Система автоматической стабилизации пневмоколесной платформы для транспортировки крупногабаритных грузов

переложении ее на ПКП и при изменении целей ее работы.

Устройство для поддержания горизонтального положения кузова автомобиля

имеет функциональную схему, которая представлена на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Устройство для поддержания горизонтального положения кузова.

1, 2, 3, 4 - датчики уровня кузова автомобиля; 5 - датчик поперечного

крена; 6 - датчик продольного крена; 7 - датчик углов поворота рулевых

колес; 8 - датчик скорости автомобиля; 9 - задатчик уровня кузова; 10 -

компьютер; 11, 12, 13, 14 - исполнительные органы горизонтирующего

механизма

Автомобиль оборудован центральным вычислительным устройством 10, которое

по заданной программе обрабатывает сигналы с датчиков 1-4 уровня кузова

автомобиля, датчика 5 поперечного наклона, датчика 6 продольного наклона,

датчика 7 угла поворота рулевого колеса, датчика 8 скорости автомобиля,

задающего устройства 9, устанавливающего желаемый уровень кузова

автомобиля, и определяет, необходимо или нет управление положением кузова.

Если необходимо, то по предписанной программе центральное вычислительное

устройство выдает управляющие сигналы на исполнительные органы 14-17

горизонтирующего устройства в соответствии с входными сигналами от датчиков

1-9.

Основными недостатками этого устройства являются измерение хода подвесок

и эвристический, а поэтому достаточно сложный алгоритм управления.

Таким образом, ни одна из систем стабилизации подрессоренных масс

автотранспортных средств, включая и ПКП, не способна обеспечить

стабилизацию ПКП в горизонтальном положении при движении по дороге и при

проведении бескрановых погрузочно-разгрузочных работ. Необходимо

разрабатывать новую систему.

Анализ технологических функций, выполняемых грузонесущей платформой

большегрузного автотранспортного средства, показал, что система

автоматической стабилизации пневмоколесной платформы должна выполнять три

операции: сохранять горизонтальное положение платформы в движении,

горизонтировать платформу при погрузочно-разгрузочных операциях и

контролировать загрузку платформы. Последняя операция не относится к

управлению платформой и поэтому рассматриваться не будет.

Из физических соображений ясно, что для стабилизации платформы в

горизонтальном положении достаточно управлять подачей рабочей жидкости в

две гидравлические группы, например в группы 1 и 2. Тогда ограничений на

подачу жидкости в третью группу нет. Система автоматической поперечной

стабилизации пневмоколесной платформы фирмы Шаурле обеспечивает уменьшение

затрат мощности за счет одновременной подачи жидкости в одну группу и слива

рабочей жидкости из другой. Давление нагнетания в гидросистеме подвесок ПКП

поддерживается постоянным.

Отметим, что понятие стабилизации клиренса вполне совпадает с основным

принципом, по которому осуществляет управление оператор: "на сколько поднял

один борт, на столько же опустил другой". Этот же принцип по существу лежит

в основе работы системы автоматической стабилизации в поперечном

направлении пневмоколесной платформы фирмы Шаурле, крутосклонных тракторов

и сельскохозяйственной техники, в основе стабилизации колесных машин. Но во

всех этих системах стабилизации он решался конструктивно, поскольку

рассматривалась стабилизация только одной угловой координаты, и поэтому в

законах управления не фигурировал.

При отсутствии ограничений в гидроприводе системы подрессоривания

неровность, которую пневмоколесная платформа может преодолеть без потери

платформой горизонтального положения, будет максимальна, если объем рабочей

жидкости в гидрогруппах при преодолении этой неровности будет минимален.

Рассмотренные системы стабилизации ПКП и подрессоренной массы

автомобиля, а также общие принципы создания систем управления, показывают,

что основой для разработки системы стабилизации ПКП является алгоритм

управления системой подвесок ПКП. После получения алгоритма появляется

возможность определить функциональную и структурную схемы системы

управления и осуществить выбор технических устройств, реализующих систему

стабилизации.

Исходя из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Опыт эксплуатации ПКП показывает, что система стабилизации ПКП

является неотъемлемой частью ТС.

