机械设计制造及其自动化课程设计-液压挖掘机工装轨迹控制及仿真技术

机械设计制造及其自动化课程设计-液压挖掘机工装轨迹控制及仿真技术内容摘要：

跟随输入参数的变化的能力不能令人满意。 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0050幅值 (dB)101100101102103104 3 6 0 2 7 0 1 8 0 9 0相位 (deg)动臂系统开环波特图G m = 7 6 . 3 d B ( a t 8 7 . 3 r a d / s e c ) , P m = 8 8 . 8 d e g ( a t 0 . 1 2 7 r a d / s e c )频率 ( r a d / s e c ) 图 39动臂系统开环伯特图 15 0 5 10 15 20 25 301 0 . 500 . 51动臂系统正弦跟踪时间 ( s e c )幅值响应 图 310动臂系统正弦跟踪16 第 4 章 控制系统的电路设计 示教再现控制系统，主要是完成针对一定的示教轨迹的采样、录入数据，在一定情况下再现示教轨迹的过程。 采样数据的获得，可现场由熟练工人操作手柄 是挖掘机完成一定的挖掘动作，从而获得一组关于动臂和斗杆相对位置的数据；也可由编程示教，通过键盘输入一组位置参数。 再现的过程由 CPU控制，读入和位置参数，按照一定的控制算法得出控制量，控制系统的执行机构 —— 电液伺服阀和液压缸，完成相应的挖掘动作。 系统总体结构如图 41所示。 图 41控制系统结构框图 目前，计算机发展朝两个方向发展，一个是 PC 微机，另一个就是单片机的发展。 对于现在这个系统我们选用在选用 PC作为微 处理器。 在自动控制系统机控领域中，常用微机对一些机器和设备进行实时控制和数据采集，而通常被检测和控制的量是连续变化的模拟物理量，如温度，电压，电流，气压，液压，压力，位移，速度等。 而微机不能识别这些模拟物理量。 为此为了完成控制，并且发挥计算机的计算和数据处理能力，需要将检测元件传回的模拟量转化为计算机能过识别和贮存的数据自量，这就需要有 A/D转换卡；另外为了实现对液压挖掘机的控制，还需要将数字量转换为模拟量用于液压挖掘机的轨迹控制，即还需要 D/A转换卡。 我采用专为 PC机及其兼容机设计的一种通用的 8位 A/D和 D/A转换卡， A/D电路采用带有 8通道的 8位 ADC0809芯片， D/A采用 DAC0832。 A/D电路，输入电压范围0~5V。 D/A电路设计为一路，输出电压范围为双极性 5V~+5V，当改变参考电压为+10V，输出范围为 10V~+10V，若改变连线，则可变成单极性输出 0~5V或 0~10V。 A/D电路可采用查询工作方式，也可工作在中断方式下，该卡若再附加一片 ADC0809，则可变成 16通道。 8通道的 A/D电路及一路 D/A电路示于图 44，17 角度传感器的选择 本系统采用的角度传感器是电阻式角位移传 感器，当它检测到角度变化时，其输出端的电阻值发生变化，从而引起输出端电压发生变化。 (1) 角度传感器的标定 本系统规定动臂的角度范围为 0~110176。 ，斗杆的角度范围为 0~120176。 为实际安装和测试方便，选择传感器的量程为 0~125176。 ，则有5/125=，即角度传感器每变化一度其输出电压变化。 (2) 角度传感器接口 角位移传感器相当于一个滑动变阻器，应使其工作在满量程的 2/3范围内。 为保证测量电压稳定，较少测量误差，角位移传感器及其接口电路如图 42所示。 由于供电电源纹波的大小直接影 响到 A/D转换的精度，故将电源电压经 330nF和 1000μ F电容分别进行高低频滤波，再经过 7809稳压后，供给角位移传感器。 为确保角位移传感器输出电压在 0~5V，对角位移输出端信号用1K电阻和 47nF电容进行滤波，二极管钳位后送入 ADC0809进行 A/D转换。 7 8 0 93 3 0 n F1 2 V1 0 0 0 μ F 3 3 0 n FA /D+5 图 42 角度传感器与 ADC0809的接口电路 A/D 转换器及其接口电路 该电路的输入端口由 74LS00和 74LS30及 38线译码器 74LS138所组成。 译码电路受 PC机 IOW和 IOR信号控制，即只有在进行 I/O读写操作时，该译码电路才起作用，为了减轻 PC机 IOW和 IOR线的负载，将它们经 74LS125缓冲， 74LS125工作在常通状态下。 本卡中共使用了六个地址，地址分配如下： 278H用于启动 ADC0809开始转换。 279H用于检查 A/D转换结束否。 27AH用于向 ADC0809发送允许输送信号 OE，以便将转换的数据取走。 