專利名稱：粘性液體調(diào)速離合器用數(shù)字式模糊控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粘性液體調(diào)速離合器用控制器，特別是一種粘性液體調(diào)速離合器用數(shù)字式模糊控制器。
背景技術(shù)：
液體粘性傳動(dòng)是70年代中期發(fā)展起來的一種新型流體傳動(dòng)形式，它利用存在于主、從動(dòng)件之間的油膜剪切作用力來傳遞動(dòng)力，也稱為油膜剪切傳動(dòng)，是流體傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展中的重要領(lǐng)域。
液體粘性調(diào)速離合器，亦稱奧米伽離合器，它利用液體粘性和油膜剪切作用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞，并通過改變摩擦副之間的距離實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速功能。廣泛地應(yīng)用于需要無級調(diào)速的各種場合，如在重載的工況下，實(shí)行“軟啟動(dòng)”，即可控制地逐步克服整個(gè)系統(tǒng)的慣性而平穩(wěn)地啟動(dòng)以達(dá)到能夠大幅度減輕傳動(dòng)系統(tǒng)本身所受到的啟動(dòng)沖擊，延長關(guān)鍵零部件的使用壽命，同時(shí)還能大大縮短電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的沖擊時(shí)間，減小對電動(dòng)機(jī)的熱沖擊負(fù)荷及對電網(wǎng)的影響，從而節(jié)約電能并延長電動(dòng)機(jī)的工作壽命。實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制的核心部件是控制器，控制器性能的改進(jìn)與完善對提高設(shè)備的性能起著至關(guān)重要的作用。我國從90年代開始研發(fā)該類設(shè)備。北京理工大學(xué)采用電子技術(shù)完成了電子式轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其主要特征是建立在模擬控制電路的硬件系統(tǒng)之上，運(yùn)用PID算法得以實(shí)現(xiàn)。煤炭總院太原分院采用工業(yè)微機(jī)控制與STD總線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)液體粘性調(diào)速離合器的調(diào)速。以上作用的控制器都是建立在模擬電子技術(shù)上的，其控制原理均采用模擬控制技術(shù)，其控制器體積大，控制功能單一，不易調(diào)節(jié)。與其不同，這里我們應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，采用單片機(jī)與可編程邏輯器件集合，運(yùn)用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)對離合器實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)速控制。其具有界面清晰，人機(jī)對話方便；數(shù)據(jù)設(shè)置靈活，可以發(fā)展成自適應(yīng)系統(tǒng)；對環(huán)境抗干擾能力強(qiáng)，無溫漂、零漂等模擬電路無法克服的缺陷；可以采用多種算法，并靈活實(shí)現(xiàn)；元器件少，可以提高產(chǎn)品可靠性；利于二次開發(fā)等特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種粘性液體調(diào)速離合器用數(shù)字式模糊控制器，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，采用單片機(jī)與可編程邏輯器件集合，運(yùn)用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)對離合器數(shù)字式調(diào)速控制。