2. Применение систем автоматической стабилизации ПКП в горизонтальном

положении позволит повысить безопасность ее движения, равномерно

распределить нагрузки по опорам, упростить управление ПКП при

движении и при проведении погрузочно-разгрузочных работ, упростить

комплектацию многомодульных транспортных средств и, в конечном итоге,

повысить эффективность использования ПКП.

3. Существующие САС ПКП обеспечивают стабилизацию поперечно-угловых

колебаний в движении и равномерный подъем и опускание платформы при

проведении погрузочно-разгрузочных работ. Информация о более сложных

САС ПКП пока отсутствует. Использование САС подрессоренной массы

других типов автомобилей неприемлемо по ряду конструктивных отличий

ПКП и недостаточному алгоритмическому обеспечению САС. Задача

создания САС ПКП является актуальной.

4. Невысокие технологические скорости движения ПКП при транспортировке

грузов, близких по массе к максимально допустимой для ПКП, позволяет

рассматривать задачу стабилизации ПКП в горизонтальном положении

только при прямолинейном равномерном движении и при проведении

погрузочно-разгрузочных работ.

2.4. Разработка функциональной схемы

Известные законы управления позволяют в общих чертах выяснить как надо

реализовывать обратную связь между входными и выходными координатами ПКП

как объекта управления. Для замыкания системы автоматической стабилизации

необходимо снять информацию об угловом положении ПКП и о ее вертикальном

положении и, обработав эту информацию по соответствующим законам, изменить

расход жидкости в гидрогруппы, то есть законы управления определяют

обратную связь как показано на рисунке 2.7.

Рис. 2.7. Структура САС, реализующая законы управления

УУ - управляющее устройство; ПКП - пневмоколесная платформа; h0 - заданная

высота подъема платформы; Q - объемный расход жидкости; S - площадь

силового гидроцилиндра; V - объем жидкости в гидрогруппах; ( - поперечный

крен платформы; ( - продольный крен платформы; ( - дорожное возмущение.

Обратную связь такого вида реализовать техническими устройствами

невозможно. Во-первых, необходимо выяснить, как можно получить или измерить

клиренс ПКП. Во-вторых, управление подачей жидкости в гидрогруппы

осуществляется не непосредственно управляющим устройством, а через

гидрораспределители. Последние являются сложным техническим объектом и

включают в себя электронный усилитель, электромеханический преобразователь

и гидроусилитель. Входная координата гидрораспределителя - напряжение в

обмотке катушки электромеханического преобразователя, выходная координата -

смещение золотника гидрораспределителя.

В качестве структуры гидропривода системы подвесок может быть выбрана

схема регулирования объемно-дроссельного регулирования или дроссельного

регулирования с постоянным давлением нагнетания. Регулирование второй схемы

осуществляется более просто, к.п.д. у нее достаточно высок.

В системах стабилизации ПКП обычно используется один регулируемый

насосный агрегат и блок гидрораспределителей. Регулируемым насосом и блоком

гидрораспределителей можно управлять так, чтобы давление и расход насоса и

расход жидкости в гидрораспределителях соответствовал необходимому расходу

жидкости в гидросистемах подвесок. Такое управление гидроприводом

достаточно сложное по сравнению со схемой гидропривода, часто используемой

при работе насоса с несколькими гидрораспределителями. В последнем случае

используется гидропривод с источником питания постоянного давления. Такой

привод просто управляется и имеет достаточно высокий к.п.д. будем

ориентироваться именно на такую структуру гидропривода.

Непосредственное измерение клиренса невозможно. Для его вычисления

необходимо измерять либо ход каждой подвески с помощью поворотного

потенциометрического датчика на рычаге подвески или датчика линейных

перемещений, либо измерять уровень жидкости в гидробаке.

Таким образом, САС ПКП должна включать в себя датчики продольного и

поперечного крена ПКП, датчик уровня жидкости в гидробаке или датчики хода

всех подвесок, блок электрогидравлических распределителей, задатчик высоты

подъема платформы и управляющее устройство. Взаимосвязь между ними дается

законами управления. На основании этого можно составить блок-схему САС ПКП

и описать принцип ее работы.

