本發(fā)明涉及一種基于模糊PID方法的全液壓四輪驅(qū)動底盤電液防滑控制系統(tǒng)，適用于機械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，我國現(xiàn)代施藥裝備相對缺乏，高桿作物中后期施藥裝備更加缺乏，圍繞高稈作物對現(xiàn)代施藥機械裝備開展研究很有必要，也極為迫切。

高地隙自走式底盤，作為高桿噴霧機的支承和動力部件，全液壓四輪驅(qū)動，工作幅寬達(18～24)m，屬于超大型農(nóng)業(yè)裝備。行駛中，如果地面附著系數(shù)較小或兩側(cè)附著系數(shù)不等，常常會使作業(yè)機械驅(qū)動力矩超過輪胎與地面間的附著極限，產(chǎn)生驅(qū)動輪過度滑轉(zhuǎn)，出現(xiàn)側(cè)滑、激轉(zhuǎn)、側(cè)翻或轉(zhuǎn)向反應(yīng)遲鈍等喪失穩(wěn)定性和方向性的危險局面，所以合理地調(diào)節(jié)輪胎與地面間的作用力即進行驅(qū)動防滑控制，對提高作業(yè)機械的主動安全性和經(jīng)濟性、減小事故風險等都具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于模糊PID方法的全液壓四輪驅(qū)動底盤電液防滑控制系統(tǒng)，對于田間作業(yè)機械，特別是大型農(nóng)業(yè)裝備，先模糊判斷打滑情況，再對打滑車輪進行有效的PID調(diào)節(jié)，可以大大提高機械運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，保障作業(yè)過程安全。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：所述控制系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)速變送器采集四輪轉(zhuǎn)速，輸出信號為(0-5)V電壓，經(jīng)ISO4014高精度四通道模擬量輸入數(shù)據(jù)采集模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，模糊控制器編制串口通信協(xié)議讀取四輪轉(zhuǎn)速信息。利用ZX-HS型正反轉(zhuǎn)探測器(又名轉(zhuǎn)向傳感器)檢測轉(zhuǎn)向信息，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，模糊控制器直接讀取。

所述控制系統(tǒng)選用STC89C52RC單片機作為模糊控制的處理芯片。STC89C52RC單片機屬于5l系列單片機，資源豐富，時鐘范圍約在(140)MHz，可以實現(xiàn)本系統(tǒng)的信號采集及模糊控制。所設(shè)計的模糊控制器，首先采集轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向共5路信號。采集完成后利用模糊規(guī)則推理判斷打滑情況，并決定其打滑嚴重程度。若有打滑，選取打滑最嚴重的車輪信號，作出速度差量。最后，將打滑最嚴重車輪的速度差量進行D/A轉(zhuǎn)換并信號放大，利用多路開關(guān)導(dǎo)通打滑最嚴重車輪的PID回路進行調(diào)節(jié)，滑轉(zhuǎn)率控制在要求的范圍內(nèi)。完成車速調(diào)節(jié)后，關(guān)閉PID調(diào)節(jié)回路。

所述控制系統(tǒng)選用DC-1020微電腦作為PID控制器。DC-1020微電腦內(nèi)建“PID+Fuzzy”運算法則，可以提供PI、PID等多種控制模式，需要根據(jù)被控過程的特性確定比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。在實際應(yīng)用中。通常采用工程整定方法確定PID控制器各參數(shù)，以滿足控制精度的要求。

根據(jù)防滑控制需要，控制器主體完成車輪打滑判斷，PID回路完成車速調(diào)節(jié)，使作業(yè)機械正常行駛。

本發(fā)明的有益效果是：對于田間作業(yè)機械，特別是大型農(nóng)業(yè)裝備，先模糊判斷打滑情況，再對打滑車輪進行有效的PID調(diào)節(jié)，可以大大提高機械運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，保障作業(yè)過程安全。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明的驅(qū)動電液防滑系統(tǒng)原理框圖。

圖2是本發(fā)明的模糊控制器結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明的PID調(diào)節(jié)回路圖。

圖4是本發(fā)明的控制器軟件程序流程圖。

圖5是本發(fā)明的馬達m₂液壓原理圖。

圖中：1．電機；2壓力表；3．節(jié)流閥；4．加載液壓泵；5．轉(zhuǎn)速傳感器；6．液壓馬達；7．電液比例流培閥；8．溢流閥；9．液壓泵。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1，控制系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)速變送器采集四輪轉(zhuǎn)速，輸出信號為(0-5)V電壓，經(jīng)ISO4014高精度四通道模擬量輸入數(shù)據(jù)采集模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，模糊控制器編制串口通信協(xié)議讀取四輪轉(zhuǎn)速信息。利用ZX-HS型正反轉(zhuǎn)探測器(又名轉(zhuǎn)向傳感器)檢測轉(zhuǎn)向信息，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，模糊控制器直接讀取。

如圖2，控制系統(tǒng)選用STC89C52RC單片機作為模糊控制的處理芯片。STC89C52RC單片機屬于5l系列單片機，資源豐富，時鐘范圍約在(140)MHz，可以實現(xiàn)本系統(tǒng)的信號采集及模糊控制。所設(shè)計的模糊控制器，首先采集轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向共5路信號。采集完成后利用模糊規(guī)則推理判斷打滑情況，并決定其打滑嚴重程度。若有打滑，選取打滑最嚴重的車輪信號，作出速度差量。最后，將打滑最嚴重車輪的速度差量進行D/A轉(zhuǎn)換并信號放大，利用多路開關(guān)導(dǎo)通打滑最嚴重車輪的PID回路進行調(diào)節(jié)，滑轉(zhuǎn)率控制在要求的范圍內(nèi)。完成車速調(diào)節(jié)后，關(guān)閉PID調(diào)節(jié)回路。

如圖3，控制系統(tǒng)選用DC-1020微電腦作為PID控制器。DC-1020微電腦內(nèi)建“PID+Fuzzy”運算法則，可以提供PI、PID等多種控制模式，需要根據(jù)被控過程的特性確定比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。在實際應(yīng)用中。通常采用工程整定方法確定PID控制器各參數(shù)，以滿足控制精度的要求。

如圖4，根據(jù)防滑控制需要，控制器主體完成車輪打滑判斷，PID回路完成車速調(diào)節(jié)，使作業(yè)機械正常行駛。

如圖5，分別給兩臺馬達安裝一致的轉(zhuǎn)速變送器，連接好模糊控制器和PID調(diào)節(jié)器。對于PID調(diào)節(jié)的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小，采用工程中常用的臨界比例法整定。經(jīng)參數(shù)整定，比例系數(shù)P為20％，積分時間I為0.4，微分時間D為0.1。實驗中，滑轉(zhuǎn)率設(shè)定為0.05。當滑轉(zhuǎn)率大于0.05，認為馬達m₂打滑。為了便于觀察，分別用光電轉(zhuǎn)速表測量馬達m₂轉(zhuǎn)速，用萬用表測量馬達m₂的轉(zhuǎn)速變送器電壓信號輸出。