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種粘性液體調(diào)速離合器用數(shù)字式模糊控制器，包括一個(gè)接受調(diào)速離合器被動(dòng)軸和主動(dòng)軸速度檢測的信號輸入而輸出控制信號經(jīng)電流放大器至電液比例閥，去控制粘性液體調(diào)速離合器的控制器，其特征在于所述的控制器是一個(gè)速度控制調(diào)節(jié)器外接三個(gè)模擬輸入接口、兩路分別為6位和8位的數(shù)字接口、以及兩路脈沖接口和用于通訊的RS485接口，還有外接一個(gè)鍵盤輸入和一個(gè)顯示屏；所述的速度調(diào)節(jié)器用于進(jìn)行數(shù)據(jù)變換和控制運(yùn)算；兩個(gè)脈沖接口中的一個(gè)接口用于輸入從調(diào)速離合器被動(dòng)軸檢測到的速度信號，而另一個(gè)接口用于輸入從離合器主動(dòng)軸檢測到的速度信號，采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器測量速度。
上述的速度控制調(diào)節(jié)器采用AT90S8535單片機(jī)與復(fù)雜可編程邏輯器件門陣列CPLD為核心的控制電路，采用模糊技術(shù)的控制算法，采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器測量速度輸入，采用PWM輸出控制。
上述的速度控制調(diào)節(jié)器由AT90S8535單片機(jī)、EPM8127 SLC84-10(84)門陣列、MAX488、AD7888AR模數(shù)轉(zhuǎn)換器的入口外接模擬輸入接口而出口接AT90S8535單片機(jī)，MAX488的入口外接通訊的RS485接口而出口接AT90S8535單片機(jī)，單片機(jī)亦外接6位輸入模塊，AT90S8535單片機(jī)與EPM7128門陣列相連，單片機(jī)和門陣列同鍵盤模塊和顯示模塊相連，EPM7128門陣列外接PWM輸出模塊、8位輸出模塊和編碼器輸入接口。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用單片機(jī)與可編程邏輯器件集合，運(yùn)用模糊算法實(shí)現(xiàn)對調(diào)速離合器數(shù)字式調(diào)速控制。具有界面清晰，人機(jī)對話方便；數(shù)據(jù)設(shè)置靈活，可以發(fā)展成自適應(yīng)系統(tǒng)；對環(huán)境抗干擾能力，無溫漂、零漂等模擬電路無法克服的缺陷；可以采用多種算法，亦靈活實(shí)現(xiàn)；元器件少，可以提高產(chǎn)品可靠性；利于二次開發(fā)等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的控制器連接框圖。
圖2是圖1中速度控制調(diào)節(jié)器的原理框圖。
圖3是圖2所示速度控制調(diào)節(jié)器的原理圖。
圖4是模糊控制算法流程圖。
圖5是軟件總體結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下參見圖1，本粘性液體調(diào)速離合器用數(shù)字式模糊控制器包含有一個(gè)接受調(diào)速離合器被動(dòng)軸和主動(dòng)軸速度檢測的信號輸入而輸出控制信號經(jīng)電流放大器至電液比例閥，去控制粘性液體調(diào)速離合器的控制器15，其特征在于所述的控制器1是一個(gè)速度控制調(diào)節(jié)器2外接三個(gè)模擬輸入接口5、6、7、兩路分別為6位和8位的數(shù)字接口8、9、以及兩路脈沖接口10、11和用于通訊的RS485接口12，還有外接一個(gè)鍵盤輸入3和一個(gè)顯示屏4；所述的速度調(diào)節(jié)器2用于進(jìn)行數(shù)據(jù)變換和控制運(yùn)算；兩個(gè)脈沖接口10、11中的一個(gè)接口10用于輸入從離合器被動(dòng)軸檢測到的速度信號，而另一個(gè)接口11用于輸入從離合器主動(dòng)軸檢測到的速度信號，采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器測量速度。上述的速度控制調(diào)節(jié)器2以單片機(jī)18與復(fù)雜可編程邏輯器件門陣列17為核心的控制電路，采用模糊技術(shù)的控制算法，光電旋轉(zhuǎn)編碼器測量速度輸入和PWM輸出控制。