27BH用于 D/A转换芯片 DAC0832的片选信号。 27CH用于 A/D的中断允许寄存器置 1，即相当于开 A/D中断。 27DH用于清零 A/D的中断允许寄存器，相当于关 A/D中断。 （ 1） ADC0809功能介绍 18 ADC0809是 CMOS器件，不仅包括一个 8位的逐次逼近型的 ADC部分，而且还提供一个 8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。 利用它可直接输入 8个单端的模拟信号分时进行 A/D转换，运动控制中应用十分广泛。 其主要特性如下： 1）分辨率： 8位。 2）转换时间：取决芯片时钟频率，如 CLK=500kHz时，转换时间约为 128μ s。 3）单一电源： +5V。 4）模拟输入电压范围：单极性 0～ 5V；双极性 177。 5V,177。 10V； 5）具有可控三态输出缓存器。 6）使用时不需进行零点和满刻度调 节。 （ 2） A/D转换工作方式 该电路由 DAC0809转换芯片、 74LS123单稳触发器， 74LS90分频器和 74LS74D触发器等组成，并带有 74LS74中断屏蔽寄存器，当程控开中断时， A/D转换结束信号 EOC可作为中断请求信号。 1）工作过程 本卡使用 74LS90将 PC机扩充槽的时钟信号 CLK分频变成适合 ADC0809工作的频率。 用口地址 27BH作为 AD0809启动信号送入地址，启动信号由数据线 D7位产生，而通道号由 D0D1D2产生，当选中 278H口地址，并且 D7位是由 1变成 0时，则经与非门 U产生一正阶 跃，用此信号出发单稳，产生约宽度 1181。 s左右的启动脉冲用于启动 A/D进行转换，实现此过程可用以下指令序列，如对 0通道启动采样： MOV DX， 278H MOV AL， 80H OUT DX， AL MOV AL， 00H OUT DX， AL 如对第 4通道采样，则可用如下指令序列： MOV DX， 278H MOV AL， 84H OUT DX， AL MOV AL， 04H OUT DX， AL 其他通道同理。 即用 D7位产生 1— 0的变化，以形成一个启动 A/D转换的脉冲，而 D2， D0， D1保持不变，以表示通道号 19 转换是否结束，采用查询方式，对口地址 279H不断进行读出操作，当第 7位为 1时，表示转换结束，可用口地址 27AH将转换结果取走，如可采用如下指令序列： MOV DX， 279H LOOP: IN AL， DX TEST AL， 80 JZ LOOP MOV DX， 27AH IN AL， DX MOV BUFFER， AL； 将转换结果送入缓冲区 INC BUFFER； 缓冲区地址加一 JIM START 转 A/D启动指令去执行 上述是 查询工作方式，若要中断方式下工作，则可采用如下指令序列： MOV DX， 27CH OUT DX， AL；开中断 „ A/D转换结束产生 EOC信号通过三态门，成为中断请求信号。 当从 A/D中断服务程序退出，主程序不再使用 A/D中断或退回 DOS时，应关 A/D中断屏蔽寄存器，以便将 A/D占用的中断号让出，即用指令： MOV DX， 27DH OUT DX， AL AL中可为任意数 2） A/D电路的检查 当完成了 A/D卡的制作及各种信号正确性调试后，就需进行 A/D转换正确性及精度检查了，可按如下步骤进行 ： （ 1）提供模拟量 选择 05v直流信号源（电池也可，用数字电压表将其调到 ，然后通过连接插头将其接到 0通道注意要良好的共地），然后开启微机，调用 DEBUG，键入如下程序，可单步或跟踪程序，当执行完 114偏移地址的指令时，应在 AL寄存器中装入 80+1bit，然后改变输入电压，再次运行上述程序， AL寄存器中存放结果应符合下表所列值： 输入电压（ v） 转换后 AL中的数字 0080177。 1bit 00ffibit 000177。 1bit 0040177。 1bit 20 3,75v 00C0177。 1bit （ 2）将电压分别接至其余通道，用上法运行下面程序 （需改变通道号），则AL中的数值也符合上表。 —— DEBUG —— A 0BFC: 0100MOV DX， 0278 0BFC: 0103MOV AL， 80 0BFC: 0105OUT DX， AL 0BFC: 0106MOV AL， 00 0BFC: 0108OUT DX， AL 0BFC0： 0109 MOV DX, 0279 0BFC0： 010C IN AL， DX 0BFC0： 0100 TEST AL， 80 0BFC。