怎么判断一个元件是电源还是负载，(用关联参考方向和计算功率的知识说明)_百度知道
怎么判断一个元件是电源还是负载，(用关联参考方向和计算功率的知识说明)
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把这个元件看做是一个黑箱，一个方块（不要被它实际是电容电阻还是电源什么的所干扰）。电流从正极流入元件，从负极流出元件就是关联参考方向。在关联参考方向的设定下，实际电流方向与设定相同，电流的值就是正的，否则是负的；电压的正负一样。然后计算功率，功率是正的就是负载，功率是负的就是电源（此处电源是指提供电能的元件）。电分基本忘了。。。如果没记错的话应该是这样的。。你可以验证一下。
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我们会通过消息、邮箱等方式尽快将举报结果通知您。浙江大学机械与能源工程学院 硕士学位论文 混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究 姓名：马伟 申请学位级别：硕士 专业：机械设计及理论 指导教师：潘双夏
浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究摘要本文以实现混合动力挖掘机负载模拟的液压加载系统为研究对象，对液压加 载系统的测试与控制方法进行了深入研究。文章详细介绍了液压电子控制系统的 总体规划及各子功能模块的设计和实现，深入探讨了系统实现过程中的相关技 术，具体包括以下几个方面： （ｉ）研究和比较了目前应用于液压加载的电子测控方法，选择ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｔＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ，数字信号处理）嵌入式控制器作为液压测控系统的核心，使得控制系统精简、可靠、实时处理能力更强。文章探讨了使用ＤＳＰ对液压系统进 行测控的特点，并详细阐述了硬件电路实现的相关技术． （２）研究和分析了运行于ＤＳＰ的嵌入式软件的设计方法，通过移植ＤＳＰ／ＢＩＯＳ 操作系统、设计ＤＳＰ底层驱动程序和上层应用程序，使ＤＳＰ能同时完成多路数据 采集、多路通信任务处理及实时控制液压系统等功能． （３）提出并研究了一种通过ＳＩＭＵＬＩＮＫ软件和ＤＳＰ控制器进行通讯，实现实 时实物仿真的方法。该方法结合ＳＩＭＵＬＩＮＫ的仿真功能和ＤＳＰ的实时测控功能， 为液压系统中控制方法的研究提供便利。文中详细介绍了使用ＲＴＤＸ技术实现实 物仿真的具体方法。 （４）设计了上位机监控软件，通过上位机与ＤＳＰ控制器通讯，操作者可以 通过该软件实时地观测液压系统的运行状态，并控制液压系统的运行。此外，监 控软件还集成了文件管理功能和数据分析功能。文中详细介绍了上位机软件的实 现方法。 通过以上嵌入式硬件、嵌入式软件、实物仿真软件及上位机监控软件的设计， 模拟加载试验台电控系统搭建完成。 （５）对已搭建的模拟加载系统进行了控制方法研究。首先，通过研究液压 系统机理，建立变量泵、溢流阀的数学模型；然后，通过试验得出液压元件响应曲线，利用ＭＡＴＬＡＢ工具辨识得出模型参数；接下来，探讨了混合动力负载加载中的转矩分配策略，并研究了神经网络在加载系统闭环控制中的应用；最后，在试 验台上完成了混合动力源负载模拟加载试验。关键词：混合动力、挖掘机、负载模拟、ＤＳＰ、ＤＳＰ／ＢＩＯＳ、实物仿真、系统辨识、神经网络浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究ＡＢＳＴＲＡＣＴＩｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｈｙｂｒｉｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｅｘｃａｖａｔｏｒｓ ｌｏａｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ， ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｆｏｃｕｓｅｄｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｔｈｅ ｅ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：（１）Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔＯｃｏｒｅｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｒｍ，ｃｈｏｏｓｅ ＤＳＰ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｓ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｕｓｉｎｇ ＤＳＰｏｎｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ，Ｔｈｅｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅｒｅｌａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｉｔｓ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ．（２）Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ＤＳＰ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ＤＳＰ／ＢＩＯＳｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ＤＳＰ ｄｒｉｖｅｒ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ ＤＳＰ ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ Ｈａｎｄｌｉｎｇ ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｏｔｈｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ． ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ（３）Ａ ｐｈｙｓｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｂｅｔｗｅｅｎｏｎｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅＳＩＭＵＬＩＮＫ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ＤＳＰｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄｔｈｅ ＲＴＤＸ 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ｎｅｔｗｏｒｋⅡ学号丝≤全五！