參見圖2和圖3，所述的速度控制調(diào)節(jié)器2由AT90S8535單片機(jī)18、EPM8127 SLC84-10(84)門陣列17、MAX48819、AD7888AR模數(shù)轉(zhuǎn)換器14的入口外接模擬輸入接口5、6、7而出口接AT90S8535單片機(jī)18，MAX48819的入口外接通訊的RS485接口12而出口接AT90S8535單片機(jī)18，單片機(jī)18亦外接6位輸入模塊8，AT90S8535單片機(jī)18與EPM7128門陣列17相連，單片機(jī)18和門陣列17同鍵盤模塊15和顯示模塊16相連，EPM7128門陣列17外接PWM輸出模塊13、8位輸出模塊9和編碼器輸入接口11。
圖2給出了速度調(diào)節(jié)器的原理圖，模擬輸入(電壓)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)入單片機(jī)；通訊接口經(jīng)MAX488芯片將數(shù)據(jù)導(dǎo)入單片機(jī)；另外有6位數(shù)字輸入接口可以直接與單片機(jī)相連；主、被動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速檢測通過編碼器直接與門陣列的輸入A口相連；門陣列提供8位數(shù)據(jù)輸出，PWM輸出。速度調(diào)節(jié)器主要有6個(gè)部件組成，鍵盤模塊、顯示模塊、單片機(jī)、門陣列、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和MAX488組成。
本控制器就是利用A口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口。通過片選信號的選擇，當(dāng)液晶顯示模塊片選信號有效時(shí)，將數(shù)據(jù)作為控制字送到液晶顯示模塊的控制寄存器中寄存并顯示。當(dāng)主、被動(dòng)軸編碼器計(jì)數(shù)器(在門陣列內(nèi))片選信號分別有效時(shí)，顯示數(shù)據(jù)就是主、被動(dòng)軸編碼器的信息。當(dāng)PWM功能鎖存器片選信號有效時(shí)，則該數(shù)據(jù)就是12位PWM數(shù)據(jù)。B口作為鍵盤8行×5列矩陣掃描中的5列數(shù)據(jù)輸入。當(dāng)PA0～PA7以一定周期掃描輸出低電平信號時(shí)，若沒有按鍵按下，B口的低5位PB0～PB4讀到的信號均為高電平，若有一鍵按下，PB0～PB4相應(yīng)的位信號就為低電平。通過查找此時(shí)PA0～PA7哪一位為低，就可通過查表方式查到對應(yīng)的鍵。這樣，由A口的低8位PA0～PA7和B口的低5位PB0～PB4就形成一個(gè)鍵碼，每一個(gè)鍵碼對應(yīng)一個(gè)按鍵。B口還可作為特殊功能口使用，其高三位PB5(MOSI)、PB6(MISO)和PB7(SCK)組成一個(gè)同步串行接口SPI(Serial Port Interface)，實(shí)現(xiàn)串行的模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送。C口的低5位PC0～PC4和A口的低八位可以組成13位數(shù)據(jù)，當(dāng)被動(dòng)軸編碼器計(jì)數(shù)器(在門陣列CPLD中)片選信號有效時(shí)，就可以讀取被動(dòng)軸編碼器13位計(jì)數(shù)器的數(shù)值；當(dāng)主動(dòng)軸編碼器計(jì)數(shù)器(在門陣列CPLD中)片選信號有效時(shí)，就可以讀取主動(dòng)軸編碼器13位計(jì)數(shù)器的數(shù)值；當(dāng)PWM功能鎖存器片選信號有效時(shí)，就可以對12位PWM的數(shù)據(jù)寄存器置數(shù)。C口的高3位PC5～PC7根據(jù)在門陣列CPLD中的譯碼電路，輸出6路片選信號被動(dòng)軸編碼器計(jì)數(shù)器片選信號；主動(dòng)軸編碼器計(jì)數(shù)器片選信號；PWM功能鎖存器片選信號；標(biāo)準(zhǔn)輸出口鎖存器片選信號；液晶顯示模塊片選信號和模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7888片選信號。D口的高6位(PD2～PD7)用于讀取外部標(biāo)準(zhǔn)光偶接口信號(IN0～I(xiàn)N5)，根據(jù)接口信號的不同，判斷并作為條件控制程序的不同流向。