САС работает следующим образом. Перед движением ПКП оператор

устанавливает задатчик высоты платформ, вмонтированный в пульте оператора,

на заданной величине. Одновременно управляющее устройство приводит в

действие соответствующий закон управления. Гидрораспределители подают в

каждый цилиндр объем масла, пропорциональный входному напряжению. После

выставки платформы в горизонтальном положении на заданном уровне ее высоты

оператор приводит в движение платформу. При этом, однако, надо иметь в

виду, что в движении может не хватить запасов мощности для одновременного

подъема платформы и ее стабилизации. Поэтому такой режим работы

нежелателен.

2.5. Элементы системы и принципы их функционирования

Для работы микропроцессорной системы управления требуется информация о

текущих продольном и поперечном кренах платформы, а также о текущей и

требуемой высоте платформы.

Выбирая датчик положения (табл. 2.2.), прежде всего, необходимо

правильно определить приоритеты по следующим критериям:

разрешение и точность;

линейность;

скорость измеряемого процесса;

условия применения и класс защиты;

надёжность;

габаритные размеры;

стоимость.

Расставив приоритеты, необходимо учесть, что датчик может определять

абсолютное или относительное положение контролируемого объекта. Исходя из

этого, существуют два основных метода определения положения и измерения

перемещений. В первом методе датчик вырабатывает сигнал, являющийся

функцией положения одной из его частей, связанных с подвижным объектом, а

изменения этого сигнала отражают перемещение. Такие датчики положения

называются абсолютными. К ним относятся:

резистивные (потенциометрические) датчики;

индуктивные датчики с подвижным сердечником;

ёмкостные датчики с подвижными обкладками;

цифровые кодовые датчики абсолютных значений.

Во втором методе датчик генерирует единичный импульс на каждом

элементарном перемещении, а положение определяется подсчётом суммы

импульсов в зависимости от направления перемещения. Такие датчики положения

называются относительными. Достоинством таких датчиков, по сравнению с

абсолютными, является простота и низкая стоимость, а недостатком —

необходимость периодической калибровки и дальнейшей микропроцессорной

обработки.

