基于ARM的液压模拟加载系统的设计

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

液压加载具有功率-质量比大，功耗相对比较低、加载力稳定性好且大范围无级可调、自润滑寿命长、易实现加载力的安全保护、便于控制自动化的实现等诸多优点.是各种大中型装置中进行加载的首要选择，并被广泛应用。但在实际加载过程中.液压加载多用实物加载来完成 .导致液压系统的检测精度低 .无法实现油路的直接加载本文利用 ARM嵌入式系统搭建了液压模拟加载系统 .通过调节电液比例溢流阀的溢流压力[21.使液压缸输出相应的加载力。同时采集液压系统的压力、温度、流量参数，实时监测液压系统的运行状态并反馈给液压加载系统.最后通过神经网络 PID控制.实现了液压系统的快速精确加载 该方法解决了实物加载质量大、操作复杂、精度低的问题，为液压系统检测提供了新的思路1 模拟加载系统总体结构现池制器主要完成压力、温度、流量的数据采集与压力调控设施的直接调控功能。远程客户端是模拟收稿 日期：2013-O1-O8作者简介： (1988-)，男，山东临沂人，硕士研究生，研究方向：机械故障诊断与检测。

6加载系统的监测管理端.它汇总所有现池制器的压力、温度、流量数据，完成数据存储、处理和系统总体配置等功能 现池制器采用的是 ARM嵌人式系统.完成控制量的输出、信号的采集及数据的传输。模拟加载阀块主要完成油路压力的调节.实现液压系统负载的模拟 远程客户端采用通用 PC机.也可根据实际情况采用便携式 ARM系统 控制器与远程客户端通过 GPRS进行数据通讯。模拟加载系统结构框图如图 1所示。

图 1 模拟加载 系统1.1 ARM现池制器模拟加载系统采用嵌入式系统作为现池制器嵌入式硬件系统采用核心板和底层板分离的模式。如图 2所示。核心板主要 由处理器 $3C6410A、FLASH、SDRAM等核心部件组成。底层板由各种扩展卡槽 、RS232、D/A转换拈、GPRS拈等扩展部件组成，便于与其他设备连接Hydraulics Pneumatics& Seals/No.O7.2013图 2 控 制器硬件 组成1.2 数据采集 系统数据采集系统主要包括两个三线制压力传感器、- 个温度传感器、-个流量传感器。压力传感器安装在液压油路进、出油口，对压力信号进行采集。温度和流量传感器根据实际需要可灵活选择安装位置.主要对加载工作过程中油液温度变化情况和流量变化情况进行监测。

1。3 模拟加载阀块模拟加载阀块主要有两个单向阀.两个电液比例溢流阀组成 其结构图如图 3所示。加载过程中通过现池制器输出的模拟电信号驱动溢流阀保持制定开度 .使先导式溢流阀 1和 2的开启压力保持在 5～30MPa范围内某-额定值。电磁阀处于左位时，液压油经过单向阀 1进入液压缸无杆腔.当液压缸有杆腔压力达到溢流阀2的额定压力时.有杆腔油液经溢流阀 2泄油.液压杆伸出 电磁阀处于右位时，液压油经过单向阀 1进入液压缸无杆腔 .当液压缸有杆腔压力达到溢流阀 2的额定压力时.有杆腔油液经溢流阀 2泄油。

液压杆伸出。至此液压缸伸出、收回过程结束，压力传感器 1、2记录下了两个液压腔的压力变化情况。

432阀PT1-换 向阀 2-压力传感 器 2 3-单 向闽 1 4-溢 流阀 15-液压缸 6-单向阀2 7-溢流阀2 8-压力传感器 1图3 模拟加载 阀块 结构 图1.4 D/A接 口电路现池制器需要控制溢流阀的开度大小，因此要求现池制器能够输出模拟电信号。所以D/A转换电路是必须配备的 本文采用 1O位 MAX504 D/A转换器接SPI总线，实现模拟量的输出。其接口电路如图4所示。