比如PD2(IN0)就可以定義為外部啟動(dòng)信號，當(dāng)對應(yīng)該路輸入通道的光偶導(dǎo)通時(shí)，PD2(IN0)為低，單片機(jī)讀取該信號后就啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)程序；同樣，PD3(IN1)就可以定義為外部停止信號，當(dāng)對應(yīng)該路輸入通道的光偶導(dǎo)通時(shí)，PD3(IN1)為低，單片機(jī)讀取該信號后就停止或中斷運(yùn)轉(zhuǎn)程序，并等待外部啟動(dòng)信號或面板上的啟動(dòng)按鍵按下。依此類推，PD2～PD7(IN0～I(xiàn)N5)可以根據(jù)用戶需求，靈活定義為不同的含義。
圖3清晰的表達(dá)了控制器的硬件結(jié)構(gòu)及原理。速度控制調(diào)節(jié)器是由單片機(jī)(AT90S8535)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7888、門陣列(EPM7128S)、PWM輸出模塊等組成。鍵盤輸入是通過按鍵電路實(shí)現(xiàn)的。按鍵電路模塊與單片機(jī)通過單片機(jī)的A口PA0-PA7，B口的PB0-PB4連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。顯示電路模塊與單片機(jī)A口的PA0-PA7相連完成顯示功能。圖1中的模擬輸入1-3模塊與AD7888相連將外界輸入的模擬信號(包括溫度輸入在內(nèi)，最多為8路)，片選后，通過串行通訊和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。RS485接口，與單片機(jī)D口的PD0-PD1連接，允許主機(jī)和上位機(jī)進(jìn)行通訊。圖1中的脈沖接口1，2就是編碼器測速模塊與門陣列的6、8、5、4連接，經(jīng)門陣列運(yùn)算后與單片機(jī)交換。單片機(jī)D口的PD2-PD7預(yù)留為一個(gè)6位數(shù)字輸入接口。門陣列還連接一些外圍的輔助電路以及一個(gè)8位數(shù)字輸出接口，可以用作拓展輸出用。
圖4，根據(jù)模糊控制算法，首先設(shè)置誤差E、誤差變化EC以及控制量U的論域，循環(huán)中斷采樣后開始計(jì)算E(k)、EC(k)。先對誤差E(k)進(jìn)行計(jì)算，判斷其是否大于零，如果的確大于零，進(jìn)一步判斷其是否在論域范圍之內(nèi)(小于XE)，如超出論域則以XE進(jìn)行賦值，若沒有超出論域范圍，則計(jì)算出其對應(yīng)的模糊論域；若E(k)小于零，亦同樣判斷是否超出論域，如若超出，賦值-XE，沒有則計(jì)算出其對應(yīng)的模糊論域。接下來對誤差變化EC(k)進(jìn)行計(jì)算，其流程與計(jì)算E(k)的流程相似，這里不再復(fù)述。對E(k)以及EC(k)模糊計(jì)算完畢后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果查詢模糊控制表，得到模糊控制量U(k)，反模糊化后直接輸出控制。
根據(jù)圖5，可清晰看出控制器的操作流程。給控制器通電后，自動(dòng)進(jìn)入初始化階段，然后顯示器開始工作，根據(jù)初始化，顯示的初始輸出速度為零，等待操作者解除鍵盤鎖定后(顯示由“！”符號變?yōu)椤?？?，輸入設(shè)定速度，確認(rèn)后(顯示由“？”符號變?yōu)椤?！?，設(shè)定速度被轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制，控制器開始進(jìn)行模糊運(yùn)算，PWM輸出控制量。然后循環(huán)計(jì)算、顯示輸出速度，掃描鍵盤檢查是否有新的輸入，若沒有則繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)控制。其中，如對設(shè)定的速度沒有確認(rèn)，即始終顯示“？”，則控制器跳過輸出程序環(huán)節(jié)，不對外輸出控制量。
