工程机械控制及智能化复习要点.docx
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工程机械控制及智能化复习要点.docx
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工程机械控制及智能化复习要点
工程机械典型控制部分
一、现代工程机械控制系统的特点
1.涉及的控制技术复杂多样;
2.多种信息技术交叉融合的产物;
3.形成了工程机械的专用控制装置。
二、现代工程机械控制领域的新技术(名称和概念知道就好)
1.电液比例控制技术(比例调节液压元件,动力源能量高校连续传递至行驶作业系统)
2.专用控制器技术(两大主流之一)
3.总线与网络技术(两大主流之一)
4.GPS技术(全球定位系统)
5.远程通信技术(GPRS通用分组无线业务数据传输技术)
6.状态监测与故障诊断技术
7.作业装置3D控制技术(实时采集装置三维坐标,根据偏差自动调整,精确修正)
8.自动控制方法(PID调节)
9.节能控制技术(降低油耗,减少排放,降低噪音)
三、工程机械专用控制器的特点
1.可靠性高、防护等级好;
2.将A/D转换、D/A转换、接口控制及接口驱动等外围电路都集成在控制器内部;
3.提供工程机械控制所需的各类输入、输出和通信端口;
4.便于组成数字控制网络;
5.运算速度较快;
6.提供各种封装好的软件功能模块(库函数)。
四、工程机械控制系统的开发流程
1.功能需求分析;
2.输入输出信号分析;
●输入输出信号有哪些?
输入信号:
DI(开关量输入)、AI(模拟量输入)、PI(脉冲频率量输入);
输出信号:
DO(开关量输出)、AO(模拟量输出)、PWM(脉宽调制信号);
通信信号:
CAN总线信号、串行信号。
3.硬件结构设计与元件选型;
4.通信协议制订;
电喷发动机ECU遵循的通信协议是:
(J1939国际标准协议)
5.软件设计;
6.源程序开发与测试;
7.系统调试;
8.功能与性能试验。
五、沥青摊铺机的控制(重点)
1.摊铺机的恒速作业控制的原因、必要性及意义:
(1)采用自动找平系统并不意味着摊铺平整度能够得到完全保证,摊铺速度的稳定性,即恒速摊铺,也是保证摊铺平整度的重要因素之一;
(2)作业速度的不稳定直接影响单位面积的实际振捣次数与振动次数,导致铺层密实度不均匀,从而影响最终成型路面的平整度;
(3)作业速度的不稳定会导致熨平板的受力状态发生变化,使铺层出现波浪。
现代摊铺机采用浮动式熨平板,靠熨平板受力平衡来保证摊铺层厚度。
2.摊铺机控制系统的输入输出信号一般有哪些?
行驶控制系统:
(行驶、转向、发动机)
(1)输入信号:
●AI:
行驶手柄、转向电位器、行驶速度设定电位器、发动机转速设定电位器信号;
●DI:
工作/行驶选择开关、开环/闭环行驶方式选择开关、原地转向方向选择开关信号;
●PI:
发动机转速、左行驶马达转速、右行驶马达转速信号;
(2)输出信号:
●PWM:
左行驶泵前进、后退,右行驶泵前进、后退信号;
●DO:
左行驶马达排量切换、右行驶马达排量切换信号。
摊铺机其他控制系统的输入输出信号(见P36-39)
3.双泵双马达液压摊铺机跑偏的原因是什么?
如何实现摊铺机直线行驶纠偏控制?
(1)原因:
●1.双泵双马达驱动的履带式全液压摊铺机,通过调节左右两侧履带的速度来实现行驶方向的控制。
2.由于液压元件加工制造精度的限制、比例电磁阀的非线性、负载对容积效率的影响及左右履带附着条件与张紧程度存在差异等各种因素的综合影响,当摊铺机需进行直线行驶时,即使在相同给定控制条件下,左右两侧的行驶速度仍会不一致产生“跑偏”。
(2)摊铺机直线行驶纠偏控制的常用方法(二者有何区别):
●对两侧行驶变量泵的排量进行调节,使两侧驱动轮转速一致;
●对两侧行驶变量泵的排量进行调节,使两侧驱动轮转过的总转数一致。
●上述两种控制方法中,转数法通过调节两侧行驶泵的排量,使两侧驱动轮转过的总转数保持相等,相对于转速法而言,可得到更高的控制精度。
4.输、分料控制的目标是什么,控制不好会影响到什么?
