【C8051F040在电液比例控制系统中的应用】.doc

目录 1 绪论 1 1.1 课题背景及目的1 1.2 国内外电液控制研究状况1 1.3 控制器概述2 1.4 设计过程3 1.5 本文的组成3 2 电液比例控制技术4 2.1 概述4 2.2 电液比例控制技术的发展历史5 2.3 电液比例控制的特点6 2.4 电液比例控制系统的分类6 2.5 电液比例控制系统的未来发展趋势7 3 控制系统硬件结构9 3.1 控制系统功能概述9 3.1.1 硬件电路设计思路9 3.1.2 控制系统框图10 3.2 主制器C8051F040的介绍10 3.2.1 C8051F040概述10 3.2.2 C8051F040的组成及特性 11 3.3 选型依据12 3.4 数字量输入输出模块13 3.5 中断管理模块14 3.6 串行通信模块15 3.7 电源模块16 3.8 硬件抗干扰措施16 4 电液比例阀驱动电路的设计18 4.1 电液比例阀的简介18 4.2 设计思路18 4.3 方案实现19 4.3.1 LMD18200概述19 4.3.2 LMD18200主要特性及引脚说明19 4.3.3 LMD18200与C8051F040的连接20 5 系统软件设计22 5.1 控制算法22 5.1.1 PID介绍22 5.1.2 PID程序设计23 5.2 主控制器程序设计24 5.3 中断程序设计26 5.4 数字量输入输出模块设计27 5.5 软件抗干扰措施28 结论29 致谢30 参考文献31 附录32附录A 系统原理图32 附录B 系统PCB图33 附录C 系统程序34  1 绪论 1.1 课题背景及目的 现代微电子技术的发展，特别是计算机技术的普及和发展，为实现各类工艺过程的最佳控制提供了技术基础。因此，工程控制的应用已逐步从航天，航空和军事领域普及到民用工业部门。 工程机械是为国民经济建设和社会发展提供各类机械装备和生产制造技术以创造财富和提高社会文明水准的重要工程领域，是与人类社会活动关系十分密切，应用非常广泛的工程领域。改革开放20多年来，国民经济突飞猛进，国家基础建设蓬勃发展，带动着国内工程机械的需求，推动着工程机械的发展。近十年来随着技术的引进、消化、吸收，国内工程机械有了长足的进步，产品质量、可靠性、外观都有较大幅度的提高，但同国外工程机械比较来看，还存在较大差距。 虽然工程机械在我国起步较早，但由于众多方面的原因，国产水平一直止步不前。作为在工程机械领域中中广泛用到的电液比例阀及其控制器，我国大都采用的是进口设备，这就带来了工程机械成本高昂以及不太适用国内施工条件的技术问题。国内目前有部分院校已经开展了这方面的研究，例如浙江大学的流控所在流体控制方面的技术研究一直处于世界先进水平，吉林工业大学在实践方面也做出了一些成果，他们开发出了用于装载机的计算机电液比例控制模块。本课题中，如果我们能将嵌入式电液比例控制系统成功地运用到工程机械这一领域，不但是一项技术创新，而且可以在使用国产的各种比例阀和传感器的基础上，提高控制系统的可靠性与灵敏快速性。这样就可以减少工程设备的硬件投资与设备的管理维护费用，使其成本比同类国际产品低，可靠性比国内同类产品高，更适合我国工程机械领域的现状，从而为工程机械的机电液一体化开辟了广阔前景[1]。 1.2 国内外电液控制研究状况 对于电液比例控制技术，国内不仅已开展相关的研究而且已经达到广泛的实际应用，但目前国内的制造和技术水平还落后于国际水平。我国的电液控制技术起步较晚，始于上世纪六十年代，到七十年代中期才开始发展。国内自主开发的计算机电液比例控制与监控系统由于技术不成熟，在工程机械上的开发应用才刚刚起步。在相关技术方面，厂家要么采用的是机械、液压控制，要么全套引自国外厂家的产品，整体的技术水平以及创新能力还不是很强。总的来看，我国电液比例控制技术与国际水平相比还存在较大的差距，主要表现在：缺乏主导系列产品，现有产品型号规格杂乱，品种规格不全，存在各类比例泵、比例阀等，国内设计生产的品种比较少，并缺乏足够的工业性试验研究；在控制技术方面，自动化程度不高，性能水平较低，质量不稳定，可靠性较差等，都有碍于该项技术进一步地扩大应用，急待尽快提高。 电液比例控制技术在欧美发达国家已经非常先进成熟，并在各类工程机械领域中得到了广泛的应用，至今已形成了完整的产品品种、规格系列。欧美发达国家生产工程机械的主要国家如德国、美国、英国、法国、意大利及亚洲的日本等，由于其本身技术的先进性，早已开展计算机控制与智能监控技术在工程机械领域中的应用研究。国