,以达到反馈控制器的控制效果。
2.控制器软件系统设计
根据液压调节系统的要求,控制器软件应具有如下功能:通过CAN接收来自上位控制器的命令; AD 采样获取各传感器值;根据上位控制器命令目标对电磁阀和电机进行控制,实现对两路油压的精确控制;检测程序是否跑飞,如出错控制硬件强制重启。通过上述控制器软件功能的分析,本文确定压力调节下位控制器软件系统结构如图2所示。
图2 控制器软件结构框图
将控制器的软件系统按照功能划分,可以分为5个主要模块。而控制器软件采用了模块化设计思想,因为这不仅有利于提高系统的运行效率,而且能改善压力调节下位控制器的实时性。软件系统的5个模块为:
1) 系统初始化模块:主要完成CAN、定时器、脉宽调制输出、AD采样和系统状态参数的初始化工作。
2) CAN通迅模块:完成总线上各信息的接收,作为控制器确定控制目标和工作模式的输入条件。同时在在线调试时实时发送管路压力以及状态参数到CAN总线上,作为监控系统的一部分。
3) 定时器模块:按照通讯协议定时启动CAN信息的发送,同时给系统提供时间参量,产生定时中断。
4) 控制算法以及PWM输出模块:负责计算PWM输出占空比,以使管路压力快速准确的达到目标值,它是整个控制程序的核心。
5)AD采样模块:用于每隔一定时间获取蓄能器压力和管路压力值,作为控制算法模块的计算参数以及系统逻辑的判断条件。
3.控制单元调试
控制单元调试目标如下:
1)检测控制器能否驱动电机、油泵以及电磁阀,使蓄能器内压力在系统工作时稳定在一定的压力范围内;
2)检测控制器能否按照设定的前后轮目标压力值控制各电磁阀动作以快速调节前后两路油压,响应时间和精度要满足系统设计要求。
控制单元调试原理如图3所示。
图3 系统在线调试原理图
调试思路如下:监控计算机将制定好的目标压力和控制逻辑程序通过BDM发送给下位控制器ECU,ECU比较此时AD采集到的轮缸压力以及目标压力根据相应控制逻辑制定电磁阀和电机控制命令通过PWM和I/O口控制液压调节单元工作以调节前后通道制动轮缸制动压力。同时下位控制器通过CAN总线向外部不断发送实际轮缸压力信号以反馈液压系统的实际状态。观测计算机通过CANOE软件将接收到的实际压力信号实时显示出来以观测试验效果。
3.1 阶跃信号调试结果
首先进行目标压力为为0/50阶跃信号的调试。调试结果如图4所示。图中a为目标压力变化曲线,b为前通道实际压力变化曲线,c为后通道实际压力变化曲线。
图4 0/50阶跃在线调试结果
图5 0/100渐变在线调试结果
从以上调试结果可知, 对于阶跃输入的目标信号,前后通道经过调试都可以令实际压力以比较满意的效果跟随目标压力变化。上升时间小于0.3秒,而调整时间也能够不大于0.5秒。而对于最大超调量,前轮基本可以达到小于20%,而后轮存在一些问题,最大超调量有时会达到40%,但好在很快能够趋于目标压力值。
3.2 渐变信号调试结果
当设定目标压力在0和100间渐变时,调试结果如图5所示。图中a为目标压力变化曲线,b为前通道实际压力变化曲线,c为后通道实际压力变化曲线。
从以上调试结果可知,对于目标压力渐变的情况,在渐变段实际压力调节过程都是呈阶梯状上升。对比前后轮实际压力变化曲线,可以看出前轮的调试结果明显优于后轮,梯度较小跟随效果相对较好。而后轮虽然也对电磁阀控制逻辑进行了多次调整,但最终控制效果还不是很好,实际压力变化曲线可以看出明显的阶梯,调压过程时间上存在明显的滞后,且控制精度也不够理想,与目标压力存在较为明显的误差,但总体变化趋势与目标压力还是吻合的。
4.结 论
综上所述,可得到如下结论:
1)所开发的压力调节软件具有压力调节控制、CAN通讯、AD采样、PWM及I/O输出功能。通过现场在线调试,验证了软件控制算法的正确性及软件的各项功能。
液压支架电控系统人员感知模块设计 篇3
随着液压支架电控系统的应用,综采工作面实现了机械化到自动化的转变。综采工作面环境恶劣,噪声大,粉尘多,操作人员视线受到限制,无法确定支架动作范围内有无人员作业,造成安全隐患。同时,电控系统执行自动控制时,需要明确执行区域内没有人员存在。人员感知模块即为解决上述问题而设计。该模块通过微波与红外探测相结合,可检测移动、静止人员,并提供反馈信号,同时配合其他传感器,如压力传感器、位移传感器等,为液压支架的操作提供安全保障。
1 模块设计原理
人员感知模块组成如图1所示。其采用模块化设计方式,通过四芯SKK24接口与支架控制器连接,内含电源线、地线和RS485信号线,既可作为液压支架电控系统的人员感知模块,又可作为安防设备的防入侵探测模块。
人员感知模块采用Cortex-M3内核的LM3S2965微控制器作为MCU[1],实现待机,电压、电流监测,信息接收与处理,人员感知,监测状态上传等功能。电源采用12V供电,内置高效率、低功耗的电压转换电路,提高工作电压的稳定性。通信单元采用RS485总线方式,技术成熟,性能稳定,可实现长距离数据传输。人员感知模块采用微波和红外结合的方式,微波探测单元通过多普勒效应探测当前支架动作范围内有无移动物体,MCU接收到信号后,打开红外感知单元,通过人体红外特征感知当前物体是否为工作人员。
图1 人员感知模块组成
2 模块硬件设计
2.1 电压转换电路
电压转换电路如图2所示。电源由支架控制器通过电缆接入,经过二极管D1,D2,熔断式保险丝接入开关电源。双二极管提高了保护性能,达到本质安全设计要求;熔断式保险丝实现过流保护。R4,R14为高精度电阻,采用分压原理,将较低电压传送至MCU的AD接口,实时监测供电电压。D11,D12用于保护MCU引脚,防止受到过压、负压等损坏。电流采集芯片MAX4372用于实时监测人员感知模块的工作电流,通过采样电阻R2,MAX4372的OUT端输出采样电压,经计算得到模块工作电流。为防止电流过大等原因损坏R2,R2选用大功率直插式电阻。MCU、RS485通信单元和微波探测单元等采用3.3V或5V供电,12V电压经开关电源LT3840转换为所需电压。LT3840功耗小,效率高,输出电压可调,最大限度地提高了电源转换效率,减少因发热等损耗的能量,同时体积小,节约电路板空间。通过调节R15,R19阻值,可以方便地调节电源输出电压。瞬态抑制二极管D4用于保护电源失效等未知情况的电源故障,防止12V电源接入后续电路,损坏元器件。