(论述)
●刮板输料与螺旋分料系统的自动控制主要涉及输、分料系统工作速度的控制,其作业速度仅受控于各自料位传感器组测得的料位高度。
刮板与螺旋料位控制的最终结果都体现在螺旋转速上,螺旋转速的稳定性是输、分料控制的主要目标。
●若控制过程中料位高度波动量大,则螺旋转速的调节量大,螺旋加(减)速度大,混合料中大粒径骨料随螺旋转速突变发生聚集的概率增加,造成混合料级配离析,使路面摊铺质量下降。
六、全液压平地机控制系统与控制技术
1.电比例泵的动态参数匹配与控制技术(二者在控制方法、目标及原理上的区别)
2.电比例马达的动态参数匹配与控制技术(根据什么控制,控制方法的特点)
●马达HA控制
特点:
1.全程根据压力控制,大负荷下低速大排量,小负荷下高速小排量;
2.扩展了变矩范围;
3.在高压区工作有利于发挥元件动力性;
4.在小负荷时,降低马达排量提高行驶速度,将低负荷压力提高到中高压区,使传动装置在任何外部负荷下都保持适宜的负荷率,有利于提高综合作业生产率。
5.车辆需要的低速行驶是通过发动机降低转速控制来实现的,有利于降低能耗。
3.广义与狭义的功率自适应控制
●发动机的变功率控制怎么做?
意义何在?
1保证动力性前提下,通过合理匹配参数,提高作业生产率,使发动机工作在经济耗油区,液压系统尽量工作在高效区,充分利用柴油机功率,减少不必要的功率损失,在大负荷时追求“力”,小负荷时追求“速度”。
2原因及意义:
平地机是典型的牵引式作业机械,工作装置靠机器行走的牵引力推动。
负荷较大时追求大的输出扭矩(牵引力),负荷较小时则追求高的作业速度。
在一定功率输出条件下,较低的作业速度,可以带来很大的牵引力,如果不对发动机进行特殊的控制,机器按照最大功率提供的牵引力往往大于地面附着条件决定的最大牵引力,所以,必然伴随着一部分功率以轮胎滑转的形式损失掉。
而1.如果采用对电喷发动机进行变功率控制的方法,就可以充分利用了电喷发动机燃油量可控的特性,使整机功率损失减小,有效节省了燃油消耗,使机器无论是大负荷低速作业还是高速行车,始终保持最佳的动力性与经济性工作状态;2.此外,变功率控制发动机的输出转速变化范围不变;3.发动机适应负载的能力没有减小;4.控制方法简单,不用改变整机的其他参数匹配。
4.全液压平地机电子抗侧滑控制技术(怎么做,为什么做)
(1)原因及意义
单泵双马达并联的液压平地机没有差速锁定机构,如果未采取同步或防侧滑措施,两侧驱动轮附着条件不同或负载不同都会造成极限情况下的侧滑,侧滑除造成平地机“陷车”,不能驶离滑转区域,还会加剧轮胎磨损,使牵引效率下降,严重影响平地机的作业性能。
电子抗侧滑也称电子防滑,是指不增加机械或液压防滑装置,完全采用自动控制方法,通过对行驶变量马达及变量泵排量的调节,使机器脱离单侧滑转状态的方法,对全液压平地机正常行驶及实现偏载作业有着十分重要的意义。
(2)原理
侧滑发生时,通过调节控制器的输出电流,将打滑一侧驱动马达的排量减小,系统压力随之升高,当系统压力逐渐建立并升高到一定程度时,未打滑一侧的驱动力逐步上升至足以克服负载阻力,则将车辆“带出”打滑区域。
当车辆正常行驶后,再将马达排量恢复原值。
这样只需要对马达排量进行电控调节,因此称为“电子抗侧滑”
5.PWM恒流控制技术(占空比的计算;恒流控制的原因)
微机原理部分
七、微型计算机的一般工作工程
计算机系统组成
计算机由硬件系统和软件系统组成。
1.计算机中指令的执行过程
指令:
由人向计算机发出的、能够为计算机所识别的命令。
计算机的工作是逐条执行由指令构成的程序,计算机的工作过程就是执行指令的过程
指令的执行过程:
顺序执行:
一条指令执行完了再执行下一条指令。
并行执行:
同时执行两条或多条指令。
两种执行方式时间的比较:
1并行:
更高的效率,更高的复杂度
2相对于顺序执行方式,指令并行执行的优势用加速比S表示:
nS=顺序执行花费的时间/并行执行花费的时间
n=3nΔt/(3Δt+(n-1)Δt)
n=3n/(2+n)
*计算机结构分为哪几类?
