單片機液壓調平系統研究

1、《裝備制造技術））：ｚｏｏｓ年第５期基于單片機的液壓調平系統研究劉克福１。李曉虹２（１西華大學機械工程與自動化學院，四川成都６１００３９；２西華大學能源與環(huán)境學院，四川成都６１００３９）摘要：針對火炮野外作業(yè)時各種位置狀態(tài)和不同俯仰角度較復雜的特點，以單片機ＡＴ８９Ｃ５１為主控制器、液壓缸為執(zhí)行機構、雙軸傾角傳感囂為傾角的反饋元件。采用向中點看齊的調平策略，設計了一種火炮性能測試液壓調乎平臺，該平臺能自動調平和按要求自動傾斜，實現了野外

2、作業(yè)時各種位置狀態(tài)的實驗室模擬。關鍵詞：性能測試；單片機；液壓平臺；調平策略中圖分類號：ＴＰ２７２文獻標識碼：Ａ文章編號：１６７２—５４５Ｘ（２００６）０５－００１５－０３對火炮進行性能測試時，要求能模擬野外作業(yè)時的各種位置狀態(tài)和工況。為此，筆者設計了一種基于單片機ＡＴ８９Ｃ５１為控制中心的自動液壓調平平臺。該實驗臺能快速精確調平，并能按照設定要求進行工、ｙ方向的傾斜，傾斜角度范圍，誤差范圍小于，可實現火炮野外作業(yè)時各種位置狀態(tài)和俯仰角

3、度的實驗室模擬，用于火炮出廠前各種工況的性能測試。１２傾角傳感器的布置在本設計中，傾角傳感器作為系統的重要組成部分，有著舉足輕重的地位。它將液壓平臺ｘ、ｙ方向的傾斜角度ａ弗反饋給單片機，因此傾角傳感器的好壞和布置方式直接影響到系統的調平時間和調平精度。在本系統中，采用ＮＳ－４５／Ｐ２數字輸出雙軸傾角傳感器，直接與單片機相連。布置時，其雙軸分別沿平臺的ｚ、ｙ方向布置。１支撐方案設計２調平算法研究１１支撐點數分析與確定目前，調平系統支撐方式

4、主要有三點支撐、四點支撐和六點支撐三種情況【１氣三點支撐較易實施，調平相對容易，缺點是抗傾覆能力差，調平后的水平誤差較大。若三點式平臺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。六點調平支撐可靠，抗傾覆能力強，但存在靜不定問題，容易產生“虛腿”。靜不定次數越高，系統越復雜。六條腿支撐一個平臺，按照三點決定一個平面的原則，支撐腿可構成２０個穩(wěn)定平面。當平臺水平

5、度不滿足要求時，理論上存在２０種調平策略可使平臺調平。多組調平策略的選擇給整個控制系統帶來了巨大的計算負擔，在一定程度上影響了控制的實時性。結合系統應用的實際情況，綜合考慮平臺穩(wěn)定性、調平精度、系統成本等因素，本實驗平臺采用液壓缸四點支撐調平法，兩傳感器夾角為９００，水平誤差為皓、／Ｆ艿叫，較三點支撐小。其支撐結構如圖ｌ所示。調平過程有單向調節(jié)和多點調節(jié)兩種方案。多點調節(jié)時各點同時運動，由于工作平臺是－－Ｎ性結構，其平衡處于靜不定狀態(tài)，

6、多點調節(jié)時因每個支撐腿的位移、速度不同，四個支撐腿的運動相互制約，具體控制算法難以實現，而且由于每個支撐腿的受力不一致而容易發(fā)生過載或虛腿。因此本系統采用單向調節(jié)的方案，即先將Ｘ軸方向調平，再將ｙ軸方向調平［Ｓｌ。雖調節(jié)時間稍長，但協調性好。在單向調節(jié)中，大多數的調平策略是向高點看齊法?？紤]到向高點看齊時每個支腿的移動時間長，本設計采用向中點看齊的方法，即通過傾角傳感器輸出Ｘ、ｙ方向的傾角信號ａ和口，以圖１所示中的點Ａ為原點，計算出各點

7、高度ｋ、ｈ、ｋ、ｈ。，找出低點、高點和中間點，中間點取與低點和高點平均值最接近的點，并以中間點為基準，將低點調高、高點調低。調平后，對兩個軸方向進行鎖定。當要進行Ｘ軸方向的傾斜時，鎖定ｙ軸方向水平，由單片機給出控制脈沖控制ｘ軸方向的數字閥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軸的傾角信號口反饋給單片機，由此判斷平臺的傾斜程度。當傾角傳感器的反饋信號與傾角輸入值的差在誤差范圍內時，則石方向傾斜完成。

8、同理可對ｙ軸方向進行傾斜。程序流程如圖２所示。圖１液壓平臺支撐結構示意圖收稿日期：２００８－０２—１８作者簡介：劉克福（１９７ｌ一），男，四川成都人，講師，碩士，主要從事機、電、液一體化自動控制方面的教學與研究。ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ５，２００８４控制系統總體方案設計圖４為控制系統結構原理圖。主控制器選用ＡＴ８９Ｃ５１單片機，主要用于信號的采集，數據處理、控制信號的輸出等，它是整個控制設備的核

9、心。傾角傳感器、壓力變送器直接與單片機相連。數字方向流量閥和單片機之間通過環(huán)分驅動器相連。調平時，傾角傳感器將平臺水平狀態(tài)信息位和１３傳給單片機，經單片機處理后，輸出相應脈沖信號，控制數字閥中步進電機的轉角和轉向，進而調節(jié)進入液壓缸油液的流量和方向，直到平臺調平。調平后，單片機使數字閥回到中位，液壓鎖可靠鎖緊液壓缸。平臺調平后需要傾斜時，由鍵盤輸入傾斜的方向和角度，單片機計算數字閥的脈沖數并向相應的數字閥輸出控制信號，使平臺傾斜。平臺在

10、傾斜過程中，傾角傳感器不斷檢測反饋當前平臺的傾斜值，由單片機比較反饋值和給定值之差，當反饋值在給定的精度范圍內３液壓回路設計圖２調平算法程序流程圖時，平臺達到設定要求的角度，單片機使數字閥復位，液壓鎖鎖緊液壓缸，平臺傾斜完成。當調平或傾斜完成以后，由單片機發(fā)信號給電磁溢流閥，使液壓泵卸載，以節(jié)約能源。圖３所示為調平液壓系統原理圖。考慮到電液數字閥可用Ｉ壓力變送器Ａｈ數字信號直接控制液流的壓力、流量和方向舊，本設計選用增量式數字方向流量閥