2.2 RS485通信单元
人员感知模块通过RS485通信单元与支架控制器构建联系,RS485通信单元电路如图3所示。RS485收发器SP3485EN数据接收端和发送端均通过光电耦合器HCPL2630与MCU连接,保证了通信的本质安全要求。HCPL2630输入与输出端口间采用硬件隔离,电信号传输具有单向性等特点,具备良好的电绝缘能力,同时其输入端属于电流型工作的低阻元件,共模抑制能力较强,提高了通信的稳定性和抗干扰能力。TVS二极管SM12具有反应速度快、过电流大等特点,可实现RS485通信的浪涌过电压保护。R6为终端电阻,有效减少了信号反射等影响。
图2 电压转换电路
图3 RS485通信单元电路
2.3 红外感知单元
红外感知单元电路如图4所示。红外传感器RE200B用于探测是否有工作人员存在,当探测到人员存在时产生微弱的电平信号,通过由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用芯片BISS0001[2]对信号进行调理后,经VO端口输出并连接二极管D19及三极管Q6。MCU采集Q6集电极电平高低变化,以此确定是否感知到人员存在。同时,MCU通过控制Q5导通与否,实现BISS0001工作与关闭,降低功耗。二极管D17,D19具有单向导通功能,提高了控制的稳定性,同时防止MCU管脚因电压过高而损坏[3]。
图4 红外感知单元电路
2.4 微波探测单元
微波探测单元电路如图5所示。微波模块HB100为电路核心,以LM324为外围电路。MCU生成的PWM波控制Q3通断,在低占空比脉冲供电(PW)模式下工作时,由宽度为20μs、频率为2.0kHz的脉冲供电,10%的占空比脉冲供电时平均电流为1.2~4mA,有效降低了电路功耗。当探测到人员时,HB100的IF脚输出信号,经C19(滤除直流信号),R33耦合到LM324同相输入端进行放大。方波通过C20,R34耦合到LM324构成的比较电路,转换为相同频率方波,传输至MCU管脚PD1。高低电平的变化触发MCU中断程序,计算出频率值,根据频率变化确定是否有人员变化[4]。
图5 微波探测单元电路
2.5 其他单元
声光报警单元用于支架动作前和支架动作中的警示,声音和灯光可同时或单独启动。多个LED指示灯指示电源通断、程序运行状态等。数字地和电源地有效隔离,增强了模块的稳定性和抗干扰能力。温度监测单元用于监测当前环境实时温度,修正探测误差。
3 模块软件设计
人员感知模块软件主要完成电源电压稳定性监测、模块工作电流监测、指令接收、数据上传、探测单元功耗控制、探测信号接收、声光报警、温度监测等功能。软件流程如图6所示。
图6 人员感知模块软件流程
人员感知模块通信协议采用MotoBus协议,应用中只需发布对应的数据链表即可实现集成应用。为保证通信的稳定性和准确性,防止通信数据丢失,增加了通信缓存队列设计,并计算了通信冗余量。探测信号处理程序基于模糊路基数码分析算法[5],具备全范围精密温度补偿,抗干扰能力强,可防误报,提高了人员感知模块的灵敏度和准确度。
4 结语
液压支架电控系统人员感知模块可实现液压支架执行动作前获取人员所在位置信息的功能,以保证工作面所有人员的安全,具有很好的应用前景。
参考文献
[1]赵曼,武风波,汪正进,等.矿井信号收发器通信模块设计[J].工矿自动化,2014,40(12):9-12.
[2]曾李荣.红外热释电BISS0001处理芯片级电路的应用[EB/OL].[2012-4-10].http://wenku.baidu.com/view/09ecaf777fd5360cba1adb56.html?re=view.
[3]严刚峰,方红,杨维,等.减小干扰源耦合影响的电路设计探讨[J].工矿自动化,2014,40(5):22-26.
[4]Agilis通信技术公司.HB100微波模块使用说明书[EB/OL].[2014-08-20].http://wenku.baidu.com/view/aa24b94b852458fb770b56f0.html?re=view.
电控液压 篇4
车辆智能化已成为全球车辆工程领域的研究热点, 自主导航行驶作为其关键技术之一, 受到各国研究者和相关机构的青睐。车辆自主导航行驶需要对原有的转向机构进行改造, 满足自动控制的需求。农业车辆自主导航尽管起步较晚, 但也取得了一定成果, 农业车辆原有转向机构多采用液力转向, 因此对其机构改造多通过添加电控液压阀的方法[1,2]。为了对改造后的转向机构和转向控制器参数、性能与可靠性等进行评估, 电控液压转向系统仿真是必不可少的工作之一[3]。
液压系统的仿真部分采用是根据其工作原理在Simulink等仿真软件中建立数学模型的方法, 但液压系统及其元件具有复杂的非线性和时变性, 得到较为精确的数学模型比较困难, 必须对模型进行简化, 造成了简化程度与精度之间的矛盾[4]。还有一部分使用AMESim等液压专用仿真软件, 这些软件具有丰富的模型库和图形化操作界面, 但仿真控制策略的能力较弱[5]。也有部分研究者, 将二者结合进行联合仿真, 但费时且使得仿真变得愈加复杂, 不利于工程实际的运用[6]。Sim Hydraulics具有较完善的商品化液压元件物理网络模型, 并且这些基础元件模型还可重新组合创建新的液压软件模型, 这些模型可根据液压系统实际环境建模。通过sensor模块和source模块可以便捷的引入控制策略, 结合Sim M echanics引入机械部分, 整个仿真过程全部在Simulink单一环境下进行[7], 直观方便, 非常有利于车辆上液压系统部分的开发和仿真。