Табл. 2.2. Сравнительная характеристика различных видов датчиков

|Технологические |Типы | | | | | | | | | |

|требования при |датчи| | | | | | | | | |

|измерительном |ков | | | | | | | | | |

|процессе | | | | | | | | | | |

| |Потен|Потен|Ем|Инду|Инкрем| | |Абсо| | |

| |цио-м|цио-м|ко|к-ти|енталь| | |лютн| | |

| |етри-|етри-|ст|вный|ный | | |ый | | |

| |чески|чески|-н|LVDT| | | | | | |

| |й, |й, |ой| | | | | | | |

| |прово|прово| | | | | | | | |

| |лока | | | | | | | | | |

| | |дящий| | | | | | | | |

| | | | | | | | | | | |

| | |пласт| | | | | | | | |

| | |ик | | | | | | | | |

| | | | | |Оптоэл|Магн|Мех|Опто|Магн|Меха|

| | | | | |ект-ри|итно|ани|элек|итно|ни-ч|

| | | | | |ческий|-рез|-че|т-ри|- |ески|

| | | | | | |ис |ски|ческ|рези|й |

| | | | | | |тивн|й |ий |с | |

| | | | | | |ый | | |тивн| |

| | | | | | | | | |ый | |

|Очень высокое |нет |нет |не|Неко|да |нет |нет|да |нет |нет |

|разрешение | | |т |то-р| | | | | | |

| | | | |ые | | | | | | |

| | | | |моде| | | | | | |

| | | | |ли | | | | | | |

|Высокое |нет |да |да|да |да |нет |нет|да |нет |нет |

|разрешение | | | | | | | | | | |

|Низкое |да |да |да|да |да |да |да |да |да |да |

|разрешение | | | | | | | | | | |

|Скорость |нет |Некот|да|Неко|нет |нет |нет|да |нет |нет |

|процесса >5 м/с | |о-рые| |то-р| | | | | | |

| | |модел| |ые | | | | | | |

| | |и | |моде| | | | | | |

| | | | |ли | | | | | | |

|Малые размеры |да |да |не|Неко|Некото|Неко|да |Неко|Неко|Неко|

| | | |т |то-р|-рые |то-р| |то-р|то-р|то-р|

| | | | |ые |модели|ые | |ые |ые |ые |

| | | | |моде| |моде| |моде|моде|моде|

| | | | |ли | |ли | |ли |ли |ли |

|Высокий класс |да |да |не|да |Некото|Неко|нет|Неко|Неко|нет |

|защиты (IP65) | | |т | |-рые |то-р| |то-р|то-р| |

| | | | | |модели|ые | |ые |ые | |

| | | | | | |моде| |моде|моде| |

| | | | | | |ли | |ли |ли | |

|Использование в |да |да |не|нет |да |нет |да |да |нет |да |

|э/магнитном поле| | |т | | | | | | | |

|Требуется |нет |нет |не|нет |да |да |да |нет |нет |нет |

|дальнейшая | | |т | | | | | | | |

|цифровая | | | | | | | | | | |

|обработка | | | | | | | | | | |

|* Сильно |нет |Некот|да|да |да |да |нет|да |да |нет |

|осциллирующие | |о-рые| | | | | | | | |

|движения | |модел| | | | | | | | |

| | |и | | | | | | | | |

|Стоимость |низка|низка|ср|высо|Зависи|сред|низ|высо|сред|сред|

| |я |я |ед|кая |т |няя |кая|кая |няя |няя |

| | | |ня| |сильно| | | | | |

| | | |я | |от | | | | | |

| | | | | |разре | | | | | |

| | | | | |шения | | | | | |

* Возможность работы в режиме измерения частых, повторяющихся движений

малой амплитуды.

Потенциометрический датчик - переменный резистор, включенный по схеме

потенциометра. Служат для преобразования угловых или линейных механических

перемещений в соответствующее изменение сопротивления. С помощью этих

датчиков осуществляется контроль за положением задвижек, клапанов и т. д.

Основой такого датчика вполне может быть переменный резистор промышленного

производства, обычно подключенный к некоторому механическому

преобразователю перемещения. Слабое место таких датчиков - наличие

подвижного контакта. У проволочных резисторов существует зона

нечувствительности, обусловленная дискретным изменением сопротивления при

перемещении щетки с витка на виток.

Потенциометр - чаще проволочный (но может быть и угольный) резистор

(реостат) с движком, который скользит вдоль резистора. Таким образом, по

существу п. является резистором с переменным сопротивлением. Потенциометры

бывают линейными и круговыми (в зависимости от характера перемещения его

регулирующего органа). Потенциометры часто выполняют роль преобразователей

перемещения в электрическую величину - напряжение (для линейных перемещений

-линейные потенциометры, для угловых перемещений - круговые). Вообще

говоря, потенциометрический преобразователь по определению является

параметрическим, т.е. его выходной величиной является сопротивление. Однако

простыми средствами с него можно получить и напряжение, пропорциональное

перемещению движка, если к концам резистора подвести напряжение питания, а

выходное напряжение снимать с движка.

Переменные резисторы могут иметь различный характер зависимости

сопротивления от изменения угла поворота подвижного контакта (рис.2.8.).

Рис. 1.8. Характеристики потенциометрических датчиков

Вид характеристики указывает маркирующая буква на корпусе резистора.

А - с линейной зависимостью

Б - с логарифмическим законом изменения сопротивления

В - c обратной логарифмической зависимостью

Основное достоинство - простота конструкции и дешевизна, легко

сопрягаются с электронной схемой. Иногда применяют реохордные датчики, у

которых контакт скользит вдоль оси натянутой проволоки, что позволяет

получить непрерывную характеристику, без зон нечувствительности.

Встречаются конструкции с жидким резистом, менее распространенные из - за

явлений электролиза. Надежность контактных систем резко падает, если

напряжение, приложенное к контакту меньше определенной величины (зависящей

от конструкции контакта).

В проектируемой системе для получения текущего значения высоты платформы

используется поплавковый датчик уровня рабочей жидкости в гидробаке.

Уровень определяется путем регистрации положения поплавка, плавающего на

поверхности рабочей жидкости. Поплавок с помощью тросика связан с отсчетным

механизмом, преобразующим вертикальное перемещение поплавка в электрический

сигнал.