颦浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝望盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。…一龋与中…飙埘年７月莎日学位论文版权使用授权书逝鎏盘堂 有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿态堂本学位论文作者完全了解 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：与中月８日刷醛名．声≯签字日期：签字日期．砩年厂Ｄ蓦年尹月 寥日浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究第１章绪论本章将阐述课题提出的背景及国内外在相关领域的研究现状，介绍本文的 研究方向和主要任务。１．１研究背景与课题的提出液压挖掘机因其工况条件恶劣、负载变动剧烈，使得工作时油耗大、效率低，其节能控制研究一直是该领域的研究热点与难点所在．混合动力技术是当前应用于汽车领域里的一项新型节能技术，将其引入到液压挖掘机中，可以大大提 高挖掘机的工作效率ｎ１。浙江大学机械设计研究所开展挖掘机研究已有２０余年历 史，并于近几年开始了混合动力挖掘机的研究。 在混合动力液压挖掘机系统中，动力源的提供由液压系统的需求转矩决定， 而液压系统的需求转矩则由挖掘机负载决定ｎ１，为了在室内进行混合动力系统实 验，必需实现液压挖掘机负载的模拟，才能使混合动力系统在室内运行状况与挖 掘机在真实工况下的运行状况保持一致，因此，挖掘机的负载模拟是混合动力研 究的基础。 挖掘机负载的模拟通过液压加载的方式实现，其中电液控制是实现液压加 载的关键技术。电液控制系统设计中需要实时完成各液压元件的控制、液压系统 中运行状态的监测、负载信息到混合动力网络的发送、以及数据的记录和分析等 功能，因此，该模拟加载试验平台是一个集电子技术、计算机技术、电液比例技 术、传感器技术、自动控制技术以及网络通讯技术于一体的综合试验平台。针对 如何设计实现该综合实验平台，提出了本课题。１．２混合动力液压挖掘机研究概况液压挖掘机是一个复杂的大功率机械装置，工作时能量消耗较大，为了降低 油耗，需提高燃油的利用率，进而达到节省能源的目的ｂ１，国内外学者已经在挖 掘机的节能控制的领域里开展了大量的研究Ｄ１１，混合动力技术就是其中之一ｎ１。 混合动力（Ｈｙｂｒｉｄ）是一项新兴的节能控制技术，它早在十九世纪末就已经 被发明，目前已经被成功地应用在汽车领域，有效地提高了发动机的能量利用率， 此外在其他领域，如电梯、列车、公交车等行业，混合动力技术也已经开始应用ｆ＇１【ｌ叮浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究混合动力技术在大多数应用场合表现为采用机械能和电能的组合输出带动 负载，根据实施方式的不同，可分为串联式，并联式和混联式ｎ１三种方式： 串联混合动力系统中，发动机的输出动力全部用于发电．轻载时，一部分电 能用于电动机带动负载，另一部分电能储存到电池中；重载时，电池释放能量， 协助发动机共同带动电机驱动负载；此外，系统制动时，制动能带动电机发电， 电能被储存在电池中。 并联混合动力系统中，发动机和电动／发电机同轴。轻载时，发动机的输出 能量一部分直接用来驱动负载，另一部分通过带动电动／发电机发电，电能储存 在电池中；重载时，电池放电，电动机和发动机同时驱动负载。 混联式混合动力系统是串联和并联系统得结合，通过控制离合器的开闭，在 不同的工矿下可以得到不同的联合方式． 当前，在综合考虑了系统的节能，排放、布局和成本等因素的基础上，出现 在工程机械上应用的混合动力驱动方式主要以串联式和并联式为主ｎ１。目前国外 的一些挖掘机企业，如日本的小松、神户制钢、住友和日立建机，德国的利渤海 尔，美国的卡特彼勒，都已经开展了混合动力液压挖掘机的研究工作，经历了理 论研究、系统仿真和台架试验等探索阶段，达到了试验样机的开发阶段，早在 ２００４年５月，小松公司研制出了世界第一台混合动力液压挖掘机的试验机型。 而国内在这方面的研究还处于起步阶段，相关的文献报道甚少。浙江大学机械设 计研究所研制的混合动力挖掘机系统采用并联式实施方案，对挖掘机动力系统节 能进行了深入研究。１．３液压模拟加载技术研究概况模拟加载是广泛应用于工程测试领域的一项技术，它通过模拟真实工作环境，在试验室即可完成目标系统各个部件的性能测试“¨。在并联式混合动力挖掘 机系统中，发动机和电动／发电机同时带动负载，在试验系统中，该负载是通过模拟加载的方法实现的。加载系统可采用机械加载、液压加载等方式。机械加载 方法简单易行，但只能模拟变化规律进行简单的负载，且不能连续可调。液压加 载与机械加载相比，具有简单易行、所需元件数量少、可以连续加载、能远距离 控制等优点…１。 在众多的液压加载系统中，调压加载是较为常见的实施方式，在这种方式下，２浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究泵、比例溢流阀等是加载系统中较为核心的部件，操作者可通过调节比例溢流阀 来控制系统压力，进而实现负载的模拟加载． 目前，液压加载技术被广泛的应用于各工业控制领域，应用对象如钢坯修磨 机、采煤机、重型车桥、轻型起重、矿用电动机以及汽车变速器等“２‘＂，目前针 对于挖掘机工况的负载模拟实验系统在国内较为少见。尤其是应用在混合动力研 究中的动力源加载系统，国内外的相关报道甚少．１．４液压系统的电气控制研究概况在液压系统中，各电控液压元件的控制，监测仪表等功能都需要电子控制来 完成。目前，应用于液压系统的控制器主要有一下几种类型： （１）单片机（ＭＣＵ）单片机具有成本低，体积小的优点。将单片机应用在液压系统中，需要开发专门的硬件和软件，通用性差；此外，单片机的计算速度和精度都较低，难以完 成复杂系统的控制。 基于单片机系统的这些特点，目前，使用单片机构成的控制系统主要适用于定型产品，应用于实际挖掘机的控制系统仍然较多地包含了单片机控制器，而在液压试验系统中，单片机也常常以下位机的形式出现在控制系统中。例如，中国 人民解放军装甲兵工程学院机械工程系的学者提出了一种基于１６位单片机的液 压系统检测仪的设计方法，采用英特尔公司生产的１６位单片机８０Ｃ１９６，结合上 位机电脑，完成了液压系统多路信息采集、显示及实时控制等功能“盯。 （２）ＰＬＣ控制器ＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，可编程逻辑控制器）是用来取代用于电机控制的顺序继电器电路的一种器件。它由模仿继电器控制原理发展起来， 二十世纪七十年代的ＰＬＣ只有开关量逻辑控制，用以存储与执行逻辑运算、顺序 控制、定时、计数和运算等操作指令，主要通过数字输入和输出操作，控制各类 机械或生产过程。随着技术的不断发展，ＰＬＣ在开关量处理的基础上增加了模拟 量处理和运动控制等功能。因此目前的ＰＬＣ不再局限于逻辑控制，在运动控制、 过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 ＰＬＣ应用系统的开发使用较为简单。首先，用户根据生产过程的工艺要求编 制的控制程序，并事先将其存入ＰＬＣ的用户程序存储器中；运行时，ＰＬＣ以循环浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究方式执行程序指令．ＰＬＣ采用梯形图编程，解算逻辑的速度在微秒量级，控制精度不高，不适合运行较复杂的控制算法． 基于ＰＬＣ的上述特点，目前较多的液压试验台都采用了ＰＬＣ控制㈨，在简单 试验系统中，仅采用ＰＬＣ便可以完成系统设计；而在大型试验系统中，ＰＬＣ往往 作为下位机完成数据采集和控制输出，复杂的控制策略则在上位机中实现。