1.5 GPRS通讯拈模拟加载系统中选择 GPRS方式来进行数据的传输 .GPRS拈 与 ARM现池制器和远程客户端通过RS232进行连接 所 以本文选用 SIMCOM 公 司的SIM300拈.并开发了相关的串口连接电路。SIM300拈的默认波特率 l15200.集成了串口通讯拈的组件.通过它可以直接通过 DB9插座与控制器和远程客户端的 DB9插座进行连接[2vccU lO02 13IC1002EX103 5[gRE FINT 脚 T星害l E-O-ND fM 子 GNDGND图 4 MAX504电路连接图GPRS无线设备的联网是通过 ICP/IP协议完成的。

本文所采用的操作系统和 GPRS设备都支持 IC踟P协议.以便于无线应用程序的开发设计。

2 模拟加载系统软件组成2.1 软件系统结构远程控制中心的软件系统包括控制系统、数据采集系统、信息存储系统、数据处理系统∝制系统主要实现电液比例溢流阀阀芯开度控制指令的生成与发送.根据数据处理系统反馈过来的数据.重新对阀芯的开度进行控制：数据采集系统主要完成液压系统的压力采集和转换工作：数据处理系统主要完成采集数据的预处理，并把处理后的数据反馈给控制系统：信息存储系统主要完成数据的存储、绘制和查询。

2.2 溢流阀开度控制策略(PID神经网络控制)未经控制设定的模拟加载力与液压元件实际运动时承受的负载有所偏差 为保证模拟加载量保持在额定载荷，考虑到液压元件非线性、油温时变性等因素，模拟加载的控制系统采用神经网络 PID控制策略。

PID神经元网络从结构上可以分为输入层、隐含层和输出层。输入层有两个神经元，分别接收控制量的目标值和当前值[41。隐含层由比例元、积分元和微分元构成，分别对应着 PID控制器中的比例控制、积分控制和微分控制 输出层输出控制量∝制效果仿真，如图5所示。

2.3 软件操作界面设计远程客户端软件的设计开发是对远程客户端对现场控制器发送来的液压系统压力、温度、流量数据进行管理。

利用开发的软件实现压力、温度、流量采集参数的设置，存7液压 气动 与密 封/2013年 第 07期储历史数据以供查询。本文的软件编写采用 VisualBasic编译环境。远程客户端软件界面，如图6所示。

嘲柩PID神经网络控制图5 控制器控制效果图 图 6 模拟加载软件界面3 结束语该模拟加载系统已成功应用于装载机 、挖掘机、推·- ---- - ---- -- ------4---4-- - - - - - - .-4.--.-·-- ---(上接第 5页 )度，从而实现手动控制液偶的转速输出32 液偶转速自动控制自动控制时.控制装置将根据远程或本地给定的转速和液偶反镭来的实际转速以及阀位开度大小。

进行比较分析.按液偶特性专设的控制算法输出导管开度值，即调节阀位的开度。使得液偶输出转速和给定转速-致。从而对液偶实现线性无级调速3.3 自动控制各辅助泵电机3.4 保护和报警该装置的智能控制器可将采集到的液力偶合器的油温油压轴承温度等进行监控 .发现某个参数超标则及时报警，同时根据工艺要求作相应处理报警。

3.5 集中显示和记录运行参数该装置设有液晶屏.可集中显示和记录的运行参数：输入输出转速：导管控制和实际开度：给定转速：液油各点温度：液油各点压力：轴承各点温度：轴承各点振动值：电机电流：系统当前的各种工作状态可用液晶触摸屏很方便修改系统参数.具有 12条实时报警记录，保留 l2条历史报警记录等3.6 通讯联网该装置内带有工业联网串口RS-485.可支持工业领域使用最广泛的 Modbus通讯协议.同时可提供用户选择计算机远程操控装置8土机等大型工程机械液压系统的检测。实验结果表明，该系统具有加载精度高、速度快、软件简洁易操作、不受场地限制、耗油量少等特点。为工程机械作业效率、性能状况的检测提供了新的思路。