下面給予進(jìn)一步詳細(xì)說明一、控制硬件設(shè)計(jì)1、AVR單片機(jī)AT90S8515AT90S8515是一款基于AVR RISC的低功耗的8位單片機(jī)，執(zhí)行一條指令僅需一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)。AT90S8515具有1MIPS/MHz的性能、8K字節(jié)FLASH、512字節(jié)EEPROM、512字節(jié)SRAM、32個(gè)通用I/O口、32個(gè)通用工作寄存器、具有比較模式的靈活定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、內(nèi)外中斷源、可編程的UART、可編程的看門狗定時(shí)器、SPI口以及三種可通過軟件選擇的節(jié)電模式。
2、門陣列EPM7128S本控制器采用ALTER公司EPM7128S，84個(gè)引腳。可用門數(shù)2500門，內(nèi)部可用資源128個(gè)宏單元，16個(gè)宏單元構(gòu)成一組，稱為邏輯陣列塊(LAB)。每個(gè)宏單元有一個(gè)可編程的與/固定的或陣列和一個(gè)具有獨(dú)立可編程時(shí)鐘、時(shí)鐘使能、清除和預(yù)置功能的可配置的寄存器。要構(gòu)建復(fù)雜的邏輯功能，每個(gè)宏單元可以通過共享的擴(kuò)展器和高速并行擴(kuò)展器乘積項(xiàng)來擴(kuò)充，每個(gè)宏單元可實(shí)現(xiàn)多達(dá)32個(gè)乘積項(xiàng)。EPM7128S還具有在系統(tǒng)可編程功能(ISP)，內(nèi)藏邊沿掃描測試電路(JATG結(jié)構(gòu))，不僅可以用于測試器件的好壞，還可以串行在線下載(ISP)擦寫，即可直接在電路板上進(jìn)行程序修改、燒錄等操作，方便產(chǎn)品升級，尤其是SMD封裝，更利于產(chǎn)品微型化。
本控制器中需要利用可編程邏輯電路實(shí)現(xiàn)的功能有主從電機(jī)的速度檢測，即將編碼器的脈沖信號通過倍頻、鑒相轉(zhuǎn)化為8位或12位的數(shù)據(jù)，由單片機(jī)定時(shí)中斷讀??；11位輸出信號鎖存；以及片選控制；譯碼；PWM生成都可由此芯片完成。采用門陣列設(shè)計(jì)電路，不僅可以大大減少元器件數(shù)量，使產(chǎn)品成本降低，而且還能大大加快產(chǎn)品開發(fā)速度，減少樣機(jī)的制作成本及周期。
為了實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制，提高系統(tǒng)的整體性能，降低對單片機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集運(yùn)算的要求，由門陣列CPLD對兩路脈沖分別進(jìn)行倍頻、鑒相和加減計(jì)數(shù)，單片機(jī)只需在每次定時(shí)中斷控制程序中通過總線讀取數(shù)值(位置值)即可，通過簡單的除法運(yùn)算和當(dāng)量轉(zhuǎn)換，即可得到與轉(zhuǎn)動(dòng)軸對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，這樣就大大減少了單片機(jī)的工作量，降低了在器件選擇過程中對單片機(jī)性能指標(biāo)的要求。
在實(shí)際使用過程中，為了使用戶能了解在控制過程中的一些狀態(tài)，并可根據(jù)狀態(tài)的不同來控制外部設(shè)備的運(yùn)行或停止。因此，在硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中預(yù)留了11個(gè)輸出信號，其中八個(gè)作為通用的輸出由光藕隔離輸出，另外三個(gè)作為專用的控制信號用于以后的功能擴(kuò)展。這11位輸出信號由單片機(jī)通過數(shù)據(jù)總線送出并鎖存，鎖存功能由門陣列CPLD完成。
LED顯示控制由另外兩位數(shù)據(jù)總線控制，亦由門陣列CPLD鎖存輸出，主要用于顯示系統(tǒng)程序的運(yùn)行狀態(tài)，即系統(tǒng)就緒(READY)、系統(tǒng)運(yùn)行(RUN)、系統(tǒng)故障(ERROR)。另外還有一個(gè)指示燈用于指示控制電源(POWER)，勿需由單片機(jī)控制。