1、电控液压转向系统
本文所述所改造的电控液压转向系统基于某型农业车辆, 系统原理图如图1 所示。其中元件1、2、4、5 和6 是车辆原有转向机构, 在原有转向机构油泵2 之后加装两位四通换向阀3 起到切换油源流向作用, 换向阀3 通电工作后, 油泵泵出的液力传动油经过油滤7 输送给三位四通比例换向阀9, 达到自动转向的要求。控制器10 根据上位机发出的期望转角命令和角度传感器11 发出的实际转角信号, 计算控制量控制比例阀开口方向和大小将液压油输入转向油缸6 的左或右腔, 推动前轮转向。
液压系统的油泵提供排量6.3L/min、工作压力16MPa的恒流油源[8];采用DBW10B1-52/3.15-6EG24N9K4 型溢流阀, 泄压值设为3.5Mpa;比例方向阀型号为4WREE10E75-22/G24K31/A1V型;转向油缸缸径为50mm、杆径为25mm;转向轮为5.00-15 型农用车轮胎, 连接管路为橡胶油管。上述元件的具体参数均详细可查。
2、建立仿真框图
根据电控液压转向系统实际工作部分, 使用Sim Hyd raulics建立的仿真框图如图2 所示。
图2 中油泵部分 (Pump Unit) 由系统压力值设定由常量值 (constant) 和数字信号转物理信号模块 (S-PS) 构成, 油泵 (Idea Hydraulic Pressure Source) 的进油口 (T) 连接由油箱 (Hydraulic Reference) 和液压介质 (Hydraulic Fluid) 构成[6], 油泵出口 (P) 连接比例阀进油口, 最终构成工作压力为16MPa的恒压油源。通过溢流阀设定系统工作压力为3.5MPa。
轮胎负载部分 (Tire Load) 由质量 (M) 、阻尼 (TD) 、摩擦力 (TF) 、刚度 (SPR) 和基点 (MTR) 等组成。输入端连接在转向油缸杆上, 输出端连载运动传感器 (Ideal Translational Motion Sensor) 物理接入点 (C端) 上。运动传感器将载有轮胎负载的油缸杆位移量通过位移输出端 (P) 输出至物理信号转数字信号 (PS-S) , 输出到各部分示波器上。
根据信号发生器 (Signal Builder) 发出的控制命令和运动传感器的反馈通过加减器 (Subtract) 得出偏差值发送至转向控制器, 转向控制器采用带有死区的PD控制算法, 因此控制器由死区 (Dead Zone) 和PD控制器 (Controller) , 将转向控制器计算出的控制量通过S-PS转换成物理控制信号输入至比例阀驱动模块 ( Propotional and Serco-Valve Actuator) , 继而输入至三位四通比例阀 (4-Way Directional Valve) 信号输入口 (S端) , 控制比例阀A、B出口。
通过上述闭环系统可以发现, 前轮转角和转向油缸的位移量由直接关系, 通过标定找出二者的函数关系f (u) , 建立位移——转角转换模块, 通过角度示波器 (Angle) 观测仿真结果。电控液压转向系统仿真结果能否达到预期的工作状态, 取决于PD控制器死区值、P系数和D系数的确定。
3、电控液压转向系统的Sim Hydraulics仿真
在仿真框图中输入相应元件型号实际参数和标定关系函数, 上位机输入的期望转角命令为10°, 分别以无PD控制器和带有死区的PD控制器进行仿真, 通过示波器得到仿真结果如图3 所示。无PD控制器紧靠偏差值调节时, 前轮转角超调量过大, 且出现了反复振荡现象, 不符合电控液压转向系统的要求。死区值为1.5°, 反复选取P、D系数, 当系数P和D分别取0.25 和0.01 时, 前轮快速达到期望转角并保持稳定, 符合农业车辆转向的需求。
4、结论
电控液压转向系统具有转向力矩大、响应快等优点, 非常适用于农业车辆。对其工况的仿真可以有效验证方案的可行性和动态响应特征, 大大缩短研制过程, 为后期具体改装提供良好的基础。Sim Hydraulics仿真工具提供了一种“所见即所得”的方法, 适用于车辆上液压系统仿真, 极大减轻研究人员的负担。
参考文献
[1]陈文良.拖拉机自动驾驶转向控制系统的研制[D].北京:中国农业大学, 2006.
[2]沈文龙, 薛金林, 张永.农业车辆电控液压转向系统的设计[J].湖南农业大学学报 (自然科学版) , 2014 (03) :325-329.
[3]李洪运, 卓桂荣.基于Sim Hydraulics的制动防抱死系统仿真分析[C].2010全国现代制造集成技术 (CMIS) 学术会议论文集.2010:330-340.
[4]胡东, 赵湘文, 蔡旭.基于Sim Hydraulics的兆瓦级风机液压型变桨系统仿真[J].机床与液压, 2009 (10) :205-208.
[5]郑洪波, 孙友松.基于Simulink/Sim Hydraulics的液压系统仿真[J].锻压装备与制造技术, 2010 (06) :31-34.
[6]孟亚东, 李长春, 刘晓东, 张金英.基于Sim Hydraulics的电液伺服系统实物仿真[J].系统仿真学报, 2009, 06:1596-1598+1601.
[7]刘勋, 刘玉, 李新有.基于Simhydraulics软件的电液伺服系统仿真分析[J].机床与液压, 2009 (10) :236-237+240.