Перемещение поплавка производится по направляющим тросикам, натянутым

между корпусом датчика и якорем на дне емкости. Корпус поплавка изготовлен

из нержавеющей стали.

Потенциометрический датчик модели ПЛЦ 001 (рис 2.9.), разработанный в

Научно-исследовательском Институте Физических Исследований (НИИФИ),

предназначен для измерения линейных перемещений объектов. Датчик

характеризуется высокой надежностью в условиях воздействия вибраций и

температур.

Рис. 2.9. Датчик линейных перемещений ПЛЦ 001

Основные технические характеристики датчика приведены в табл. 2.3.

Табл. 2.3. Технические характеристики датчика ППЦ 001

| |

|Диапазон измерений |мм |0-500 | |

|Погрешность |% |1,5 | |

|Выходной сигнал|начальный |В |0 | |

| |номинальный | |6 | |

|Напряжение питания |В |6± 1 | |

|Температура окружающей среды |° С |-120/+160 | |

|Вибрационные ускорения |м/с2 |300 | |

|Масса |кг |0,3 | |

Информацию о текущих углах крена платформы в продольной и поперечной

плоскостях вырабатывают датчики угла наклона КЛИН-1 (рис. 2.10.)

Рис. 2.10. Датчик угловых перемещений КЛИН-1

Основные технические характеристики датчика приведены в табл. 2.4.

Табл. 2.4. Технические характеристики датчика КЛИН-1

|Диапазон измерений |град.|± 10, ± 30,| |

| | |± 60, ± 90 | |

|Частотный диапазон |Гц |0-8 | |

|Погрешность |% |0,05 | |

|Температурная нестабильность |% / °|0,02 | |

|коэффициента преобразования |С | | |

|Температурная нестабильность |В/° С|0,001 | |

|начального уровня | | | |

|Выходное напряжение |В |0-5 | |

|Напряжение питания |В |± (15± 1,5)| |

|Ток потребления |А |0,05 | |

|Температура окружающей среды |° С |-50/+60 | |

|Вибрационные ускорения |м/с2 |350 | |

|Масса |кг |0,8 | |

В проектируемой системе исполнительными устройствами, получающими

информацию от микропроцессора, являются электрически управляемые

гидрораспределители. Это определяется соображениями лёгкости и точности

управления для оператора и, также, возможностью размещения

гидрораспределителя в возможно более удобном для этого месте, независимо от

месторасположения оператора.

Основными задачами, стоящими перед изготовителями гидрораспределителей

являются: обеспечение минимально возможных гидравлических потерь (снижение

энергетических затрат, вызывающих повышенный расход топлива, нагрева

рабочей жидкости) при минимально возможных габаритах, точность выполнения

перемещений основных золотников, обеспечивающих выполнение рабочих

движений, оптимальный характер автоматических процессов загрузки

гидросистемы в зависимости от нагрузки на рабочие органы.

Гидросистема с пропорциональным электрическим управлением требует

повышенного внимания к чистоте рабочей жидкости (рекомендуемая тонкость

фильтрации 10 мкм). В случае обеспечения требований по чистоте рабочей

жидкости, гидросистема обеспечивает долговечную и надёжную эксплуатацию.

Рис. 2.11. Характеристики гидрораспределителей

Гидрораспределители подают в специальные гидроцилиндры объем рабочей

жидкости, пропорциональный входному напряжению и через них подают жидкость

в гидробалансирные группы.

Графики зависимости изменения проходных сечений золотниковых пар от

величины хода золотников приведены на рис. 2.11. Анализ формы кривых

показывает, что она близка к параболической, т. е. с постоянной

«чувствительностью», что подразумевает постоянную величину отношения

прироста расхода к самой величине расхода в каждой точке графика при равном

значении величины изменения управляющего сигнала. Например, если при

изменении управляющего сигнала расход изменяется с 10 л/мин. до 12 л/мин.,

то при таком же изменении управляющего сигнала в диапазоне расхода, равном,

например, 80 л/мин. он изменится до 96 л/мин. (Видно, что относительное

изменение расхода постоянно и равно 20%). Такая характеристика зависимости

и форма графика называются «прогрессивными».