門陣列CPLD可完成六個(gè)片選信號，分別為對主動(dòng)軸編碼器脈沖信號的數(shù)據(jù)讀取、對被動(dòng)軸編碼器脈沖信號的數(shù)據(jù)讀取、對應(yīng)PWM脈寬的數(shù)字寫入、數(shù)字量輸出口的鎖存片選、液晶顯示器的片選以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器的讀寫片選。
PWM，即脈寬調(diào)制功能是通過調(diào)整一個(gè)脈沖中占空比的大小，改變脈沖信號輸出的有效值，其突出優(yōu)點(diǎn)是即能提高控制精度，又能縮短控制時(shí)間，從而較好的解決控制精度和控制時(shí)間之間的矛盾，所以PWM控制方式被廣泛的用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，通過PWM可以實(shí)現(xiàn)對開關(guān)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)近似模擬量的控制，故在帶有馬達(dá)，電磁閥等類似執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)中獲得了極為廣泛的應(yīng)用。
而應(yīng)用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?shí)現(xiàn)的一種寬可調(diào)的PWM發(fā)生器，具有周期和死區(qū)時(shí)間任意可調(diào)等特點(diǎn)，性能優(yōu)異、控制靈活和可靠性高等特點(diǎn)。
3、液晶顯示控制電路基于成本及方便性考慮，該控制器選用16×4的點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。在運(yùn)行過程中，用于顯示各種監(jiān)測參數(shù)、程序運(yùn)行情況、以及報(bào)警發(fā)生時(shí)所對應(yīng)的報(bào)警內(nèi)容；在參數(shù)、程序輸入時(shí)，可以顯示按鍵輸入值、輸入位置以及對應(yīng)的輸入內(nèi)容或?qū)ο?；在調(diào)試時(shí)還可監(jiān)視輸入、輸出端口的狀態(tài)。單片機(jī)與液晶顯示模塊采用并行接口，除8位數(shù)據(jù)總線外，還包括片選信號CS、寄存器選擇信號RS，由于只對模塊進(jìn)行寫操作，所以將模塊的讀寫控制信號強(qiáng)制為低。CS信號亦由單片機(jī)輸出端口PC5～PC7譯碼形成，RS信號直接由PC0控制。
4、鍵盤掃描電路本系統(tǒng)按鍵共有38個(gè)，包括數(shù)字鍵、功能鍵和菜單選擇鍵。為了節(jié)約單片機(jī)的接口資源，由5行8列組成矩陣，采用掃描方式判斷按鍵的位置。5行由單片機(jī)的PB0～PB4構(gòu)成，8列即為單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線PD0～PD7。可先由單片機(jī)定時(shí)輸出全低(PD0～PD7全0)，讀取PB0～PB4的值，判斷有否按鍵輸入，若有則轉(zhuǎn)入按鍵判斷子程序，通過掃描讀取鍵值。
二、連接說明圖1中各處信號處的連接說明見表1所示表1連接說明

三、控制軟件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)(圖4)共有十一個(gè)功能模塊組成，它們是初始化模塊、液晶顯示模塊、輸出速度計(jì)算模塊、輸出速度轉(zhuǎn)換模塊、輸出速度顯示模塊、鍵盤掃描模塊、設(shè)定速度輸入模塊、設(shè)定速度轉(zhuǎn)換模塊、模糊控制運(yùn)算模塊、PWM控制輸出模塊、讀取編碼器數(shù)值模塊。
人機(jī)對話主要是通過鍵盤和液晶顯示來實(shí)現(xiàn)的，通過鍵盤輸入設(shè)定速度值、解除鎖定；液晶顯示器顯示系統(tǒng)狀態(tài)、輸出速度以及輸入速度。
各功能模塊分別為1、初始化控制器供電后，單片機(jī)開始工作，程序自動(dòng)加載。系統(tǒng)正常工作之前，對調(diào)用的內(nèi)部寄存器進(jìn)行定義，確定鍵盤值查詢表、模糊控制輸出查詢表的起始位置。設(shè)置輸入、輸出速度的顯示初值和計(jì)算初值為0。
2、液晶顯示液晶顯示有兩屏畫面，第一屏畫面顯示歡迎信息，第二屏畫面顯示各項(xiàng)參數(shù)。
首先設(shè)置顯示器的功能模式，其驅(qū)動(dòng)電路提供兩種顯示模式(1)、兩行、5×10點(diǎn)陣模式；(2)、四行、5×7點(diǎn)陣模式。我們選擇第二種顯示模式后，再逐一輸入字符的數(shù)據(jù)以顯示。
