基于CAN总线的混凝土整平机控制系统设计

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随着国民经济的不断发展,现代化农业与工程建设对土地的平整度要求越来越高,而现阶段我国自主设计的激光整平机无法满足现代化工程建设及农业对平整度的要求。整平机通信系统中的设备节点较多,需采用一种可靠的总线进行通信。CAN总线具有仲裁机制和故障封闭功能,可保障控制系统中的数据传输以及任务分配不受到复杂的现场工况的干扰。目前针对整平机CAN通信电路的保护设计较少。国内的整平机大多采用液压系统进行驱动,但液压系统存在诸多问题。而电推杆结构简单、成本低,可作为小型激光整平机的驱动装置。为实现对整平机驱动装置电推杆的驱动,需设计相应的电机驱动电路。整平机进行整平作业时路况高低不平,需搭建整平机模拟试验平台。本文主要研究内容以及成果如下:(1)采用单侧激光控制系统加单侧传感器测量系统的设计方案代替了传统的双侧激光控制系统。设计了整平机模拟试验平台的图纸,并完成了搭建工作;通过模拟路况实验验证了该实验平台可模拟实际的整平机进行整平工作。(2)提出了整平机CAN总线通信系统总体设计方案,设计了ESD保护电路及浪涌保护电路,利用Multisim软件对浪涌保护电路进行仿真,验证了浪涌保护电路的可靠性。利用逻辑分析仪对多节点CAN通信与激光数据接收数据进行解析,验证了CAN通信的可靠性。(3)提出了激光整平机的驱动模块总体设计方案,在Altium Designer软件中搭建了激光整平机的电机驱动电路,完成了实物的调试。利用Simulink仿真环境搭建H桥主电路仿真模型,验证方案的可行性。通过PWM驱动实验验证该电路可实现电机的正传、反转及调速运行。(4)利用磁力计和加速度计对陀螺仪的测量数据进行补偿,通过扩展卡尔曼滤波算法进行姿态融合得出姿态最优估计,利用四元数法进行姿态解算。设计增量式PID控制算法与模糊PID控制算法在整平机模拟试验平台上实现平地铲的水平姿态控制实验,实验结果表明,模糊PID控制算法的控制精度更高,控制稳定性更好。
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