●(冯•诺依曼计算机和哈佛结构计算机)
2.冯•诺依曼计算机
冯•诺依曼计算机的工作原理:
存储程序工作原理。
结构特点:
运算器为核心。
冯•诺依曼机的工作过程:
取一条指令的工作过程:
①将指令所在地址赋给程序计数器PC;
②PC内容送到地址寄存器AR,PC自动加1;
③把AR的内容通过地址总线送至内存储器,经地址译码器译码,选中相应单元。
④CPU的控制器发出读命令。
⑤在读命令控制下,把所选中单元的内容(即指令操作码)读到数据总线DB。
⑥把读出的内容经数据总线送到数据寄存器DR。
⑦指令译码
n数据寄存器DR将它送到指令寄存器IR,然后再送到指令译码器ID
冯•诺依曼计算机体系结构
八、计算机中的数制及其转换
计算机中的数制
人类最习惯的计数制是十进制。
计算机由具有两种状态的开关器件组成,可以用0和1分别表示两种不同的状态。
计算机硬件惟一能够识别的是二进制数。
任何其它计数制和各种信息要让计算机处理,都需要借助软件转换为二进制。
1.计算机中的常用计数制(BDOH)
二进制表示法
特点:
以2为底,逢2进位;只有0和1两个符号;用B(binary)表示。
十进制表示法
特点:
以十为底,逢十进一;共有0~9十个数字符号;用D(decimal)代表。
八进制表示法
特点:
有0--7共8个数字符号;逢8进位;用O(octal)表示。
十六进制表示法
特点:
有0--9及A--F共16个数字符号;逢16进位;用H(hex)表示。
表示:
2.各种进制数间的转换
①非十进制数到十进制数的转换:
按相应的权表达式展开
例:
②十进制到非十进制数的转换:
对二进制的转换:
n对整数:
除2取余;
n对小数:
乘2取整。
对十六进制的转换:
n对整数:
除16取余;
n对小数:
乘16取整。
对八进制的转换:
n对整数:
除8取余;
n对小数:
乘8取整。
例:
将十进制数48.25转换为二进制数。
③非十进制数与二进制数的转换:
十六进制数与二进制的转换:
用4位二进制数表示1位十六进制数
n整数部分:
从小数点向左组,每4位一组,不够4位的高位补0。
小数部分:
从小数点向右分组,不够4位的在低位补0。
例:
八进制数与二进制的转换:
用3位二进制数表示1位八进制数
整数部分:
从小数点向左组,每3位一组,不够3位的高位补0。
小数部分:
从小数点向右分组,不够3位的在低位补0。
例:
九、计算机中的编码
计算机中的编码
数值编码:
二进制码;BCD码
西文字符编码:
ASCII码
1.BCD码(BinaryCodedDecimal):
用二进制表示的十进制数
n特点:
保留十进制的权,数字用0和1表示。
8421BCD编码:
用4位二进制码表示1位十进制数,每4位之间有一个空格
1010—1111是非法BCD码,只是合法的十六进制数。
BCD码与十进制和二进制数之间的转换:
BCD码与十进制数之间存在直接对应关系
例:
n(100110000110.0011)BCD=986.3
BCD码与二进制的转换:
先转换为十进制数,再转换二进制数;反之同样。
例:
BCD码在计算机中的存储方式:
以压缩BCD码形式存放:
n用4位二进制码表示1位BCD码;一个存储单元中存放2位BCD数。
以扩展BCD码形式存放:
n用8位二进制码表示1位BCD码.即高4位为0,低4位为有效位;
n每个存储单元存放1位BCD。
2.ASCII码(西文字符编码)
将每个字母、数字、标点、控制符用1Byte二进制码表示。
(字节:
Byte,1字节=8bit)
其中:
标准ASCII的有效位:
7bit,最高位默认为0。
ASCII码的奇偶校验:
奇校验:
加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。
n例:
A的ASCII码是41H(1000001B)
n以奇校验传送,则为C1H(11000001B)