例如， 兰州理工大学机电工程学院的学者采用ＰＬＣ加上位机的方案设计液压综合试验 平台，并使用ＬＡＢＶＩＥＷ作为软件编程工具“＂。浙江大学流体传动及控制国家重点 实验室的学者则采用了一种将ＰＬＣ结合工控机方案，将其用于盾构液压试验系统 设计Ⅲ１． （３）嵌入式工控机 嵌入式工控机是一种广泛应用于工业控制领域的高可靠性专用计算机系统， 其针对性较强，具有体积小、功能强等特点。 ＰＣＩ０４是嵌入式专用计算机控制系统的代表，是一种专门为嵌入式系统而定 义的工业控制总线，其信号定义和ＰＣ／ＡＴ基本一致，但电气和机械规范完全不同， 主要具有以下特点：小尺寸结构，标准模块的机械尺寸是（９６×９０）ｍｍ；堆栈式连 接，去掉总线背板和插板滑道，总线以“针”和“孔”形式层叠连接，这种层叠 封装有极好的抗震性；总线驱动，减少了元件数量和电源消耗。 使用ＰＣＩ０４控制系统，可以配置与通用ＰＣ机一样的输入输出设备和软件， 有多种商业化外围产品如模拟量输入输出模块等与之配套，软件资源丰富，可以 完成多路数据采集和处理的功能。这种系统的软件开发非常方便，运算速度快， 完全能够完成液压系统的各种控制需求。其缺点是价格昂贵，只适合于对控制系 统体积要求特别严格而又不计成本的场合。 在液压试验系统中工控机的使用也较多ｎ鲫幢＂１２４１，例如，上文中兰州理工大学 机电工程学院的学者设计的液压试验系统就采用了ＰＣＩ０４工控机。 （４）通用ＰＣ机 随着技术的不断发展，通用ＰＣ机无论在硬件性能还是在软件方面，都有了 极大的提高，但价格却在不断下降。通用ＰＣ机不但有强大的运算能力，而且具 有良好的人机界面。 软件方面，专门用于Ｐｃ机的商业化工程应用软件非常多，都具有强大的数 据处理功能，同时ＰＣ机还有良好的软件开发环境，可以开发各种机器人的智能４浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究控制算法。硬件方面，Ｐｃ机具有强大的计算能力，商业化扩展部件也很多，能 很好地完成各种控制功能．这种方案的最大缺点是体积大、功耗高，不适用于行走式设备，但优点是成本低、软硬件开发较容易． （５）高性能ＤＳＰ控制器 ＤＳＰ控制器应用是工业控制领域的一项新技术，与普通控制芯片相比，ＤＳＰ 控制器有着更高的性能和集成度。在国外，ＤＳＰ芯片已经被广泛地应用于当今技 术革命的各个领域；在我国，ＤＳＰ技术也正以极快的速度被应用到科技和国民经 济的各个领域ｎ“．ＤＳＰ芯片专门为快速实现各种数字信号处理算法设计，是一种 具有特殊结构的微处理器，一般具有以下特点‘２ｑ： ①内部采用程序和数据分开的哈佛总线结构。 ②具有专门的硬件乘法器。 ③广泛采用流水线操作． ④提供特殊的ＤＳＰ指令集。 除此之外，部分专门针对工业控制而设计的ＤＳＰ芯片还集成设计了多种外设， 譬如各种通讯接口，ＰＷＭ控制功能等。 基于ＤＳＰ芯片的这些特点，将其应用到液压系统控制领域是非常合适的，但 是目前这种应用实例却并不多见，本文正是探讨了使用ＤＳＰ控制液压系统的方 法，具有一定的创新意义．１．５本文的研究内容本文主要对液压加载综合试验平台的控制系统设计以及控制方法研究展开 研究。 液压加载综合试验平台必需具备三个基本功能：首先，能完成混合动力系 统中的动力源负载模拟；其次，能实现对泵、溢流阀等液压元件的稳态及动态性 能进行测试；最后，能实现各种闭环控制，并能评测各种控制方法的实施效果。 控制系统设计是实现上述功能的前提，而控制方法研究旨在改善试验台的性能，提高试验的控制精度和速度。具体可分为以下五部分研究内容：（１）研究使用ＤＳＰ对液压系统进行测控的特点，分析其硬件电路实现的相 关技术，完成控制系统电路的设计与调试。浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究（２）研究运行于ＤＳＰ的嵌入式软件的设计方法，编制程序，使ＤＳＰ能同时完成多路数据采集、多路通信任务处理及实时控制液压系统等功能．（３）研究通过ＳＩＭＵＬＩＮＫ软件和ＤＳＰ控制器进行通讯，实现实时实物仿真的 方法，为液压系统中控制方法的研究提供便利。 （４）设计上位机监控软件，使操作者可以通过该软件实时地观测液压系统 的运行状态，并控制液压系统的运行． （５）研究液压加载试验的控制方法．可通过研究液压系统机理，建立变量泵、 溢流阎的数学模型；通过试验得出液压元件响应曲线，利用ＭＡＴＬＡＢ工具辨识得出 模型参数。然后研究转矩分配策略以及液压系统闭环控制算法，最后进行混合动 力源加载试验。 其中，第（１）部分内容属于液压加载控制系统的硬件设计，第（２）、（３）、 （４）部分内容属于液压加载控制系统的软件设计，第（５）部分内容侧重于对液 压系统进行理论分析研究．６浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究第２章液压加载控制系统总体设计本章将介绍通过液压加载实现混合动力挖掘机负载模拟的工作原理，提出液 压加载试验台中控制系统的设计需求，对控制系统的各种实施方案进行比较，并 从整体上规划控制系统的设计路线。２．１液压加载试验装置及其工作原理液压加载试验装置由先导控制系统和主系统两部分组成。 液压先导控制系统由先导泵、卸载阀、蓄能器、比例减压阀、电磁换向阀等 液压元件组成，如图２－１所示。例减阀图２－１液压加载试验装置先导系统原理图 在图２－１所示的液压先导系统中，先导液压泵采用齿轮泵设计实现，卸载阀 的作用为在非运行状态下对先导系统进行卸压，蓄能器在系统设计中起保护作 用。液压先导系统的功能包括多路阀先导控制、液控单向阀先导控制、电磁换向 阀先导控制和液压泵先导控制四部分，分别为主系统中的多路阀提供先导压力、 通过提供先导压力控制液控单向阀的开闭、为电磁换向阀提供先导压力以及控制 变量泵的排量。ｒ相对液压先导系统而言，液压主系统在运行时有着更高的压力，同时也是液浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究压加载的实现载体．其结构如图２－２所示．圆：兮：图２－２液压加载试验装置主系统原理图 考虑到应用的灵活性，在液压主系统中设计了单泵加载和双泵合流加载两种 工作模式，由于在双泵合流加载的模式下需要动力源提供双倍的功率，从而可以 实现更大功率加载。这两种工作模式的选择可以通过控制电磁换向阀实现。 该液压加载试验台主要实现三个方面的功能： （１）混合动力系统负载模拟 混合动力源的负载模拟是该液压加载系统的主要功能。在实际系统中，动力 系统的负载状况表现为液压泵的需求转矩，而液压泵的需求转矩正比与液压泵输 出流量和压力的乘积。在液压加载试验系统中，液压泵的输出流量可以通过先导 系统中的比例减压阀来控制，而液压系统压力则可以通过调节比例溢流阀来控 制。因此在该系统中，既可以固定液压泵的流量只调节压力，也可以固定压力只 调节流量，或者同时调节流量和压力，实现对泵的加载。 在混合动力液压挖掘机中，带动液压泵的动力源是由柴油机和电动／发电机 共同提供的。在动力能源的分配策略研究中，液压系统的负载状况需要实时的传 输到动力分配控制系统中。信息的实时传输设计采用ＣＡＮ网络实现，连接到该 ＣＡＮ网络的节点除了液压系统以外，还包括电池管理系统、电机控制系统和柴油 机油门控制系统，它们之间可以相互通信，如图２－３所示。８浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究ＣＡＮ总线图２－３加载系统通过ＣＡＮ网络发布载荷信息 （２）液压元件性能测试 除了完成动力源的加载以外，液压加载系统还可以方便的实现液压泵、比例 溢流阀以及液压多路阀的性能测试。