Для применения в системе управления в качестве задатчика аналогового

сигнала предназначен командоаппарат. Оператор ПКП вводит требуемое значение

высоты подъема платформы посредством командоаппарата с потенциометрическим

датчиком.

Рис. 2.12. Командоаппарат потенциометрический КПМ11ФУ

Командоаппарат потенциометрический КПМ11ФУ (рис. 2.12), маховичковый с

асимметричной шкалой, однооборотный, встроен в панель пульта (утопленный).

Маховичок может поворачиваться на угол от 0 до 350 градусов и фиксироваться

в любом положении. В командоаппарате установлен потенциометр сопротивлением

2 кОм (рис.2.13.), предельная мощность рассеивания 1Вт, Uпит= 24В

постоянного тока, Uвых=0...10В, Iвых=0...12мА. Для соединения с внешними

цепями в командоаппарате предусмотрен клеммник.

Рис.2.13. Схема электрическая командоаппарата КПМ11ФУ

На листе 8 изображен общий вид командоаппарата, посредством которого

оператор задает требуемую высоту платформы.

Командоаппарат установлен на пульте управления в кабине водителя. Для

того, чтобы закрепить командоаппарат на монтажной панели в последней

выполняются два отверстия диаметром 7 и 28 мм. Меньшее отверстие

предназначено для фиксации командоаппарата относительно монтажной панели. В

это отверстие входит стопорный штифт. Толщина монтажной панели может

колебаться в диапазоне от 2 д 4 мм.

Над монтажной панелью выступает лишь маховичок командоаппарата и диск с

нанесенной на него шкалой, которая проградуирована в сантиметрах поднятия

платформы над дорожным полотном. Диск-шкала неподвижен, а стрелка-указатель

закреплена на вращающемся относительно диска валу маховичка.

Под монтажной панелью скрыт сам механизм потенциометра и клеммник.

Потенциометр заключен в цилиндр. Угловое положение маховичка передается к

нему посредством зубчатых колес, закрепленных между двумя неподвижными

пластинами. Эти пластины стянуты четырьмя болтами по периметру. К нижней

пластине посредством винтового соединения прикреплен клеммник с

расположенными на нем клеммами, к которым подводится питающее и снимается

выходное напряжение.

Электронный блок управления системой стабилизации ПКП включает в себя:

- Однокристальную микроЭВМ КМ1816ВЕ51;

- БИС программируемого параллельного интерфейса КР580ВВ55;

- БИС аналогово-цифровой системы сбора данных К572ПВ4;

- Аналогово-цифровой преобразователь К1113ПВ1;

- Буферный регистр 588ИР2;

- Микросхемы памяти:

- ОЗУ - КР537РУ8;

- ПЗУ - КР556РТ15;

- Соединительные элементы.

МикроЭВМ КМ1816ВЕ51 является основным элементом электронного блока

управления системой автоматической стабилизации. Она имеет в своем составе

следующие аппаратурные средства:

- процессор, в состав которого входят однобайтное арифметико-логическое

устройство и схемы реализации команд умножения и деления;

- ППЗУ программ емкостью 4 Кбайт;

- ОЗУ данных емкостью 128 байт;

- Два шестнадцатибитных таймера/счетчика;

- Программируемые схемы ввода/вывода (32 линии);

- Блок двухуровневого векторного прерывания от пяти источников и др.

МикроЭВМ выполнена на основе высокоуровневой n-МОП технологии и

выпускается в корпусе БИС, имеющем 40 внешних выводов. Для работы

микроконтроллеру требуется один источник питания +5 В. Через четыре

программируемых порта ввода/вывода микроЭВМ взаимодействует со средой в

стандарте ТТЛ с тремя состояниями выхода.

Корпус КМ1816ВЕ51 имеет два вывода для подключения кварцевого

резонатора, четыре вывода для сигналов, управляющих режимом работы

микроконтроллера и два вывода для подключения питания.

Микроконтроллер может работать в диапазоне частот от 1,2 до 12 МГц, при

этом минимальный цикл выполнения команды равен 1 мкс, а быстродействие

равно одному миллиону операций простой пересылки в секунду.