偶校验:
加上校验位后编码中“1”的个数为偶数。
n上例若以偶校验传送,则为41H。
练习:
一十、计算机中的数及其运算
计算机中的二进制数表示
数的表示方法
数的性质:
各种编码多视为无符号数,数值多视为有符号数
1浮点数:
小数点的位置可以左右移动的数。
2无符号数:
无符号数的算术运算
n加法运算:
1+1=0(有进位)
n减法运算:
0-1=1(有借位)
n乘法运算:
每乘以2,相对于被乘数向左移动1位
n除法运算:
每除以2,相对于被除数向右移动1位
例:
3有符号数:
用最高位表示符号,其余是数值
n符号数的表示方法:
原码;反码;补码
0:
表示正数1:
表示负数
1)原码:
最高位为符号位,其余为真值部分。
n优点:
真值和其原码表示之间的对应关系简单,容易理解;
n缺点:
计算机中用原码进行加减运算比较困难;0的原码表示不唯一。
2)反码
对一个机器数X:
n若X>0,则
n若X<0,则
=对应原码的符号位不变,数值部分按位求反。
n例:
数0的反码也不是唯一的。
3)补码
定义:
例:
0的补码:
对8位字长,进位被舍掉
补码的算术运算:
通过引进补码,可将减法运算转换为加法运算。
n即:
例1:
例2:
现代计算机系统中,程序设计时,负数可用“-”表示,由编译系统将其转换为补码。
n例:
若输入数=-3,程序编译后的值=FDH。
4计算机能力的局限性
n当运算结果超出计算机表数范围时,将产生溢出。
1)无符号整数的表示范围:
当计算机中数的运行结果超出表数范围时,则产生溢出。
n无符号整数的表数范围:
无符号数加减运算溢出的判断方法:
当最高位向更高位有进位(或借位)时则产生溢出.
例:
2个8位数的加法运算
2)有符号整数的表示范围
n原码和反码:
补码:
对8位二进制数:
n原码:
-127~+127
n反码:
-127~+127
n补码:
-128~+127
符号数运算中的溢出判断:
两个有符号二进制数相加或相减时,若运算结果超出可表达范围,则产生溢出
溢出的判断方法:
n最高位进位状态
次高位进位状态=1,则结果溢出。
除法运算溢出时,产生"除数为0"中断;乘法运算无溢出问题。
例:
次高位向最高位有进位,而最高位向前无进位,产生溢出。
(事实上,两正数相加得出负数,结果出错)
5符号二进制数与十进制的转换
转换方法:
求出真值,进行转换
计算机中的符号数默认以补码形式表示。
原码=符号位+绝对值
正数的补码=原码=符号位+绝对值
∵负数的补码≠原码∴负数的补码≠符号位+绝对值
例:
补码数转换为十进制数
设:
若设:
对正数:
n补码=反码=原码,且原码=符号位+真值
n所以:
正数补码的数值部分为真值
对负数:
n补码≠反码≠原码
n所以:
负数补码的数值部分≠真值
一十一、8088/8086微处理器(不考)
嵌入式系统部分
一十二、嵌入式系统概述
1.定义:
嵌入式系统(EmbeddedSystems)是指:
“嵌入到对象体系中的、用于执行独立功能的专用计算机系统”。
本质就是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去。
2.特点:
“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。
(1)嵌入性:
可靠性高;
低成本、低功耗、体积小;
集成度高、集成在芯片内部;
(2)专用性:
面向特定应用,专用性强;
运行环境差异大;
具有软、硬件的裁剪性;
具有满足对象要求的最小软、硬件配置
(3)计算机系统:
配置有与对象系统相适应的接口电路;
具有固化在非易失性存储器中的代码;
完善的嵌入式系统开发工作和环境;
系统精简和高实时性操作系统。
3.功能:
1提供强大的网络服务;
2小型化、低成本、低功耗;
3人性化的人机界面;
4完善的开发平台。
4.硬件和软件特征