在液压泵测试试验中，通过控制液压泵输出 流量的同时监测泵的实际流量，可以得出该液压泵的流量控制特性；在比例溢流 阎的性能测试中，通过控制溢流阀调节压力的同时监测实际压力，可以得出溢流 阀的压力控制特性；通过控制多路阀电磁换向，还可以实现多路阀的性能检测。 （３）为各种控制算法研究提供试验平台 在液压系统中通过安装传感器可以构成多种形式的闭环控制系统，其原理如图２－４所示。图２－４在液压试验台上进行控制方法研究 在该闭环控制系统中，被控对象可以是变量泵、溢流阀或是包括各种液压阀 在内的复杂系统，控制参数可以为压力、流量或是转矩。目前，应用于液压挖掘 机的各种控制算法较多的停留在虚拟仿真阶段，将它们应用到试验系统中，可以 通过测试这些控制算法的实际应用性能，为控制算法的改进提供参考，使控制算 法的研究从理论走近工程应用。２．２控制系统方案设计在图２－１和图２－２所示的液压加载试验系统中，共需要输出比例溢流阀控制 量７路、电磁铁开关控制量１ ３路；采集流量信息３路、压力信息１ ｏ路、转矩信 息１路。对液压泵进行加载的同时，控制器还需将当前的负载信息通过ＣＡＮ网络 传输到混合动力系统中的其他节点，如图２－５所示．９浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究ＣＡＮ网络图２－５液压加载控制系统原理简图 ２．２．１硬件平台实施方案设计 针对实验系统中的多路信息采集、控制、总线实时通讯等需求，模拟加载实 验系统硬件电路设计时考虑以下两种实施方案： （１）基于可编程序控制器（ＰＬＣ）和ＬＡＢＷＩＥＷ软件的实现方案ｎ钉。 使用ＰＬＣ作为下位控制器对液压系统进行测控，上位机通过ＬＡＢＶＩＥＷ设计操 作、显示界面。该方案可以设计出良好的人机交互平台，但是存在一定的不足： 首先，系统成本高，ＬＡＢＶＩＥＷ软件和ＰＬＣ控制器都比较昂贵；其次，由于ＬＡＢＶＩＥＷ 和ＰＬＣ之间采用硬件串行通讯的方式，受通讯速度的限制，实时实物测控难以实 现；最后，在得到成熟的控制算法之后不方便嵌入化，应用于实际挖掘机。 （２）基于ＤＳＰ和ＭＡＴＬＡＢ软件结合的实现方案。 采用ＤＳＰ作为下位控制器，使用ＳＩＭＵＬＩＮＫ作为算法设计、操作控制以及显 示平台。该方案有如下优点：首先ＤＳＰ成本低，运行速度快，控制能力强。其次 可采用软件数据交换技术，方便实现实时实物测控；最后，在算法经过测试之后， 只需将其描述成ＤＳＰ中的Ｃ代码，便可以脱离上位机直接应用到实际挖掘机中。 该方案的缺点是开发难度较大，对计算机性能要求较高。 比较上述两种实施方案，最终选择将以ＤＳＰ为中心的硬件设计方案应用到液 压挖掘机模拟加载试验台。 ２．２．２控制算法试验方案设计 在控制算法的研究中，根据实施方法和层次的不同，可以分为虚拟仿真和实ＩＯ浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究物仿真。虚拟仿真是指通过在软件中建立被控对象的理论模型，设计控制方法， 利用软件的仿真功能进行模拟运行，得到的仿真曲线只是数学计算结果；实物仿 真是指针对实际的被控对象，在仿真软件下设计控制方法，在真实的试验平台上 测试，由此得到的结果是传感器反馈的有效信息． 传统的控制算法开发流程中，首先需对控制系统进行分析，设计符合该系统 的算法；然后借助于软件工具ＭＡＴＬＡＢ进行虚拟仿真验证，在验证结束后还需手 工编写程序实现，通过嵌入式开发环境进行调试；最后再结合实际硬件平台进行 集成测试，如此不断迭代最终完成控制系统的开发。由于这个流程需要进行分步递推设计，算法修改、调试和测试的难度都很大．实物仿真不同于传统控制方法，由于控制对象为实物，设计人员在软件环境 下便可以对控制算法进行分析验证，从而降低了算法开发的难度。ｄＳＰＡＣＥ是当 前提供实物仿真的典型实现方案，利用该平台开发控制算法包括三个步骤： ①快速控制原型。在控制器硬件未定型之前，在ＭＡＴＬＡＢ环境下进行算法 设计、验证，采用ｄＳＰＡＣＥ通用硬件平台实时验证算法性能。 ②代码生成。控制器硬件定型后，利用ＭＡＴＬＡＢ软件可以将仿真算法模型 转换成控制器Ｃ代码，再将代码烧写到ｄＳＰＡＣＥ控制器硬件中。 ③硬件在回路仿真测试。结合ｄＳＰＡＣＥ软件和硬件，实时测试算法性能。 使用ｄＳＰＡＣＥ平台开发控制算法有一定的局限性，ｄＳＰＡＣＥ硬件需要定制，硬 件上难以扩充，不能复制，所以难以推广． 本文提出一种新的实物仿真实施方案。基于ＲＴＤＸ（ｒｃａｌ－ｔ ｉｍｅｄａｔａｅｘｃｈａｎｇｅ，实时数据交换）技术，结合ＭＡＴＬＡＢ软件的内在功能和ＤＳＰ硬件实现 系统的实物仿真。在液压挖掘机模拟加载试验台的设计中，利用ＲＴＤＸ技术，在 ＭＡＴＬＡＢ环境下进行算法设计，并在该环境下直接对液压系统进行实时的闭环控 制，得到真实的试验数据，评测算法的实施效果。由于该方案没有附加的软硬件 成本，实现方便，易于推广。 ２．２．３试验台监控方案设计 在液压加载试验台上，通过设计监控系统来实时地显示试验数据，并控制液 压系统的运行。监控系统设计有两种实施方案： （１）使用操作面板和液晶显示屏浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究这种实施方案需自行设计带有液晶显示屏的控制面板，开发过程包括原理图 设计、ＰＣＢ设计、制版及调试等环节。该方案成本低，运行可靠，便于嵌入式产 品化，但开发较为复杂，人机操作界面较难设计． （２）使用Ｐｃ作为上位机监控端 使用Ｐｃ机作为上位机监控平台省去了很多硬件开发环节，只需在ＷＩＮＤＯＷＳ 操作界面下设计监控软件即可，因而实现较为简便，上位机和Ｉ）ＳＰ嵌入式系统之 间可采用串行通讯的方式交互指令和数据，该方案容易设计出较友好的人机界面。针对液压加载试验平台的设计要求，将上述两种方案都应用在实际系统中， 操作人员既可以通过操作面板和液晶显示屏对系统进行监控，又可以通过ＰＣ对 系统进行监控。设计中，上位机Ｐｃ与外部嵌入式监控系统采用相同的通讯协议 和指令系统，简化系统设计。２．３控制系统设计路线综合以上液压加载平台控制系统的设计方案，提出如下设计路线： （Ｉ）硬件设计路线。采用ＤＳＰ作为嵌入式控制核心，包括ＤＳＰ内核设计，数据采集电路设计，控制输出电路设计以及通讯电路设计等，具体工作包括原理图设计，ＰＣＢ线路板制作、焊接和调试等。 （２）软件设计路线。包括三个方面： ①ＤＳＰ嵌入式软件设计。包括操作系统、驱动程序和应用程序三部分。 ②用于实物仿真的交互软件设计．包括ＭＡＴＬＡＢ程序和Ｉ）ＳＰ程序两部分。 ③上位机监控软件设计。包括通讯设计、界面设计，文件系统设计等。 以上设计将在接下来的章节中给出。其中，本文第三章将详细阐述以ＤＳＰ 为核心的嵌入式硬件设计，而本文第四章则将着眼于软件，详细介绍其实现过程。１２＊ｎ＾学Ⅻｉ｛＆＊女‰☆≈力渡Ⅲ控掘机负＃模Ｍ§‰厦其＆“方＃＂Ｅ第３章液压加载控制系统硬件设计本章将介绍液压加载试验台中嵌入武控制系统硬件设计，详细阐述其电路实 现过程。 嵌入式控制器的内核为高性能３２位ＤｓＰ。与＾ＲＭ，单片机相比，使用ＤＳＰ作为控制器核心有几大优势““：首先，９ＳＰ的内核具有专用于信号处理计算的硬 件单元，可以高速完成复杂计算和控制，在液压系统控制研究中，很多复杂的智能控制方法和控制策略都可阻依靠ＤＳＰ实现；其坎，应用于控制领域的ＤＳＰ都集成了丰富的外设接口单元，譬如多路＾Ｄ，丰富的１０口。强大的通讯接口等，在很多的应用场合下，利用这些外设资源，只需要对ＤＳＰ裸片进行简单的扩克就可应用于实际系统。