电控液压 篇5
一、电控系统组成及原理
1. 总体结构
系统的结构很大程度上决定了系统的生命力、方便性、通用性、灵活性和扩展性。基于系统的生命力考虑,该电控系统采用CAN总线构架,以便在线数据采集、在线调试和故障诊断,并可实现灵活组合、扩展,同时具有很好的通用性。
该电控系统采用通用主控制器和专用I/O模块组合结构,以实现信号输入和控制输出功能。其总体结构如图1所示。
系统中机械与液压系统部分主要由柱塞泵和双速马达构成闭式静液压驱动回路,它通过齿轮箱、传动轴、驱动桥来完成行走驱动,通过驱动桥上的湿式制动器实现制动。电气控制部分的控制器通过CAN总线、I/O模块来实现信号采集和控制输出。输入信号有FNR开关、寸进踏板、转速传感器、驻车开关和高低速开关。控制输出的元件有柱塞泵电比例阀、高低速电磁阀和制动电磁阀。输入和输出信息通过CAN总线USB转换,在PC端显示。控制器参数可直接在PC端调整,并通过CAN总线下载至控制器。
2. 系统开发平台
对于工程技术人员来说,软件平台需要易用、高效,且不需在软件学习上花很大的精力。同时,软件平台还需要方便离线和在线调试。PLUS+1平台就是一个比较适合工程技术人员的软件平台,它包括图形化控制程序开发、服务界面开发2大主要开发工具和一个用于显示器开发仿真的模拟器。与Codesys平台相似,其控制程序开发工具中提供了基本的函数、计算、逻辑和一些功能模块,可直接选用,提高了开发效率。其界面开发是完全可视化环境,比较直观。同时界面开发与程序开发是直接相关联,完成开发后可通过PC终端完成程序下载、在线诊断和参数调整等。
3. 系统硬件
对于设备控制系统来说,一个控制上的小错误都可能导致严重的后果,为此系统硬件首要的要求就是安全可靠。此外,由于设备作业环境恶劣,所以对系统硬件的防护等级、抗干扰、抗冲击和抗振动等性能的要求都很高。根据功能的需要,本系统硬件包括主控制器、I/O模块、寸进踏板、FNR开关、高低速开关、驻车开关、开关电磁阀和比例电磁阀等元件。
综合各方面因素,主控制器选用综合性能优异的PLUS+1控制器。PLUS+1控制器的环境温度适应范围广,防护等级达到IP67,抗冲击和抗振动性能均满足IEC相关标准,电磁兼容符合CE认证。PLUS+1控制器是一个可编程的多功能控制器,输入和输出均带有多种可选形式可供自定义,控制器带有CAN总线接口,可满足CAN2.0和CAN OPEN协议,同时运算速度快,通用性强。
在保证安全可靠的前提下,I/O模块则可选用成本更具优势的定制产品。寸进踏板采用非接触霍尔传感器,性能更可靠,寿命更长。FNR开关、高低速开关、驻车开关、高低速和制动电磁阀均为与液压系统配套应用相当成熟的产品。
转速传感器和比例电磁阀则选自液压泵厂家提供的集成产品。比例电磁阀可用电流和PWM方式驱动,与控制器输出完全兼容。配合该款柱塞泵工作时,其工作特性曲线除受本身线性度影响,还将受系统压力影响。
4. 系统软件
控制软件是系统的核心,系统的所有控制功能都体现在软件上。软件设计时不仅要充分考虑稳定性和安全性,还需要考虑系统调试的方便性。同时要充分挖掘需求,以便构建软件框架。
本驱动系统是一个泵控系统,即由泵的主动变量来实现系统的调速,为此柱塞泵是驱动系统中的被控对象,比例电磁阀的电流是控制输出的主要参数。依据DA控制系统中转速排量相关的思路,构建的软件基本流程如图2所示。
基本流程只是软件系统的主线,为满足整机需求,实现不同环境温度下的调整和不同驾驶感觉的调整,以及符合安全标准等强制要求,需将用户的各种操作作为支线适时汇入到主线中。通过分析设备操作和各个环节的需求,将基本流程进行扩展和完善,得出的系统软件流程如图3所示。
为了确保得到稳定的状态量和数值,更准确地反应系统操作需求,同时也确保了操作安全,在输入环节,开关、模拟和脉冲输入量都经过前处理和复合逻辑处理。其中包括:转速脉冲需要滤波并转化为发动机转速值;确认是否有人为通过寸进踏板干预柱塞泵排量的情况;确认FNR开关及驻车开关的状态,并进行逻辑关系处理;通过输入量确定加速、减速、制动和换向等驱动状态。
在输入与输出关系的中间处理环节,需通过对输入和输出情况的判断,建立适合的输入与输出关系,以满足高效作业和良好的驾驶感受。车辆处于加速、油门调速、制动调速、紧急制动、方向切换和变换空挡等不同操作需求时,输入与输出的关系都有所不同,为此需要区别对待,以达到更好的作业效率和驾驶感受。
在输出环节也要经过安全逻辑、电流斜坡、开关量延时处理等,以避免误动作,从而降低系统冲击,增强安全性和稳定性。系统的运行参数则统一起来集中管理,在系统运行时参数可直接被引用。安全逻辑和故障诊断处理要贯穿整个系统,以便及时反应系统运行状态,保证出现故障时的信号输出安全。
二、性能分析
基于CAN总线的装载机静液压驱动电控系统,是为解决DA液控系统存在的问题,对DA液控系统进行升级而设计的控制系统,因此,性能分析也以DA液控系统为参照。在驱动的本质上,2种控制系统是完全一样的,都是一个泵控变量系统,不同的是控制方式的改变。总体看来,基于CAN总线的装载机静液压驱动电控系统有以下几点性能优势:
1. 系统对温度敏感性低
基于力士乐DA控制的静液压驱动液控系统原理如下:将DA控制阀安装于驱动回路的补油通道上,补油的流量通过DA阀阀芯中间的截流孔,在孔的两侧产生压差,与回位弹簧平衡,控制阀芯的位置调节泵的控制压力,从而达到泵控系统的调速功能。
当发动机转速上升时,泵的控制压力上升,系统速度提高;相反,发动机转速下降时系统速度降低,从而实现了发动机转速相关的自动无级调速。同时也可以通过机构或者液压直接调整泵的斜盘角度,实现与发动机转速无关的调速,以满足驱动功率与工作系统功率的分配。这种通过截流的方式实现转速相关控制的最大问题是受温度影响较大,由此导致其在寒冷地区的驱动性能与温热地区有较大差距。
基于CAN总线的电控系统根据转速传感器信号进行调节,因此在工作温度范围内不受影响。在泵的控制压力环节,DA阀(液控阀)的输出压力受温度的影响,而控制器的输出电流却不受温度影响。在寸进功能控制上,液控阀受温度影响,而霍尔角度传感器输出却不受温度影响。由此可见,电控系统在输入、输出和转换等环节都不受温度影响,明显比DA液控系统占优势。
2. 系统操控性好