嵌入式系统的组成部分是嵌入式系统硬件平台、嵌入式操作系统(RTOS)和嵌入式系统应用。
经过不断地发展,嵌入式系统原有的3层结构逐步演化成为4层结构。
这个新增加的中间层称为硬件抽象层。
它能够通过特定的上层接口与操作系统进行交互,向操作系统提供底层硬件信息,并根据操作系统的要求完成对硬件的直接操作。
5.嵌入式操作系统
嵌入式操作系统的主要特点如下:
1体积小
2实时性
3特殊的开发调试环境
6.嵌入式系统的分类:
1按嵌入式微处理器的位数分类
其中,4位、8位、16位嵌入式系统已经获得了大量应用,32位嵌入式系统正成为主流发展趋势。
而一些高度负责和要求高速处理的嵌入式系统已经开始使用64位嵌入式微处理器。
2按软件实时性需求分类
非实时系统(如PDA)
软实时系统(如消费类产品)
硬实时系统(如工业实时控制系统)
3按嵌入式系统的复杂程度分类
小型嵌入式系统
中型嵌入式系统
复杂嵌入式系统
一十三、ARM7体系结构(重点,参考PPT)
1.简介
微处理器通常由3大部分组成:
控制单元、算术逻辑单元和寄存器。
2.ARM7TDMI
1内部结构(是什么样)
1)处理器核
2)用于边界扫描的TAP控制器
3)在线仿真器ICE组成
4)双向数据总线D[31:
0]被分割成单向输入和输出总线
2数据类型(指令集所支持的数据类型)
1)字节8位
2)半字16位(必须分配为占用两个字节)
3)字32位(必须分配为占用4个字节)
3工作模式(有什么,哪些是特权模式,哪些是异常模式)
1)工作模式:
2)特权模式:
系统、快中断、中断、管理、中止、未定义;
3)异常模式:
快中断、中断、管理、中止、未定义。
4内部寄存器(R13、R14、R15、CPSR、SPSR的概念)
1)R13(SP)堆栈指针
2)R14(LR)链接寄存器
3)R15(PC)程序计数器
4)CPSR程序状态寄存器
5)SPSR程序状态保存寄存器
5CPSR程序状态寄存器(N、Z、C、V、I、F、T)
条件代码标志位:
N、Z、C、V;控制位:
I、F、T、M4、M3、M2、M1、M0
1)N(Negative)负或小于N=1结果为负或小于
2)Z(Zero)零Z=1结果为0或比较相等
3)C(Carry)进位或借位扩展C=1进位或未产生借位
4)V(oVerflow)溢出标志V=1有符号溢出
5)I(Irq禁止)中断禁止位I=1IRQ禁止
6)F(Fiq禁止)快中断禁止位F=1FIQ禁止
7)T(Thumb)状态位T=1Thumb状态
8)M(Mode)模式位
6异常(中断及中断的响应机制、工作流程、服务子程的调用及特点)
1)响应机制
a)由硬件来判断是否发生外部事件并通知CPU;
b)由专用的中断服务程序ISR来处理事件。
2)工作流程
a)内部/外部事件请求CPU处理
b)CPU停止正常流程,根据对中断请求的判断,去执行响应中断的ISR
c)ISR结束后,CPU返回正常流程
d)处理中断前,保留主程序的状态,即保留CPU中寄存器的值。
3)中断服务子程ISR的调用及特点
a)被CPU硬件自动调用,不由其他程序在代码中调用;
b)CPU通过中断响应机制判断,对中断响应;
c)在ISR执行前、后,CPU自动进行了堆栈出入等操作;
d)ISR可以在程序运行的任意时刻被调用,是否被调用由用户决定;
e)由C语言编写,写成C函数的参数和返回值都应为void。
一十四、ARM7指令集(编程题,参考PPT)
1.ARM处理器寻址方式的分类
1)寄存器寻址
2)立即寻址
3)寄存器移位寻址
4)寄存器间接寻址;
5)基址寻址
6)多寄存器寻址
7)堆栈寻址
8)块拷贝寻址
9)相对寻址。
2.ARM指令集(先复习PPT,再研究编程题,4个例子)
一十五、跟踪控制实验(编程题)
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