相比之下，使用单片机作为控制核心，则电路设计中外扩电路的规模要大很多． 由于９ＳＰ芯片只能处理数字信号，而实际液压系统中的信号一般是横拟信 号，这就需要通过前向通道和后向通道将ＤＳＰ芯片和宴际系统联系起束川。 ０ＳＰ系统的前向通道用于将实际系统的物理信号转换为数字信号。液压加载 系统中，前向通道采集液压系统中压力、流量以及转矩信息，并将这些信号换成 数字虽，便于在ＤＳＰ内进行计算，控制，显示或者存储． ＤＳＰ系统的输出通道用于将ＤＳＰ输出的数字信号转换成模拟信号，进而控制 物理系统。在液压加载系统中，后向通道用亍实现液压系统中变量泵，比例控制 液压阎、电磁换向阎的控制。 ＤＳＰ嵌入武控制器的通讯模块用于实现与其他处理器通讯。ＤＳＰ控制系统功 能框图如图３－１所示。』位机ｃ州网络◇ｆ订目３ｌＤＳＰ嵌入式控制系统功能简图浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究３．１ＤＳＰ选型及内核电路设计嵌入式内核芯片的选型决定该控制系统的整体性能。液压加载试验系统中选择的ＤＳＰ除了满足液压加载控制的需求外，还需考虑其实际应用。目前，应用于 液压挖掘机的嵌入式控制器大多采用性能不高的单片机实现ｎ”，但单片机计算精 度低、速度慢，很大程度上影响了挖掘机控制系统的性能ｎ们ｎ们，因此，将高性能 的ＤＳＰ应用到液压挖掘机中有较高的实用价值。液压挖掘机加载系统作为液压挖 掘机的试验平台，其控制系统设计完成后可以移植到实际挖掘机中。有所不同的 是，实验台上可以使用通用ＰＣ作为监控系统，而实际挖掘机中必须设计高可靠 的嵌入式仪表。 基于以上考虑，液压加载试验系统中选用ＴＩ公司生产的一款用于控制的高 性能、多功能、高性价比的３２位定点ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２Ｄ们。相对于当前挖 掘机应用领域使用较多的嵌入式控制芯片如８０Ｃ１９６ＫＣ、ＡＤＣＵ８１２等而言，该芯片 的性能更为强大。表３－Ｉ将这些控制器在ＣＰＵ性能、内存资源以及片内外设资源 方面作了简单对比ｎ”１３１１。 表３－Ｉ ＤＳＰ控制器与几款单片机性能对比 控制器型号 ＣＰＵ性能 位 宽ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ ３２１ ５０Ｍ １ ８ｋ １ ２８ｋ Ｉ ６内存资源ＲＡＭ ＦＬＡＳＨ ＰＷＭ片内外设资源ＴＩＭＥＲＡＤＣ ＩＯ主频ＳＣＩＣＡＮ３２位 ３个Ｉ６路５６２１位字节字个１２位个路路８０Ｃ１９６ＫＣ１６２０Ｍ４８８无无１６位 ４个１ｌ路 ０位 ８路 １２位４０１无位ＡＤＣＵ８１２字节１２Ｍ ２５６个３２路１８位８Ｋ无Ｉ６位无字节３个个路从表３－１中看出，ＤＳＰ芯片在各个方面都优于早期使用的单片机芯片，是液 压加载控制系统的首选芯片。确定芯片型号后，即可开始ＤＳＰ的硬件电路设计。 ＤＳＰ内核电路设计是整个电路中最为关键的环节，主要包括电源输入、时钟 输入、ＪＴＡＧ调试接口以及存储器外扩电路等几个部分。１４浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究（１）电源 ＤＳＰ的电源设计一直是ＤＳＰ应用系统设计的一个重要的组成部分，ＴＩ公司的 ＤＳＰ家族一般要求有独立的内核电源和１０电源。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ ＤＳＰ的核电压为 １．９Ｖ，ＩＯ电压为３．３Ｖ，工作在１５０Ｍ赫兹频率下，总电流在２００ｍＡ左右ｎ“，针对 这些要求，ＴＩ公司推出了一些电源调整器，其中ＴＰＳ７６７０３０１是其推出的一款双 路低压差电压调整器ｂ＂，非常适合于ＤＳＰ应用系统的电源设计． ＴＰＳ７６７Ｄ３０１芯片带有可单独供电的双路输出，一路固定输出电压为３．３Ｖ， 另一路输出电压可以调节，范围为１．５－５．５Ｖ，每路输出电流的范围为０－１Ａ，完 全可以满足ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的要求。电路设计中，电源芯片的输入电压设计为４．１Ｖ 左右，有助于降低电源芯片的发热；同时设计保证ＤＳＰ的ＩＯ口先于内核上电， 即电源芯片先提供３．３Ｖ供电，然后再提供１．９Ｖ供电，该上电时序的设计有利于 保护ＤＳＰ芯片。 （２）时钟 大部分ＤＳＰ芯片都具有时钟倍频功能，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片的最大倍频系数为 ５，因此在设计中，外部可采用３０Ｍ或以下的晶振。晶振包括无源晶振和有源晶 振两种：无源晶振是有２个引脚的无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振 荡信号，其成本较低，但信号质量较差；有源晶振是包含石英晶体、晶体管和阻 容元件的完整的振荡器，与无源晶振相比，运行更为可靠，因此设计中采用有源 晶振作为时钟源。 根据数据手册，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１ ２的时钟输入电压不能超过１．８Ｖ，而市场上的有 源晶振鲜有１．８Ｖ型号，所以设计中采用反相器ＳＮＬＶＣＩＧｌ４作为缓冲连接芯片¨扪． （３）存储器扩展 高性能ＤＳＰ芯片都在内部集成了丰富的ＲＡＭ（Ｒａｄｏｍ 储器）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｒｙ，随机存Ｍｅｍｏｒｒｙ只读存储器）或者ＦＬＡＳＨ闪存资源，用于临时存储或者固化程序和数据，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片片内包含了１８Ｋ字ＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲａｄｏｍ ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｒｙ，静态随机存储器）和１２８Ｋ字ＦＬＡＳＨ存储器¨”．ＤＳＰ系统开发过程中，通常将程序放置于ＳＲＡＭ中进行调试，调试完成后再 固化到ＦＬＡＳＨ存储器中。调试中程序和数据共享ＳＲＡＭ单元，对于复杂系统的调 试需要较大的ＳＲＡＭ空间，液压加载试验系统功能复杂，程序量较大，因此设计浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究中需要对系统扩充更大的ＳＲＡＭ，设计中选择ＳＲＡＭ芯片的型号为ＩＳ６１ＬＶ２５６１６． 该芯片是２５６Ｋ字ＳＲＡＭ存储器，不仅可以满足调试的需求，而且为工程应用提供 了足够大的内存空间Ｄ４１． 为了使ＰＣＢ布局布线更为紧凑，ＤＳＰ与存储器之间的总线连接可采用就近连 接方式，即ＤＳＰ数据总线与存储器数据总线连接，不区分次序；ＤＳＰ的地址总线 和存储器的地址总线相连，在留出最高位的前提下同样不区分次序，并不影响使 用。设计完成后，存储器被映射到ＤＳＰ的外部数据空间，在本系统中，片外ＳＲＡＭ 存储器的地址空间设计为ＯＸ８００００到０ＸＣ００００。 硬件系统设计中，为了存储断电保存的关键数据，需要对ＤＳＰ系统扩充 ＥＥＰＲＯＭ存储器。本设计采用ＥＥＰＲＯＭ存储芯片２４Ｃ２５６来实现。该芯片是一款带 有ＩＩｃ接口的ＥＥＰＲＯＭ芯片，容量为２５６Ｋ位，由于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２没有专用ＩＩｃ 接口，设计中通过使用ＩＯ口模拟ＩＩｃ总线时序来实现对ＥＥＰＲＯＭ的读写。 ＤＳＰ内核扩展电路如图３－２所示。