在寸进和制动操作时,DA液控系统采用的是寸进制动组合阀控制,其压力输出曲线如图4所示。图4中横坐标表示寸进制动组合踏板转角百分比,纵坐标表示寸进制动组合阀输出压力,2条曲线折点的横坐标为寸进到制动功能转换时刻的踏板转角百分比。采用DA液控系统时,寸进制动组合阀块标定好后,其输出曲线即确定。而采用电控系统时,根据需要任意调整制动踏板寸进功能的范围及调节变化率,可使操作者达到不同的感受。同样,在发动机转速与泵排量控制关系上,电控系统可以设计多条关系曲线。与液控系统相比,电控系统不仅能使操作者操作感受更好,还可让发动机功率的利用率更高。
3. 加速、制动性能强
通过对编号CXG09041H001B0074 (搭载力士乐DA液控系统)和CXG09041T001C0043 (搭载电控系统)的2台装载机进行加速和制动测试,我们得到了2种控制系统的测试结果如附表所示。2种控制系统的测试结果
(1)加速曲线对比
2种控制系统的加速曲线对比如图5所示。从图5中两者的加速性能比较可以看出,2条加速曲线的形状十分相似,说明其加速过程十分相似,因此我们选择相同车速点的平均加速度来分析其加速性能的差别。
在纵坐标车速为10km/h处,图5a对应横坐标的行驶距离约为2.5m,图5b对应横坐标的行驶距离也约为2.5m。从平均加速度来看,这2段的平均加速度相等,约为1.55 m/s2。在纵坐标车速12km/h处,图5a对应横坐标的行驶距离约为3.75m,图5b对应横坐标的行驶距离约为4.0m。按平均加速计算得到加速度分别为1.48m/s2和1.38 m/s2,二者相差不大。在纵坐标车速16km/h处,图5a与图5b对应横坐标的行驶距离分别为15.0m和12.5m,用相同的方法计算得到加速度分别为0.66 m/s2和0.79 m/s2,二者相差也不大。由以上测试可以看出,2个系统的加速度值接近,电控系统在加速性能上达到了液控系统相应的性能。
从图5b可以看出,电控系统在车速达到16km/h后加速过程十分平缓。理论上讲,这一车速段发动机还有能力为液压驱动系统提供更大的加速度,因此电控系统在这个加速段的参数还有调整空间。
(2)制动曲线对比
从附表中的数据可以看出,液控系统的制动距离达到11m,已达不到国家强制标准的要求,而电控系统的制动性能则表现优异。
2种控制系统的制动性能曲线对比如图6所示。从图6a可能看出,在制动一半距离时车速仅降低了约1km/h,几乎没有制动效果,很象制动信号延迟了1s产生的效果。分析认为,液压系统受温度影响较大,且每个产品都需要进行性能调试,因此有可能是液压油温度还较低或调试不到位,导致反应延迟。为了排除这种因素的影响,我们将其制动效果明显的后半段与电控系统进行比较。
图6a青色线位置约为制动距离为5.5m的位置,与制动结束的11m制动距离差5.5m,我们将其看作是液控系统的制动距离。从图6b看出,电控系统的总制动距离为4.25m,在制动距离上占一定优势。从车速的波动上看,其车速波动也基本都保持在1km/h以内,基本属于平稳制动。
电控系统的制动性能可以通过调节制动加速度值来调整,理论上制动加速度还可以提高。由于我们未进行极限加速度值的测试,所以无法得知其制动性能达到什么程度。制动时还要考虑操作人员的舒适性,不是制动加速度越大越好。一般来讲,达到国家标准且在不影响操作人员感受的范围内,可适当缩小制动距离。
此外,电控系统在安全逻辑、功能扩展、发动机功率吸收拟合、系统调试和客户定制等方面都有其便利性,设计人员在软件和参数上进行调整,可使其性能进一步提高。
电控液压 篇6
在RS20系统送电前先把IPS的主控开关旋转到“OFF”位置。在智能电源IPS上进行接地测试。将主控开关从OFF打向EARTHTEST接地测试位置, 若阻值小于1K, 则显示红灯亮。若阻值小于100K, 大于1K, 则显示黄灯亮。若阻值大于100K为正常, 则显示绿灯亮。
测试正常后, 为SCC和IPS送电, 检查SCC的工作情况, 如果SCC的通讯故障指示灯不亮, 表明SCC送电正常。
SCC送电后, 要进行下面三个扫描检查过程:
地址扫描。SCC为每个SIM设置一个地址, 这个扫描过程从第1架开始, 按顺序进行到最后一架。
校验扫描。SCC检查每一个SIM的程序。求出SIM所包含程序的校验即程序的大小。如果校验的与SCC的要求不相符, 这个SIM就被关闭。这个扫描检查过程从最后一个SIM开始, 按顺序进行么第一个SIM。
上电扫描。SCC开启所有的SIM, 每一个被开启的SIM都会发出嘟嘟声。这个扫描检查过程从第一个SIM开始, 按顺序进行到最后一次SIM。
在进行第一个和第二个扫描过程期间, 工作面操作人员, 不应操作任何按键。
在校验和扫描检查期间, SCC的软件要验证工作面所有SIM的校验值, 和保存在SCC中的值相吻合, SIM才能运行它的主程序。工作面支架方可正常操作。
RS20电控系统故障分析及处理
根据我的实际工作经验, 对RS20电控系统不稳定故障率高, 找故障点难, 影响和平时间长, 进行分析, 造成久益RS20电控系统不稳定故障多的主要原因是19心架间电缆插头与SIM插座接触不良, 造成SIM与主机SCC通讯中断或不能复位, 使系统不能正常工作, 根据RS20电控系统的故障特点总结主要有三种故障类型:系统复位故障;接地漏电故障;通讯线路故障, 的处理顺序和方法, 帮助检修人员快速排除故障。
1 急停复位系统故障:
1.1 故障分析:
智能电源IPS内部有5个继电器1, 急停复位系统故障和系统压力, 如果有一个继电器送不上电, 都不能使系统复位, 工作面电磁阀电压送不上。IPS内部的1。2继电器检测着急停复位系统, 当复位按钮下时继电器1、吸合给工作面终端一个直流信号, 当终端接收到直流信号后, 产生一个间歇的交流信号通过工作面每台支架SIM上的急停按钮反馈到智能电源IPS中, 当智能电源接收到终端信号后内部继电器2、吸合开启工作面电源闭锁装置向工作面电磁阀供电。IPS面板终端信号监控指示灯 (RADIOTX) 显示正常接收终端间歇信号。3、4、5继电器控制大流量关断阀和系统压力, (此项功能未投入, 现用试验头短接) 由此可见造成复位系统不能正常复位的主要原困顺槽电缆, 架间电缆插头接触不良和SIM急停按钮损坏或急停按钮被操作, 使急停检测信号中断, 终端检测信号与智能电源IPS不能形成回路造成复位系统不能正常复位。
1.2 处理方法:
