基于MBD的车载泵控制器的实现_孟兴.pdf
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1、50 建设机械技术与管理 2023.01 设计计算基于 MBD 的车载泵控制器的实现Realization of City Pump Controller Based on MBD孟兴1 龙杰强1 刘龙2 唐宁东2(1.湖南中联重科智能技术有限公司,湖南 长沙 410000;2.湖南中联重科混凝土泵送机械分公司,湖南 长沙 410000)摘要:对 22MPa 车载泵控制器功能模块进行分析整理,本文提出了一种基于 MBD 的车载泵控制器实现方法。该方法在 Simulink 平台下搭建了控制器功能逻辑模型,模型的输入输出数据从硬件接口层获取,最后在 Simulink 下实现一键编译生成机器代码。实
2、车测试结果表明,采用 MBD 的实现方法能满足车载泵控制器的功能和性能需求。关键词:车载泵;MBD;控制器;Simulink中图分类号:TP391.8 文献标识码:A0 引 言车载泵主要由底盘、泵送、搅拌、分配、动力、液压、电控等系统组成。控制器作为电控系统的核心部件,直接决定着泵送的性能和效率。目前,车载泵控制器主要采用CodeSys 平台进行软件设计,这种设计方式在线调试直观,但是无法进行模拟仿真,设计过程中很难做到测试用例全覆盖,很大程度上依赖于整车现场调试验证,从而降低设计效率、延长设计周期。而采用基于 MBD 的设计方法,可以在整个设计过程中对各个功能模块进行全面仿真测试,避免现场调
3、试过程中频繁修改功能逻辑,从而提高控制器的设计效率和设计水平。1 基于 MBD 的车载泵控制器设计流程随着 MBD 设计技术的飞速发展,特别是标定量、测量量的普及应用,控制器的研发模式正在发生根本性的变化,MBD 设计方法开始逐步取代传统的设计方法,成为新型车载泵研制的技术依据。基于 MBD 的车载泵控制器设计流程如图 1 所示。整个流程主要包括 7 个步骤:第一步,通过需求分析输出需求文档,并对功能模块进行划分;第二步,功能模块模型设计,根据需求文档进行功能模块模型设计;第三步,功能模块仿真,利用 simulink 平台进行各功能模块单独仿真;第四步,系统集成,借助第三方提供的接口库,将应用
4、模型与底层驱动文件进行集成;第五步,系统仿真,利用simulink平台进行系统级仿真;第六步,一键编译,生成烧写文件;第七步,软硬件联调,将上一步生成的二进制文件烧写到控制器,进行软硬件联调。图 1 基于 MBD 的车载泵控制器设计流程需求分析功能模块设计功能模块仿真系统集成系统仿真一键编译软硬件联调2 基于 MBD 的车载泵控制器设计实现在工程机械领域,传统的控制器设计大多采用 CodeSys工具开发,该方法的主要缺点在于无法进行模拟仿真,导致功能模块的测试覆盖不全面。本文介绍的 MBD 开发方法,已经成功应用到车载泵控制器上,借助于 Simulink 的强大仿真功能,大幅减少了上车调试时间
5、,提高了开发效率,以下将具体介绍该方法的实现过程。2.1 需求分析车载泵控制器基本功能包括:正泵、反泵、快换活塞、DOI:10.13824/ki.cmtm.2023.01.0272023.01建设机械技术与管理 51设计计算高低压泵送、泵缸点动、S 阀摆动、油门加减、排量加减、搅拌、发动机启动/熄火、自动补卸油和GPS解锁机等功能,将以上功能归纳整理成需求文档,如表 1 所示。2.2 功能模块设计2.2.1 泵送功能设计流程图如图 2 所示值设定目标转速,控制器控制输出转速跟随目标转速。当排量档位变化时,发动机转速会自动变化。手动加、减速是通过面板上的加、减速开关向控制器发送指令,控制器收到加
6、、减速指令后调整发动机控制转速,经斜坡处理后产生最终的发动机目标控制转速。2.2.4 显示屏通信模块设计显示屏通信模块设计流程图如图 5 所示。序号功能模块功能分析1泵送泵送功能主要有四种工作模式:1.高压正泵2.高压反泵3.低压正泵4.低压反泵点动功能包括:泵缸点动、S 阀摆动2排量控制运用各种算法进行排量电流的加减控制3转速控制实现发动机转速的手动加减速和自动加减速控制4显示屏通信 实现显示屏和控制器的数据交互5GPS 通信实现远程解锁机控制6行程优化通过自动补卸油实现行程优化功能7发动机控制 实现发动机启动、熄火控制8数据采集实现外部传感器 DI、AI 数据采集9数据输出实现外部各类型阀
7、的输出控制表 1 车载泵控制器需求文档图 2 泵送功能设计流程图主缸接近开关 1主缸接近开关 2摆缸接近开关 1摆缸接近开关 2主缸点动摆缸点动高低压泵送控制逻辑主缸 A 输出主缸 B 输出摆缸 A 输出摆缸 B 输出排量档位线性排量控制功率匹配算法恒功率算法复杂料况算法排量电流图 3 排量控制模块设计流程图排量档位加、减速泵送启停加减速控制逻辑斜坡处理目标控制转速图 4 转速控制模块设计流程图dbc 文件设计生成 m 文件模型加载 m 文件图 5 显示屏通信模块设计流程图解锁指令上锁指令解锁机处理输出解锁机状态图 6 GPS 通信模块设计流程图主缸接近开关 1主缸接近开关 2摆缸接近开关 1
8、摆缸接近开关 2行程状态处理补泄油阀控制图 7 行程优化模块设计流程图控制器采集多路 DI 信号,包括两个主缸接近开关、两个摆缸接近开关、主缸点动、摆缸点动和高低压信号,将这些信号输入到泵送控制逻辑,经处理后,输出控制信号到相应的两个主缸阀和两个摆缸阀,实现泵送功能。2.2.2 排量控制模块设计排量控制模块设计流程图如图 3 所示。控制器采集面板排量档位 AD 信号,依次经过线性排量控制算法、功率匹配算法、恒功率算法和复杂料况算法处理后,输出最终排量电流,并经 PID 控制排量阀的开启。2.2.3 转速控制模块设计转速控制模块设计流程图如图 4 所示。转速控制主要分为自动加、减速控制和手动加、
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