图３－２ ＤｓＰ内核扩展电路原理图１６浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究３．２数据采集电路设计液压系统中的被测物理量主要包括压力、流量、转矩、位移等，这些物理量 都可以通过传感器转换成电信号，经ＡＤ转换后提供给ＤＳＰ芯片进行计算、控制 或存储。传统的采集系统一般采用普通单片机作为核心部件。相比之下，使用 ＤＳＰ进行数据采集有着更高的精度、速度和灵活性。 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２集成设计了ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇｔｏ ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ，模数转换）模块，该ＡＤＣ模块是一个１２位分辨率的，具有流水线结构的模数转换器。它有 如下特点口钉： ①内部具有双采样保持电路。 ②数据采集时窗口有独立的预定标控制，并且允许系统对同一通道转换多 次，允许用户执行过采样算法，有利于提高采样的精度。 ③有多个触发源可以启动ＡＤＣ转换。 ④快速的转换时间，ＡＤＣ时钟可以配置为２５ＭＨｚ，最高采样带宽为１２．５ＭＳＰＳ。使用ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２设计数据采集电路时不必外接专用模数转换芯片，从而避 免了复杂的硬件设计． ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片只能对０―３Ｖ电压范围采样，在传感器模拟输入前端需 要设计电压跟随、高频滤波以及３Ｖ限压电路，其中电压跟随电路采用ＬＭ３２４芯 片实现，电路原理图如图３．３所示。―－｛压力传感器卜一液压一扭矩传感斟一―惋量传感斟一系 统―拉移传感器Ｌ陶Ｔ 阳 ｐ孝一÷ 脚ｒＡＤＣｌ ＡＤＣ２ ＡＤＣ３ＤＳＰ内部电 压基准模拟信号处理电路ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２图３－３数据采集电路原理图 在ＰＣＢ设计中，需遵循模数隔离、单点接地、最小回路等设计准则，力求将 外部干扰降低到最小。浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究３．３控制输出电路设计液压加载系统中包含两种控制方式：电液比例控制和电液开关控制¨“。 （１）电液比例控制 电液比例控制即根据输入电信号的大小连续地、成比例地对液压系统的流 量、压力等参数进行远距离计算机控制。可以进行比例控制的液压元件有电液比 例变量泵、电液比例减压阀、电液比例溢流阀等． （２）电液开关控制 电液开关控制即通过输出电信号对液压系统中的开关动作进行远距离控制， 例如多路阀的换向，主要通过是否给液压阀内部的线圈通电来实现。 ３．３．１溢流阀、变量泵比例控制 液压加载系统中的溢流阀、变量泵的控制信号必须是连续的模拟电信号。 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２没有模拟信号输出的功能，必须通过模拟数字转换才能实现对液压 系统的比例控制。ＭＡＸ５２５０是ＭＡＸＩＭ公司生产的一款带ＳＰＩ接口的４通道Ｄ／Ａ芯 片ｂ酊，转换精度为１０位，本设计采用它来扩展ＤＳＰ功能，电路原理如图３－４所／－－ｆ。ＩＯ ＩＯ １０ ＤＳＰＣＳ ＣＬＫ ＤＡＴＯＵＴＡ ＯＵＴＢ ＯＵＴＣ ＯＵＴＤ―一凼３２§Ｈｙｌ２ＱＱＱ Ｐ ―一逝３２４ ＨＹｌ２ＱＱＱ Ｐ ―一业３２垒卜叫Ｙ１２ＱＱＱ ｐ ―一逝３２垒ＨＹｌ２ ＱＱＱ Ｐ液压ＭＡＸ５２５０１０ １０ ＩＯＣＳ ＣＬＫ ＯＡＴＯＵＴＡ ＯＵＴＢ ＯＵＴＣ ＯＵＴＤ屯２§．ＨＹｌ２ＱＱＱ卜啼阀控 系统图３－４ Ｄ／Ａ输出电路原理图图３－４中ＤＡ芯片ＭＡＸ５２５０为５Ｖ供电，参考电压设定为２．５Ｖ，实现将数字 控制量转换成０到２．５Ｖ的电压；ＬＭ３２４为放大器，１２Ｖ供电，对输入的电压信号 进行４倍放大，输出为０到１０电压；ＶＴ２０００为上海立新公司生产的驱动系统， 实现将０到１ ０Ｖ的电压信号隔离并转换成２４Ｖ具有１ ００到８００毫安驱动电流的信＊Ⅱ★学＊｝ｆ”F女％ｏ日山渡ｍ＆＊ｍｍ＃槿ｍ系％Ａ＃＃制＾‰目究号，其输出直接连接电液比例溢流阊３ ３变量泵。２电磁阀于卜关控制 寝压加载系统中包台７多个电磁换向闽，当培换向阀的电磁铁的线圈通电时，电磋铁会产生吸力从而改变电磁阀中阎芯的位置，阻实现换向。电磁铁线圈 的控制需要２４ｖ电压，电流在Ｌ ５＾左右，电醯阎的数量为１ ３个。 ＤＳＰ具有丰富的１０输出资源，但没有直接驱动电磁铁线圈的能力，只能作 为控制端决定电磁铁线圈是否导电，所吼在电路设计中需要引入继电器。为使电 路设计更为可靠，在鲑电器和ＤＳＰ中问还增加７光电隔离电路，其原理图如图３＿５所示。。。 。ｓＰ １。Ｉ。ＦⅥＳ３２０Ｆ２８１ ２涮旺 毋ｔ旺 毒－呸光电隔离控制电路 电碰闲ｆ多个）圉３ ５电裱Ｉ阀开关控铬５电路原理圉在围３―５所示的电路中，继电器的控制电压为２４Ｖ，光电腑离芯片选用的型 号为ＴＬＰ５ ２１。其工作原理为：当ＤＳＰ的１０引脚输出高电平，电磁阀的控制端处 于短路状态，当输出低电平，光电隔离芯Ｈ中的发光管发光，其接收端的集射级 电压降低到１Ｖ以下，从而继电器的线圈通电，开关吸台，使电碌ｉ闽通电，达到 控制目的。 为７使电路更为司靠，ＤＳＰ电源继电器控制端电源聪及电磁阀供电电源分 开设计，图卜５所示电路中的电阻起限流作用，自特基二极管起绩流作用，防止 电磁铁线圈产生的反向电动势列系统产生冲击浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究３．４通讯电路设计液压加载试验系统中，嵌入式ＤＳＰ系统的通讯模块包含三部分功能： （１）ＲＳ２３２串行通讯功能。用于连接外部嵌入式系统，实现对液压系统的 手动操作和液晶显示等． （２）ＵＳＢ通讯功能。用于连接上位机电脑，通过上位机程序对液压系统进 行监控． （３）ＣＡＮ通讯功能．与混合动力试验系统中的其他控制器进行双向数据交 换。３．４．１ＲＳ２３２串行通讯ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＴＭＳ３２０Ｆ２８１２内置ＳＣＩ（ＳｅｔｉａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ，串行通信接口）模块，与其它嵌入式芯片的串行通讯模块相比，其最大的特点是具有波特率自检 测功能以及为传送、接收提供了单独的ＦＩＦＯ（ＦｉｒｓｔＩｎＦｉ ｒｓｔＯｕｔ，先进先出）缓）中器。而且它具有一个１６位的波特率选择寄存器，波特率调节范围和精度都 较高¨”。 ＳＣＩ引脚的高电平为３．３Ｖ，当外部输入电压高于３．３Ｖ时很可能损坏ＤＳＰ芯 片，因此，硬件设计中选择提供３．３Ｖ连接的总线驱动芯片ＭＡＸ３２３２ｍ１，使用它 可以方便的将ＤＳＰ接入ＲＳ２３２网络。电路如图３－６所示。ｌｌ ＳＣＩＴＸＤＡ ＩＯ １２ ＳＣＩＲＸＤ＾ ９ －一Ｔｏ１１４ １３１ Ｔ●Ｒ７¨”ｍ砌ｏ盯盯＋圳Ⅲ瑚叫 盯Ⅲ邮Ⅲ８＿ 二４ ５Ｉ１６ ２ ６ １５口口￡；∞一 一＋一一ｗ甜垤矾一 一Ｔ主一驺 一” ―２ 啪∞眦舯一ＤＧＮＤ图３－６ ＲＳ２３２电路原理图浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究３．４．２ＵＳＢ通讯ＯＳＢ作为一种常用的Ｐｃ机互连协议，使外设到计算机的连接更加高效便利． 