SIM急停按钮损坏或急停被操作, 一般通过SCC主机扫措能检测出来, 进入传感器和诊断菜单, 查看急停供电电压示意图 (ESTOP、FEED、VDTGE、PROFILE) 急停按钮损坏或急停被操作的SIM电压为零。
智能电源IPS显示窗 (E/SLOCAILN、FAULT、NO) 并显示具体位置, 显示 (100) 则是100号支架急停按钮损坏或急停被操作。
如果是架间电缆与SIM连接插头接触不良使终端检测信号与智能电源IPS不能形成回路造成的系统不复位, 智能电源IPS显示窗显示 (———) 此符合, 不显示数字符号。
此类故障SCC也检测不到, 只能采取二分之一分断检查法, 查找不复位故障, 首先关闭SCC主机 (因为系统不正常时SCC不断进行重复扫描, SCC在扫描过程中所有SIM被关闭影响查找复位故障) 用分段检测复位的方法进行查找故障点。首先在第一台支架SIM上插上终端是否能复位, 如能正常复位说明主机, 顺槽传输电缆到第一台支架SIM没有问题。用二分之一分断法在工作面中心架间电缆插上终端相看是否能复位, 如果能复位则故障点在工作面后关部, 继续在后关部分段查找缩小故障范围, 找到故障点后, 更换SIM或架间电缆再用绝缘清洗济清除电缆和SIM插头的煤粉保证接触良好。
如果智能电源IPS显F1表示IPS内部急停信号输出, 则是检测电路和急停振荡电路故障, 应更换智能电源IPS。
系统在复位期间智能电源IPS显示窗显示的故障信息。
显示屏显示F1, 表明急停信号有故障, 故障可能在终端插头或IPS内部。显示屏显示F2, 表明无急停信号。故障是由于连接电缆中断造成的。显示屏显示F3, 表明关断阀中电磁阀有故障。显示屏显示F4, 表明系统压力低于100BAR。显示屏显示F5, 表明电磁阀电源存在短路。
2 系统接地漏电故障
2.1 接地漏电故障分析:
该系统经常出现漏电现角, 应及时检查处理, 严得漏系统通讯信号损失增大使主机SCC无法正常投入使用。由于支架是跟媒机随时移动的设备, 架间电缆和架内传感器电缆经常挤拉, 造成电缆绝缘层和电缆插头损坏进水使系统漏电。SCC主机是由386计算机组成的, 因此对系统要求比较高, 系统漏电电阻不能小于100K, 阻值过低信号衰减增大, SCC主机不能正常与工作面SIM通讯, 系统不断重复扫描, SCC不能正常工作。
2.2 检查处理
首先将主机SCC关闭, IPS智能电源带有漏电检测系统, 将主令开关打向接地测试位置 (EARTH、TEST) , 能测试系统的电源地线和屏蔽线之间的电阻。并能通过漏电指示灯的三种不同颜色显示出来。将智能电源的主令开关从ON打向漏电测试 (EARTH、TEST) 位置。
系统漏电阻值小于1K, 则红灯亮, 大于100K侧绿灯亮:若阻值小于100K或大于1K则黄灯亮:系统正常工作值应在100K以上, 出现漏电现象多数都是电磁阀驱动器、传感器和电缆漏电, 检查此故障也应采取二分一分段检查法查找故障点。确定故障所在的架号后, 首先断开SIM直电磁驱动器的电缆, 再进行漏电测试。
如果测试正常, 问题在电磁驱动器和传感器电缆漏电, 应进一步检查更换。
如测试漏电存在, 问题则是SIM和架间电缆漏电, 应更换, 在检查过程中工作面可能出现多处漏电, 应按此方法逐步检查排除。
3 系统通风故障
3.1 通讯故障分析:
系统的通讯是指支架控制中心SCC与工作面每台支架SIM相互传递信息、指令。
主机SCC已周期扫描的方工检测控制着台SIM的工作状态和性能。系统的信息传递是通过19心的架间电缆和顺槽电缆完成的。如果其中有一根架间电缆内部的通讯线断路或接触不良都会使主机SCC与工作面SIM通讯中断, 使SCC不能检测到所设定的SIM数量相符出现的线路故障。称为系统通讯故障, 出现此故障系统不能正常工作, SCC将不断重复扫描, 寻找所设定的SIM数量相符和, 与其他SIM不能通信, 故称为通信故障。
3.2 通信故障处理
首先将SCC重新启动, 系统进行重新扫描, 并在扫描过程中观察扫描进度。
在通信中断的架号扫描将这止3秒至4秒钟, 在此架号的后一架就是故障点。SCC面板上通信故障指示灯亮。待SCC扫描结束后, 进入主菜单, 选区工作面示意图 (Face、Prfile) 在看扫描结束, 再通信中断的架号出现N符事情, 此处是通讯故障点, 进入传感器和诊断菜单, 查看该SIM的参数。
SIM正常静态值为SIM电压11.5-12V, SIM电流1.0-1.2MA, 电磁阀电压11.5-12V, 急停电压11.5-12V。
应到该架号断开架间电缆, 用绝缘清洗剂清洗SIM插座和电缆插头煤粉, 并查看插针有无弯曲损坏现象, 如有进行更换, 处理完后, 再将SCC重新扫描。观察故障是否排除。如故障不能排除, 说明该架号的SIM内部问题, 需要更换SIM。
摘要：本文通知对RS20电控系统故障引发液压支架不能动作进行分析, 并给出了具体的对策, 保证了使用安全, 使得顶板得到及时支护, 降低了成本, 节省了影响生产时间, 减少了工作量, 提高了工作效率和工作效益, 得到了单位上下的好评。
电控液压 篇7
国外在20世纪70年代开始开发研制液压支架用的电控系统, 80年代进人实质性应用阶段。90年代液压支架电液控制技术已经成熟, 工作性能和可靠性已能满足使用要求。
目前综采液压支架电液控制系统已经达到如下控制功能:在井下开采工作面实行自动控制, 通过在支架上安装的电液控制器、压力传感器、行程传感器、电液控制阀, 实现液压支架的自动移架、自动推移输送机、自动放煤、自动喷雾等成组或单架控制, 也可以实现对支架的单个功能进行控制。美国、德国、波兰等国家的液压支架电控技术走在世界前列, 其液压支架电液控制系统配置有故障诊断预警装置, 可实现液压支架与采煤机、刮板输送机联动和远程控制。
液压支架电液控制系统已成为先进产煤国家综采工作面液压支架的标准控制装备, 在美国、澳大利亚、德国等国家已经普遍应用。此外, 中国、斯洛文尼亚、南非、俄罗斯、波兰、墨西哥、加拿大等国家也已大量使用。当前国际上主流的液压支架电液控制器主要有:德国DBT公司的PM4型控制器、德国MAR-CO公司的PM31和PM32型控制器和美国JOY公司的RS20型3种控制器, 这3种控制器占总数的90%以上, 此外还有德国EEP公司的PRll6型控制器和蒂芬巴赫的ASGS型控制器等。德国采矿技术有限公司 (DBT) 是1995年末, 由当时的3个德国公司合并组成的。DBT公司是全球成套井下采矿设备供货商, 主要提供从液压支架、电液控制系统、输送机、刨煤机、采煤机到破碎机、辅助运输系统的成套设备和解决方案。