МикроЭВМ организует работу всей системы. В соответствии с введенной в

него программой, микроконтроллер путем периодического опроса сигналов

состояния объекта, сформированных датчиками объекта управления, генерирует

выходные сигналы управления исполнительными механизмами.

Учитывая тот факт, что в данной системе будет использована внешняя

память данных, линии портов 0 и 2 микропроцессора организуют общую

разделяемую память адреса/данных, работающую в режиме временного

мультиплексирования. При этом через порт 0 сначала выводится младший байт

адреса внешней памяти, а затем выдается или принимается байт данных

(мультиплексированная шина). Через порт 2 выводится старший байт адреса в

тех случаях, когда разрядность адреса равна 16 бит (как и в данной

системе).

Структура микроконтроллера КМ1816ВЕ51 и система его команд таковы, что в

случае необходимости его функциональные возможности могут быть расширены. С

использованием внешних дополнительных БИС постоянной и оперативной памяти

расширяется адресное пространство микроконтроллера, а путем подключения

интерфейсной БИС увеличивается также и число линий связи с объектом

управления (в случае необходимости - практически без ограничения).

Микроконтроллер КМ1816ВЕ51 через порт 1 осуществляет функции управления

электронными блоками гидрораспределителей, выдавая "1" или "0" на

соответствующий выход.

Для расширения системы ввода/вывода используется схема параллельного

интерфейса КР580ВВ55. Порты схемы адресуются как ячейки внешней памяти

данных, то есть схема параллельного интерфейса связана с микроконтроллером

шиной адрес/данные порта 0.

Схема КР580ВВ55 имеет четыре двунаправленных порта (один 8 бит - связь с

микроконтроллером и три по 8 бит).

Линии схемы запрограммированы следующим образом:

- 5 линий канала А (порт 0) - вывод сигналов управления БИС аналогово-

цифровой системы сбора данных К572ПВ4;

- 8 линий канала В (порт 1) - ввод данных с БИС аналогово-цифровой

системы сбора данных К572ПВ4;

- 8 линий канала С (порт 2) - ввод данных с аналогово-цифрового

преобразователя К1113ПВ1.

Выходные сигналы с аналоговых датчиков положения, в силу их физической

природы, требуют промежуточного преобразования перед вводом информации от

них в микропроцессор.

Для этой цели в системе используется БИС аналогово-цифровой системы

сбора данных К572ПВ4. Микросхема К572ПВ4 аналого-цифровой системы (АЦС)

сбора данных предназначена для преобразования аналоговых сигналов,

поступающих по восьми параллельным каналам в цифровой код с последующим его

сохранением в ОЗУ и считыванием во внешнем МП в режиме прямого доступа к

памяти. Микросхема АЦС К572ПВ4 изготовлена по КМОП технологии. В основе ее

лежит восьмиразрядный аналогово-цифровой преобразователь последовательного

приближения. Кроме того, в состав микросхемы входят: восьмиканальный

мультиплексор, ОЗУ на 64 бит с произвольной выборкой, буферные схемы с

тремя устойчивыми состояниями, а также схема управления.

Система сбора данных обеспечивает непосредственное сопряжение с МП,

имеющими как раздельные, так и общие шины адреса и данных. Управление

К572ПВ4 осуществляется от МП логическими сигналами ТТЛ и КМОП уровней.

Режим прямого доступа к памяти реализуется в соответствии с алгоритмом

последовательной обработки аналоговых сигналов по восьми независимым

входам.

Данная схема в составе проектируемой микропроцессорной системы

задействует всего три входа из восьми по количеству датчиков положения

объекта управления.

Полупроводниковая БИС функционально завершенного АЦП типа К111ЗПВ1

предназначена для применения в электронной аппаратуре в составе блоков

аналогового ввода. Микросхема выполняет функцию аналого-цифрового

преобразования однополярного или биполярного входного сигнала с

представлением результатов преобразования в параллельном двоичном коде. Она

содержит все функциональные узлы АЦП ПП. Выходные каскады позволяют

считывать результат преобразования непосредственно на шину данных МП.

Несколько АЦП могут обслуживать один МП и наоборот. По уровням входных и

выходных сигналов АЦП сопрягается с цифровыми ТТЛ ИС.