在液压加载试验系统中采用ＵＳＢ连接电脑与ＤＳＰ嵌入式系统，可以大大方便用户 的使用，普通带有ＵＳＢ接１２的电脑在安装相应的ＵＳＢ驱动和应用程序之后都可以 接入液压加载系统． 设计中采用ＴＵＳＢ３４１０芯片设计ｔｌＳＢ通讯电路，ＴＵＳＢ３４１０是ＴＩ公司推出的 一款３．３Ｖ供电的高性能ＵＳＢ２．０到ＵＡＲＴ桥接芯片Ⅱ”，由于其内部集成了丰富的 控制资源，外部电路设计较为简单，主要包括电源电路、延时复位电路、外扩 ＥＥＰＲＯＭ电路等Ｈ们１４１１ｅ电源是ＵＳＢ电路设计的关键，ＴＵＳＢ３４１０的工作电源由上位ＩＪＳＢ主机提供， 其中间需经过ＡＭｌｌｌ７芯片将５Ｖ转换为３．３Ｖ，为了在较高的通讯速率下进行可 靠通讯，该电源需与ＤＳＰ电源分开，设计中采用了光电隔离芯片６Ｎ１３７。延时复位电路用于确保芯片在上电之后和程序运行之前有一段时间可以稳 定内核电压，该时间长短可通过选择不同的电阻或电容来调节，过长或过短的复 位时间都会导致ＵＳＢ芯片挂起而不能工作。 ＥＥＰＲＯＭ用于存放ＵＳＢ固件，通过ＩＩＣ接口与ＴＵＳＢ３４１０连接，上拉电阻为１Ｋ 欧姆，较高的阻值会导致引导错误。 电路原理图如图３－７所示。图３－７ ＵＳＢ电路原理图浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究３．４．３ＣＡＮ网络通讯ＡｒｅａＣＡＮ【Ｃｏｎｔｒｏｌ ｌｅｒＮｅｔｗｏｒｋ，控制器局域网）是一种“多主方式”的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，并能够检测产 生的任何错误。当信号传输距离达到１０千米时，ＣＡＮ总线仍可提供高达５Ｋｂｐｓ 的数据传输速率¨”． 为了在任何两个基于ＣＡＮ总线的仪器之间建立兼容性，德国Ｂｏｓｃｈ公司提出 了基于ＣＡＮ总线通讯的协议规范。该规范分为ＣＡＮ２．０Ａ与ＣＡＮ２．０Ｂ，其中ＣＡＮ２．０Ｂ 同时支持标准的１１位标识符和扩展的２９位标识符。ＣＡＮ协议被进一步细分为： ＣＡＮ对象层、ＣＡＮ传输层和ＣＡＮ物理层。其中，对象层和传输层包括所有由Ｉｓｏ／ｏｓｉ 模型定义的数据链路层的服务和功能‘４”． ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２中的ＥＣＡＮ（ＥｎｈａｎｃｅｄＣｏｎｔｒｏｌ ｌｅｒ ＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ，增强型局域网控制）模块¨”集成了ＣＡＮ总线的物理层和数据链路层，它支持ＣＡＮ总线２．ＯＡ 和２．０Ｂ协议，ＣＡＮ的可靠的错误检测以及处理功能都是由控制器的链路层自动 完成。在电路设计中，只需通过连接一个３．３Ｖ的ＣＡＮ收发器可以使ＴＭＳ３２０ｆ２８１２ 直接接入ＣＡＮ总线网络，该ＣＡＮ驱动芯片采用ＰＣＡ８２Ｃ２５０设计实现。为了保证系 统通讯可靠，电路中采用了光电隔离设计，由于ＣＡＮ总线的通讯速率高达２５０Ｋ 比特每秒，需选用高速隔离芯片，如６Ｎ１ ３７等，电路图如图３－８所示。ＤＳＰ３．３Ｖ－隔离――――嵋ＡＮ５Ｖ图３－８ ＣＡＮ电路原理图浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究３．５本章小结本章详细介绍了液压加载系统的嵌入式硬件设计。首先，通过分析控制需求 和ＤＳＰ芯片的特点，选择高性能３２位ＤＳＰ作为系统控制核心；接下来设计了ＤＳＰ 内核扩展电路，实现了ＤＳＰ最小系统的设计；然后进行数据采集电路、控制输出 电路的设计，实现了对液压系统的监测和控制；最后完成了通讯电路设计，使得 ＤＳＰ嵌入式系统可以和上位机电脑或其他控制器进行实时通讯，也可以与ＣＡＮ网 络进行数据交换。 整个ＤＳＰ嵌入式控制系统具有集成度高、运算速度快、精度高、功耗低等优 点，相比传统的嵌入式控制系统，在性能上有了较大的提高，经过长时间运行检 验，该硬件系统稳定可靠，具有较强的抗干扰能力． 详细的ＰＲＯＴＥＬ硬件电路原理图见附录Ｃ。浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究第４章液压加载控制系统软件设计本章将详细介绍液压加载控制系统软件的设计，从原理上分析软件的设计方 法，并探讨设计中遇到的问题和解决办法。其具体内容包括三个部分：嵌入式 ＤＳＰ软件设计、实物仿真程序设计（包括上位机和下位机）和上位机监控程序设 计。４．１嵌入式ＤＳＰ软件设计嵌入式ＤＳＰ软件设计即设计运行于ＤＳＰ片内的应用程序。当前大部分ＤＳＰ 嵌入式程序都运行于前后台模式。这种编程模式下，ＤＳＰ主程序被设计成一个无 限的循环，循环中调用相应的函数完成相应的操作，以中断方式处理异步事件。 这种模式存在很多弊端，不利于信息实时处理。对于液压加载试验系统而言，使 用前后台模式编程会使得程序量庞大，编制、调度、扩展和维护都非常困难¨”。 随着基于ＤＳＰ的实时多任务应用的日益普遍，越来越多的开发者开始采用基 于ＤＳＰ的多线程内核来设计应用软件。多线程能够使实时多任务应用程序被清晰 地分解成多个功能不同、优先级不同的线程，所以一个多线程应用程序更容易在 不影响某些关键线程的响应时间的前提下进行维护和升级，而这一点在采用顺序 处理和循环结构的应用程序中则很难做到１４”。 在液压加载试验台上，ＤＳＰ需要完成数据采集、主机通讯、ＣＡＮ总线通讯以 及与ＭＡＴＬＡＢ通讯等功能，比较适合基于操作系统设计。在移植了操作系统的基 础上，编辑相应的底层驱动程序对各分功能进行管理，对相应的处理操作进行封 装，以便在不同的应用程序中调用，接下来再设计液压加载应用程序。图４－１ 显示了嵌入式软件的整体架构。 ，ｊ系统初始化数据采集下薹２４串行通信ＣＡＮ通信 其他驱动图４－１嵌入式软件结构＊Ⅱ＾≠《±＃Ⅱ☆￡％☆动力液Ⅲ捏＃＃【负载模ｍ幕‰Ｒ＃控制女＃＂Ｒ采用上述架构使得嵌入武软件系统更加规范化、模块化、层次化，在编制、调试、扩展和维护万面，都显得简捷而方便．４ Ｉ１嵌入式操作系统移植目前应用于ＤＳ？的嵌入式实时操作系统主要有ｏｓＰ／ＤＩＯＳ”。、ｕｃ／ｏｓＩＩ““或其官类型的ＲＴＯＳ。“。其中，ＤＳＰ／Ｂ１０Ｓ是ＴＩ公司特别为部分ＤＳＰ平台设计的一个尺 寸可裁剪的实时多任务操作系统内核，该操作系统具有优化眭能好，存储开销小驱动开发方便，体系结构可精简的特点”，于是在模拟加载试验台的软件设计中采用该方案。 ＤＳＰ嵌入式软件开发在ＣＣＳ（Ｃｏ／ｄｅＣｏｍｐｏｓｅｒＳｔｕｄｉａ）软件中完成，该软件是ＴＩ公司提供的一个完整的ＤＳＰ集成开发平台”…．ＣＣＳ不仅集成７常规的开发 工具，如源程序编辑器代码生成工具段调试环境，还集成Ｔ［ＩＳＰ／ＢＩＯＳ开发工具，图４ ２显示了在ＣＣＳ软件环境下开发ＤＳＰ／Ｂ１０Ｓ庙用程序的碌理。图４－２ ＣＣＳ环境下开发ＤＳＰ／ＢＩＯＳ应用软件原理在ＣＣＳ环境下设计带有ＤＳＰ／Ｂ］０Ｓ系统的应用程序具有以下特点”首先，所有与硬件有关的操作可借助ＤＳＰ／Ｂ１０Ｓ本身提供的ＡＰｌ函数完成，其次，开发浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究者可以通过ＣＣＳ提供的图形化工具在ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的配置文件中完成硬件资源的控 制；此外，ＤＳＰ／ＢＩＯＳ提供了具有优先级的多线程处理，按优先级从高到低有４ 种线程：硬件中断（ＨｗＩ）、软件中断（ｓｗｉ）、任务（ＴＳＫ）和后台线程（ＩＤＬ）。