二、国内液压支架电控技术的发展现状
90年代末, 煤炭科学研究总院天地科技股份有限公司与德国玛坷公司合资成立了天地玛坷电液控制系统公司, 成为国内从事煤矿液压支架电液控制系统研究和开发的专业性公司。其技术与产品在中国得到了应用。2005年液压支架电控系统的最大用户神华集团与航天科技集团合作开发支架电液控制系统。航天科技经过不到2年的时间研制出了控制器, 已经做出了控制系统的样机, 已达到设计标准, 但目前还没有产品化。2007年针对电液控制系统, 我国出现了多个研发团队研制液压支架电液控制系统。2008年l月平顶山煤矿机械有限责任公司和中国矿业大学联合研制的液压支架计算机电液控制系统试验成功, 据该公司称2008年上半年即可转入批量生产。
我国液压支架电液控制系统研制已经历了多年时间, 但目前国产的液压支架电液控制系统还没有在井下推广使用, 许多综采工作面所用电液控制系统液压支架依然需要进口。我国研制的支架电液控制系统结合了中国煤矿开采的具体情况, 控制器的菜单完全中文化, 并且采用了多行形式, 更加便于操作。在控制上还处于单架和成组程控的初级阶段。系统中主控制台技术还不是很成熟, 支架与采煤机联动的全工作面自动控制系统还在研制阶段。但随着我国科技水平的不断提高, 液压支架电液控制技术会逐渐趋于成熟并推广使用。
我国液压支架电液控制系统发展缓慢的原因主要是控制器原件的可靠性、电路板的制作工艺较国外存在较大差距;加工水平低, 批量生产时产品达不到样机水平, 系统整体工作受到严重影响;研发团队和资金分散, 大量从事低水平重复性工作。
德国、美国、波兰等国家的液压支架电液控制技术已经相当成熟, 我国无论从理论上还是从当前技术水准上来说, 开发电液控制系统是完全可行的。从我国研发电液控制系统的历程来看, 几家科研单位研发的控制系统在地面试验可以正常工作, 在井下试验却不正常, 主要原因是煤矿井下环境恶劣, 粉尘大, 干扰信号强, 国产控制器的抗干扰能力差, 可靠性不够高。此外, 国产的电液控制阀在性能上与国外相比也存在较大差距, 主要表现在使用寿命、可靠性和制造精度上。目前, 我国科研单位攻关重点就是支架控制器的可靠性和电液阀的性能, 只要能得以改善, 国产液压支架电液控制系统的工业化实现将为期不远。
三、对研发液压支架电液控制系统的建议
针对电磁兼容技术, 作深入的分析研究, 提高系统的可靠性。以国外现有的成熟产品为借鉴, 分析其功能特点, 进行消化吸收, 以加快研发进度。支架电液控制系统的实现是一个复杂的系统工程, 不仅需要对控制系统的性能、操作、使用要求有很好的把握, 而且需要大量的人力物力加以配合。为此, 可采取如校企联合等方式, 集中优势力量, 各发挥所长。关注科学动态, 采用先进的技术和器件, 避免走弯路, 做重复性低水平工作。在研发工作取得阶段性进展时, 如可完成基本控制功能等, 需优化与完善系统的性能。
四、液压支架电液控制系统的发展趋势
液压支架电液控制器主要发展趋势是:操作软件向智能化方向发展;井下计算机和地面计算机形成网络, 通过总线传输数据, 进行远程控制, 实现工作面无人操作或少人操作;控制器和先导阀功耗将向更低方向发展, 井下的电源将大量减少, 使系统整体结构简单化。预计在未来的2~5年, 国产控制器将开始逐步取代进口控制器, 同时国产支架电液控制系统将在国内煤矿企业获得应用, 使生产效率大幅度提高, 自动化生产的水平将会上一个新的台阶。
五、结语
长期以来我国液压支架控制器大多依赖进口, 而且控制器供应被国际大公司垄断, 其价格也居高不下。国产液压支架电液控制系统的研制成功将会打破国外垄断的局面, 具有显著的社会效益和经济效益。同时, 国产控制系统结合了中国煤矿的实际情况, 更符合中国煤矿的实际需要, 将会有广阔的市场前景。
摘要：支护问题一直是困扰煤矿安全生产、产量和效率的重要问题。液压支架电液控制系统的出现和发展, 从根本上改变了井下工作条件, 并为煤炭的高效高产迅速提高奠定了基础。液压支架电液控制系统是目前液压支架最先进的控制方式, 是综合运用计算机、通信网络、传感、机械、电子、控制等技术于一身的一项高技术产品。
关键词：液压支架,电控技术,发展
参考文献
[1]王国法, 朱军, 张良.液压支架电液控制系统的分析和展望「J].煤矿开采, 2000 (2)
电控液压 篇8
拖拉机作业机组的智能化开始于拖拉机的机电一体化控制技术的研究和应用[1]。目前，国外的拖拉机如雷诺、约翰迪尔等，机电液一体化控制技术已经得到了广泛的应用，而我国尚处于起步阶段，没有形成面向市场的产品。
拖拉机电控液压悬挂系统主要由以下几部分组成:油缸(3)、油泵(1)、ECU、传感器(6和7)、悬挂机构(4)、换向阀(2)、悬挂犁(5)和操作面板等，其系统结构如图1所示。传感器感知拖拉机工作时犁的压力和位置信号并将信号送入ECU,ECU结合操作面板的设定信号，由控制算法输出控制信号经放大后控制液压缸的动作。电子控制单元按照控制策略计算输出控制信号，通过放大后控制液压缸进而控制悬挂机构的上升或下降。作为电控液压悬挂系统的重要组成部分，控制策略能使悬挂机构按照自动控制的要求保持合适的动作，是ECU设计的关键。
液压系统的动态响应特性是评价液压系统优劣的重要因素，所以准确地对液压系统的动态仿真对于改进液压系统的设计、提高液压系统的可靠性具有重要的意义[2];通过仿真研究各控制方案在各种负载下的响应，进一步了解系统特点，为系统设计提供依据。
2 仿真环境
AMESim是法国IMAGINE公司于1995年推出的一种基于键合图的高级建模、仿真以及动态性能分析软件[3]，是一个图形化的开发环境，用于工程系统的建模、仿真和动态性能分析[4]。AMESim面向工程应用从而使其成液压领域理想仿真工具。Simulink借助于MATLAB强大的数值计算能力，在工程领域发挥着巨大的作用，是当今主流的仿真软件。虽然Simulink提供了较为丰富的模块库，但是在MATLAB/Simulink下对液压系统进行建模以及仿真需要进行很多简化工作，使得仿真结果往往出现较大的误差[5]。随着MATLAB应用领域的扩大，很多工程设计与分析软件都提供与其进行数据交换的接口，以合理利用各自的优势解决问题。AMESim也提供了与MATLAB的接口，把这两个仿真工具联合起来使用，既能发挥MAT-LAB强大的数值处理能力，也能发挥AMESim突出的流体机械的仿真效能，取得更好的仿真效果。这种联合仿真的技术对多领域系统的仿真效果更是无与伦比[6]。