3、輸出速度計(jì)算系統(tǒng)每16ms自動(dòng)讀取編碼器數(shù)值后，與上次存儲(chǔ)的數(shù)值進(jìn)行相減獲得轉(zhuǎn)動(dòng)過的脈沖數(shù)，然后按照時(shí)間以及每圈總共的脈沖數(shù)計(jì)算獲得每分鐘的轉(zhuǎn)速，上述運(yùn)算都為十六進(jìn)制結(jié)果。
4、輸出速度轉(zhuǎn)換將上一步的計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成BCD碼。
5、輸出速度顯示根據(jù)BCD碼查找對應(yīng)的顯示代碼，按照個(gè)、十、百、千位逐一顯示。
6、鍵盤掃描在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，通過兩個(gè)端口PA、PB就可以構(gòu)成5×8＝40個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了近三倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成48鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一個(gè)鍵。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。
矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，上圖中，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。具體的識別過程如下A、判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。
B、判斷閉合鍵所在的位置在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。
另外，由于機(jī)械開關(guān)動(dòng)作時(shí)有抖動(dòng)，所以需要在程序中加一個(gè)軟件去抖動(dòng)程序，它的工作原理如下當(dāng)單片機(jī)檢測到有按鍵被按下后立即執(zhí)行一個(gè)10毫秒的延時(shí)程序，然后再在檢測該引腳是否仍然為閉合狀態(tài)？如果仍然為閉合說明確認(rèn)該鍵被按下立即執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，否則可能是干擾，丟棄這次檢測結(jié)果。
7、鎖定鍵解除判斷鎖定鍵是否解除，如果沒有則忽視鍵盤動(dòng)作，不能更改已定速度值。若解除鎖定則可以進(jìn)行輸入操作。
8、設(shè)定速度輸入移動(dòng)光標(biāo)分別至個(gè)十百千位，輸入0～9之間的數(shù)值，默認(rèn)單位為轉(zhuǎn)/分。如果其中的一位被忽視而沒有輸入，系統(tǒng)自動(dòng)賦0值。
9、設(shè)定速度確認(rèn)根據(jù)屏幕提示，當(dāng)確認(rèn)鍵動(dòng)作后顯示“！”表示設(shè)定成功，若是“？”則系統(tǒng)不予接受。
10、模糊控制運(yùn)算在完成速度設(shè)定之后，接下來進(jìn)入模糊控制運(yùn)算模塊。附算法流程圖(圖六)。
11、PWM控制輸出通過模糊控制模塊，運(yùn)算后獲取PWM控制二進(jìn)制數(shù)值，送給可編程邏輯器件門陣列CPLD，經(jīng)由外圍電路轉(zhuǎn)換成電壓值。
12、讀取編碼器數(shù)值系統(tǒng)定時(shí)器每16ms發(fā)出中斷指令，讀取編碼器的數(shù)值M1，與上一次的讀數(shù)M0相減，計(jì)算得出在這段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度即可換算成轉(zhuǎn)動(dòng)速度。保存新的讀數(shù)M1替代上一次的讀數(shù)M0，如此往復(fù)循環(huán)，監(jiān)測輸出的轉(zhuǎn)速。
權(quán)利要求