Между микроЭВМ и подсистемой внешней памяти данных (ОЗУ и ПЗУ) имеется

микросхема буферного регистра 588ИР2. Его назначение - запись и хранение

кода адреса при работе микроконтроллера с внешней памятью данных. Буферный

регистр 588ИР2 относится к регистрам хранения. Совместимый с

микропроцессорами, он имеет 12 разрядов с тремя устойчивыми состояниями на

выходе.

В подсистеме памяти используются две микросхемы:

Микросхема ОЗУ - КР537РУ8. Данная серия микросхем наиболее развита. Она

включает в себя более 20 типономиналов микросхем, отличающихся друг от

друга информационной емкостью (от 1024 до 65536 бит), организацией

(одноразрядная и словарная), быстродействием (более чем в пять раз),

потребляемой мощностью. Общими свойствами микросхем являются: единое

напряжение питания 5 В, уровни ТТЛ входных и выходных сигналов, схема

выхода с тремя состояниями и др. Таким образом, при необходимости

увеличения ОЗУ достаточно взять микросхему большей емкости той же серии.

Микросхема КР537РУ8 имеет емкость 2К х 8 байт и работает в режиме

записи, считывания и хранения информации, в зависимости от сигналов

управления, приходящих с микроконтроллера.

Микросхема ПЗУ КР556РТ15 также имеет емкость 2К х 8 байт и тип входа - с

тремя состояниями ТТЛ.

При необходимости увеличения ПЗУ данная микросхема может быть заменена

на микросхему КР556РТ16 емкостью 8К х 8 байт или другую, большей емкости.

Необходимо отметить также и то, что при увеличении ОЗУ и/или ПЗУ

потребуется заменить 12-разрядный буферный регистр 588ИР2 (так как 212 =

4096 бит = 4 Кбайт) на регистр с большим количеством разрядов или

подключить оставшиеся 4 линии порта 2 микроконтроллера непосредственно к

микросхемам памяти. В этом случае объем адресуемого пространства составит

216 = 65536 бит = 65 Кбайт.

Описание работы структурной схемы.

Уровень напряжения с датчиков положения платформы поступает в БИС

цифровой системы сбора данных, преобразуется в цифровой код и подается на

вход БИС ППИ. Задатчик высоты платформы также вырабатывает аналоговый

сигнал и поэтому нуждается в преобразовании перед входом в МПС.

БИС ППИ передает информацию микропроцессору. Микропроцессор сообщается с

подсистемой внешней памяти посредством двусторонней шины адреса/данных.

Обмен данными производится через буферный регистр.

Микропроцессор вырабатывает код управляющего воздействия и записывает

его в регистры, откуда сигнал поступает к электрически управляемым

гидрораспределителям.

2.6. Алгоритм функционирования системы

В алгоритме работы системы можно выделить три основные части:

выравнивание платформы в поперечной плоскости, выравнивание платформы в

продольной плоскости и стабилизация платформы на заданной высоте. Три

входных параметра системы, один из которых задаваемый, контролируются

обратной связью.

Система управления последовательно опрашивает датчики положения

платформы и последовательно отслеживает горизонтальность платформы и

дорожный просвет (высоту платформы). Следует отметить, что проектируемая

система не способна одновременно выравнивать платформу в двух плоскостях и

контролировать ее высоту.

Непосредственно после инициализации системы производится ввод информации

о текущем поперечном крене платформы ( с соответствующего датчика.

Горизонтальность платформы в поперечной плоскости отслеживается следующим

образом. Если крен платформы в заданной плоскости отличен от нуля,

определяется знак этого отклонения, иначе говоря, на какой борт - на левый

или на правый, наблюдается крен. Если угол поперечного крена отрицателен

(крен на левый борт), микропроцессор вырабатывает управляющие сигналы на

соответствующие блоки гидрораспределителей с целью приподнять левый борт

платформы и одновременно на ту же величину опустить ее правый борт, после

чего вновь вводится информация о достигнутом поперечном крене. Если

горизонтальность платформы в заданной плоскости обеспечить не удалось,

система стабилизации снова вырабатывает управляющее воздействие на

Страницы: 1, 2, 3