3 系统建模
AMESim与MATLAB的联合仿真，主要由MAT-LAB/Simulink中的S-Function将两者结合起来，通过修改文件名和设置系统参数，从而完成液压系统在联合环境中的仿真[7]。
根据拖拉机电控液压悬挂系统的物理模型，可以将其分为机械系统模型和控制系统模型两部分。其中，机械系统模型在AMESim下构建。构建的机械系统模型，如图2所示。
控制系统模型在MATLAB中完成。在AMESim中按照拖拉机电控液压悬挂系统的结构选择合适的元件构造好框架，按照凯尔1404拖拉机的参数设置各仿真参数，利用Interface菜单创建控制模块，将控制模块和机械系统相对应部分连接，运行该系统模型产生可以在Simulink中使用的S函数。控制系统模型在MATLAB/Simulink中创建，通过Simulink中的S-Function模块将AMESim产生的S函数加入到SIMU-LINK中，从而完成整个电控液压悬挂系统建模。
耕深力位综合调节方法:传统拖拉机液压悬挂系统力调节和位调节是靠机械机构控制液压系统动作，从而使拖拉机的牵引阻力保持恒定或使农具与拖拉机维持恒定的位置，这种调节方法依靠的是调节手柄等机械结构的相互配合。电子控制的力位综合调节方法是力调节和位调节以一定的比例参与耕深调节，这个比例就是力调节和位调节在整个自动控制中所占的比重。其具体实现方法是:在拖拉机耕地作业过程中，通过安装在提升臂上的角度传感器测得实时耕深H1，通过安装在下拉杆上的力传感器测得耕地的阻力大小F，并将阻力值转化为一个耕深值H2，将H1和H2以一定的比例送入控制器，被控制器处理的量H为H=a H1+(1-a)H2(其中，a是力位综合度系数，定义为位置控制占力位综合控制的比例)。控制面板上的设定耕深与H进行比较，根据一定的算法输出控制量，对悬挂系统进行控制。这样，就可以将力位综合调节转化为拖拉机液压悬挂系统的位置控制。根据以上原理，在Simulink中建立控制系统模型，如图3所示。
拖拉机电控液压悬挂系统是一套复杂的系统，要想对液压系统进行精确控制，需要运用恰当的控制理论和方法。模糊控制是一种基于模糊规则的控制系统，控制规则直接从专家经验得出，是一种蕴涵着人工智能、推理和决策的控制方式，模糊控制不依赖被控对象精确的数学模型，能够克服非线性因素的影响，具有较强的鲁棒性。本文模糊控制对拖拉机电控液压悬挂系统进行仿真。
模糊控制系统需要编辑模糊控制器。选择模糊控制器的类型为Mamdani型，如图4所示。在MATLAB的FIS Editor里分别编辑偏差e、偏差变化率de和控制电流i的隶属度函数，使用三角形作为隶属度函数。本系统中的模糊控制规则为双输入单输出，这种控制规则通常是使用模糊条件语句表达，编辑控制规则是模糊控制器的核心，是对操作者在控制过程中的实践经验加以总结而形成的模糊条件语句的集合。完成控制规则的编辑后可以利用曲面观察器和规则观察器显示控制规则，如图5和图6所示。
完成模糊控制器的设计后，将模糊控制器输入工作空间，运行仿真。
4 仿真结果
输入参数为:油缸位移设置为恒定值40mm，阻力值设置为从10kN降低到5kN，阶跃时间为3s，仿真时间为6s。分别将力位综合度系数设置为1,0.5,0，运行仿真，得到不同力位综合度系数下油缸位移的曲线如图7～图9所示。
从仿真结果可看出，使用位置模糊控制的力位综合调节法，在力位综合度系数为1，完全的位置调节时，系统在1.5s达到平衡，达到稳定后没有出现振动现象;当力位综合度系数为0，完全的力调节时，在3s阻力从10kN降低到5kN时，油缸位移从33mm减少为17mm，相应的耕深增加;当力位综合度系数为0.5时，在3s时，油缸位移从32mm减少为28mm。从此可以看出，单纯的位置调节时，阻力的变化对耕深并没有影响;当力位综合度系数越小，阻力对耕深的影响越大。
模糊控制不依赖系统的精确数学模型，因而对系统参数变化不敏感，具有很强的鲁棒性[8]，该仿真也验证了模糊控制适用于拖拉机液压悬挂系统。
5 结论
本文采用了AMESim和MATLAB对拖拉机电控液压悬挂系统进行了仿真，提出了电子控制的力位综合度调节方法，并采用位置模糊控制对液压悬挂系统进行了控制。仿真表明，拖拉机液压悬挂系统工作是稳定的，模糊控制和文中提出的力位综合调节方法适用于电子液压悬挂系统。
摘要：介绍了拖拉机电控液压悬挂系统的结构组成和工作原理,通过MATLAB/Simulink和AMESim软件对该系统进行了联合仿真。同时,提出了力位综合调节方法,并用位置模糊控制对拖拉机液压悬挂系统进行仿真,得出悬挂系统在不同综合度系数下的响应曲线。仿真表明,提到的力位综合调节方法和模糊控制适用于拖拉机电子液压悬挂系统。
关键词：拖拉机,液压悬挂,联合仿真,AMESIM,MATLAB,模糊控制
参考文献
[1]谭彧.拖拉机液压悬挂和加载系统特性研究[D].北京:中国农业大学,2004.
[2]万理想,丁保华,周洲,等.基于AMESim和Simulink的液压伺服系统动态仿真[J].煤矿机械,2007,28(9):40-42.
[3]安林超,廉自生.基于AMESim的安全阀动态特性仿真[J].煤,2009,13(5):36-39.
[4]王云峰,谭宗柒.基于AMESim/Matlab的液压缓冲器仿真与优化[J].机床与液压,2008,36(3):167-203.
[5]李瑾,邓卫华.AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真技术及应用[J].情报指挥控制系统与仿真技术,2004,26(5):57-58.
[6]孙衍石,靳宝全,熊晓燕.电液伺服比例阀控缸位置控制系统AMESim/Matlab联合仿真研究[J].液压启动与密封,2009(4):38-42.
[7]杨扬,龚国芳,胡国良,等.基于AMESim和MATLAB的盾构推进液压系统仿真[J].机床与液压,2006(6):119-121.