1.一種粘性液體調(diào)速離合器用數(shù)字式模糊控制器，包括一個(gè)接受調(diào)速離合器被動(dòng)軸和主動(dòng)軸速度檢測的信號輸入而輸出控制信號經(jīng)電流放大器至電液比例閥，去控制粘性液體調(diào)速離合器的控制器(15)，其特征在于所述的控制器(1)是一個(gè)速度控制調(diào)節(jié)器(2)外接三個(gè)模擬輸入接口(5、6、7)、兩路分別為6位和8位的數(shù)字接口(8、9)、以及兩路脈沖接口(10、11)和用于通訊的RS485接口(12)，還有外接一個(gè)鍵盤輸入(3)和一個(gè)顯示屏(4)；所述的速度調(diào)節(jié)器(2)用于進(jìn)行數(shù)據(jù)變換和控制運(yùn)算；兩個(gè)脈沖接口(10、11)中的一個(gè)接口(10)用于輸入從調(diào)速離合器被動(dòng)軸檢測到的速度信號，而另一個(gè)接口(11)用于輸入從離合器主動(dòng)軸檢測到的速度信號，采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器測量速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘性液體調(diào)速離合器用數(shù)字式模擬控制器，其特征在于所述的速度控制調(diào)節(jié)器(2)采用AT90S8535單片機(jī)(18)與復(fù)雜可編程邏輯器件門陣列CPLD(17)為核心的控制電路，采用模糊技術(shù)的控制算法，采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器測量速度輸入，采用PWM輸出控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘性液體調(diào)速離合器用數(shù)字式模擬控制器，其特征在于所述的速度控制調(diào)節(jié)器(2)由AT90S8535單片機(jī)(18)、EPM8127SLC84-10(84)門陣列(17)、MAX488(19)、AD7888AR模數(shù)轉(zhuǎn)換器(14)的入口外接模擬輸入接口(5、6、7)而出口接AT90S8535單片機(jī)(18)，MAX488(19)的入口外接通訊的RS485接口(12)而出口接AT90S8535單片機(jī)(18)，單片機(jī)(18)亦外接6位輸入模塊(8)，AT90S8535單片機(jī)(18)與EPM7128門陣列(17)相連，單片機(jī)(18)和門陣列(17)同鍵盤模塊(15)和顯示模塊(16)相連，EPM7128門陣列(17)外接PWM輸出模塊(13)、8位輸出模塊(9)和編碼器輸入接口(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種粘性液體調(diào)速離合器用數(shù)字式模糊控制器。它包括一個(gè)接受調(diào)速離合器被動(dòng)軸和主動(dòng)軸速度檢測的信號輸入而輸出控制信號經(jīng)電流放大器至電液比例閥，去控制粘性液體調(diào)速離合器的控制器，所述的控制器是一個(gè)速度控制調(diào)節(jié)器外接三個(gè)模擬輸入接口、兩路分別為6位和8位的數(shù)字接口、以及兩路脈沖接口和用于通訊的RS485接口，還有外接一個(gè)鍵盤輸入和一個(gè)顯示屏；所述的速度調(diào)節(jié)器用于進(jìn)行數(shù)據(jù)變換和控制運(yùn)算；兩個(gè)脈沖接口中的一個(gè)接口用于輸入從調(diào)速離合器被動(dòng)軸檢測到的速度信號，而另一個(gè)接口用于輸入從調(diào)速離合器主動(dòng)軸檢測到的速度信號，采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器測量速度。本控制器具有界面清晰，人機(jī)對話方便；數(shù)據(jù)設(shè)置靈活，可以發(fā)展成自適應(yīng)系統(tǒng)；對環(huán)境抗干擾能力強(qiáng)，無溫漂、零漂等模擬電路無法克服的缺陷；可以采用多種算法，并靈活實(shí)現(xiàn)；元器件少，可以提高產(chǎn)品可靠性；利于二次開發(fā)等特點(diǎn)。
文檔編號G05D13/36GK1728031SQ20051002727
公開日2006年2月1日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者洪躍, 金士良, 陳忠, 劉謹(jǐn) 申請人:上海大學(xué)