硬 件中断用于处理重要异步事件，优先级由硬件本身决定，其服务程序应尽可能精 简；软件中断主要用于处理硬件中断中没处理完的事物；任务用于处理各种实时 性不强的事件；当ＣＰＵ没有中断线程或任务运行时，自动进入后台线程ＩＤＬＥ． 由于ＤＳＰ／ＢＩＯＳ嵌入在ＣＣＳ集成环境中，其实现代码可由ＣＣＳ软件自动生成， 因此，根据需求合理设计ＤＳＰ／ＢＩＯＳ操作系统的程序代码及数据所在的物理空间 成为操作系统移植中最为关键的环节． 程序在开发过程中，需将ＤＳＰ／ＢＩＯＳ操作系统数据与代码存放在ＲＡＭ中，开 发完成后再将这些数据与代码固化到掉电保存的ＦＬＡＳＨ存储器中，表４－１设计了 在这两种模式下操作系统数据与代码的物理空间设置。 表４－１ ＤＳＰ／ＢＩＯＳ操作系统中数据与代码的物理空间设置类型 段名称 标识 物理空间 调试模式下ＤＳＰ／ＢＩＯＳ运行模式下ＬＯＳＡＲＡＭ ＭＯＳＡＲＡＭ ＦＬＡＳＨ ＦＬＡＳＨ ＬＯＳＡＲＡＭ ＦＬＡＳＨ ＦＬＡＳＨ ＦＬＡＳＨ ＦＬＡＳＨ ＦＬＡＳＨ ＦＬＡＳＨ参数缓冲段 堆栈段 系统初始化表 ＴＲＣ初始化数值 系统内核状态 系统配置段．ａｒｇｓＬＯＳＡＲＡＭ ＭＯＳＡＲＡＭ数据．ｓｔａｃｋ．ｇｂｌ ｉｎｔＨＯＳＡＲＡＭ ＨＯＳＡＲＡＭＬＯＳＡＲＡＭ．ｔｆｃｄａｔａ ．ｓｙｓｄａｔａ．ｏｂｊ．ｂｉＯＳＬＯＳＡＲＡＭ ＨＯＳＡＲＡＭ ＨＯＳＡＲＡＭ ＨＯＳＡＲＡＭＰＩＥＶＥＣＴ ＨＯＳＡＲＡＭＤＳＰ／ＢＩＯＳ 代码系统代码段 初始化代码段 中断代码段 中断向量表 ＲＴＤＸ代码段．ｓｙｓｉｎｉｔ ．ｈｗｉ ．ｈｗｉ．．ＶｅＣ．ｒｔｄｘ―ｔＣＸｔ表４－１中，中断向量表的定位较为关键，在运行模式下必须先将系统生成的 中断向量表固化到ＦＬＡＳＨ中，然后在系统初始化过程中将中断向量表拷贝到相应 的ＳＲＡＭ位置，程序才能正常工作¨引。浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究４．１．２底层驱动程序设计 底层驱动程序用于管理与硬件相关的操作，包括系统初始化、数据采集驱动、 串行通讯驱动以及与ＣＡＮ通讯． （１）系统初始化设置 ＤＳＰ上电后，所有的内部寄存器、指针都处于初始状态，此时需要进行一系 列初始化操作，包括设置ＣＰＵ主频、设置外部存储器的接口时序，对ＩＯ口进行 初始化等Ｄ耵，这些初始化操作在主函数中完成。 ①时钟配置 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＤＳＰ芯片可以运行在高达１５０兆赫兹的频率下，高于一般的嵌 入式控制器，但高的运行频率会增加系统功耗，使得ＤＳＰ芯片、电源芯片产生更 大的热量，不利于ＤＳＰ系统可靠工作。因此，实际应用系统采用３０兆赫兹的外 部时钟，并在程序中将锁相环（ＰＬＬ）寄存器设置为８，主频设置为１２０兆赫兹。 设置好主频后，需对芯片内部需要工作的模块提供时钟，图４－３显示了系统中各 模块的时钟规划布置。时钟时钟图４－３ ＤＳＰ片内外设时钟规划②存储器时序配置 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片的外部总线可以连接不同速率的设备，在试验台嵌入式系 统中，ＤＳＰ的外部总线连接了高速的ＳＲＡＭ，在程序初始化时需要对存储器接口时 序进行相应的设置。 ③ＩＯ接口配置２７浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究ＤＳＰ具有丰富的ＩＯ口，大部分１０都是和专用功能复用的，既可以作为通用 的ＩＯ引脚，又可以作为专用的输出功能，如ＣＡＮ、ＰＷＭ等．上电复位后，这些 ＩＯ口均作为通用ＩＯ口使用，且处于输入状态；初始化过程中，需要将ＤＳＰ的ＩＯ 设置为相应的功能，若作为通用１０，还需设置其为输入或者输出． （２）数据采集程序设计¨钉 数据采集的程序设计主要包括ＡＤＣ模块初始化和运行流程设计两个部分，由 于数据的标定操作需在数据采集中断服务程序中完成，在此处也一并介绍。 时钟设置是ＡＤＣ模块初始化过程中的核心环节．系统复位后，设计将ＡＤＣ 模块上行时钟ＨＩＳＰＣＰ设置为１０Ｍ赫兹，分频系数ＣＰＳ设置为０，ＡＤＣＣＬＫＰＳ设置 为５，使得ＡＤＣ采样转换时钟ＡＤＣＣＬＫ为１Ｍ赫兹，然后需要设置转换和保持时间 参数ＡＣＱ―ＰＳ为３，最后得到采样单通道的转换频率为２００Ｋ赫兹。 ＤＳＰ中的ＡＤＣ模块内部包含１６个转换通道，应用中可以根据需要设置单次 采样后转换通道的数目。这１６个通道被分为Ａ、Ｂ两组，可以通过编程设置为级 联模式或者分开工作模式，此外，采样转换可以设置为顺序采样和同步采样模式。 试验台设计中，将采样通道数目设置为１６，工作于级联模式下的顺序采样模式。 ＤＳＰ中的ＡＤＣ转换可以设置为连续模式或启停模式。连续模式下，ＡＤＣ模块 结束本次转换后马上进行下一次转换；启停模式下，ＡＤＣ模块结束本次转换后， 在下一次转换之前需要一个触发信号来开启ＡＤＣ转换，触发方式有软件触发、定 时器硬件触发等多种方式，其中，硬件触发由于采用了专用的定时器中断，具有 周期稳定的特点。因此，设计中将ＡＤＣ模块设置为起停模式，采用来自事件管理 器的定时器进行触发，每隔２０毫秒产生一次触发信号，即采样频率为５０赫兹。 ＡＤＣ模块在采样转换结束后，得到的采样结果被临时存放在片内存储器中等 待处理，用户可以采用中断方式或软件查询方式及时处理这些数据，试验台设计 中采用硬件中断来实现。 当中断产生后，ＤＳＰ／ＢＩＯＳ自动将程序指针定位到ＡＤＣ中断服务程序入口， 中断服务程序中首先设置相应的运行指示灯闪烁，然后缓存ＡＤＣ采样结果，如果 需要改变比例控制输出量，则修改相应的ＤＡ控制值，如果需要改变电磁阀控制 状态，则修改相应的ＩＯ输出值，最后在退出服务程序时做必要的复位操作，ＡＩ）Ｃ 硬件中断的处理流程如图４－４所示。浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究晕 罴◆＜图４－４ ＡＤＣ硬件中断程序流程图数据标定是程序设计中的重要组成部分，包括输入传感器数据标定和控制量 输出标定两个方面。下面以压力数据为例，设计其标定方法： 压力传感器将０到最大压力ＰＭＡｘ转换成４ｍＡ到２０ｍＡ电流信号，采集电路中， 取样电阻为１００欧姆，使得ＤＳＰ中ＡＤＣ引脚的输入电压为０．４Ｖ到２Ｖ，ＡＤＣ模块采 用内部基准电压，３Ｖ对应于最大的转换值，对于低于３Ｖ的电压值，其转换结果 为：Ｒｅｓｕｌｔ：４０９５×―ＶＩＮ－－Ｖ―ＡＤＣＬＯ３式（４－１）上式中屹剃＝０，采样结果被左移四位存于寄存器中，因此数据读取采用下式进行： ＡＤＣＢＵＦ［０】＝（ＡｄｃＲｅｇｓ．ＲＥＳＵＬＴ０―０ｘ２０００）＞＞７ 式（４―２）０．４Ｖ对应的直流电平经计算为０ｘ２２２０，由于取样电阻值有可能出现小量偏 移，因此为了不出现负数溢出，实验中将其设置为０ｘ２０００，经过式（４―２）计算 后，２Ｖ对应的值为２７７。 实验中传感器量程为０到４０ＭＰａ，而液压加载试验台中压力值不超过３０Ｍｐａ， 按照式（４－２），对应的转换结果不超过２５６。因此可以采用单字节存放和传输。浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究对于某特定的采用结果，其对应的压力值为：Ｅ＝（ＮＵＭ。－４）×罴（ＭＰａ）＝ＮＵＭｌ×朵一０．５８（ＭＰａ）序中的采样结果修正量，可实现： Ｅ式（４－３）式（４－３）中的表述还应在实验中采用标准压力计进一步校准。通过调整程５ＮＵＭｉＸ罴（ＭＰａ）式（４－４）与输入标定相同，控制量输出也必须进行标定．液压系统中通过对比例溢流阀进行控制来实现压力调节，设其调节范围为‰到Ｐｍ，比例溢流阀的输入采用１００ｍＡ一８００ ｍＡ电流信号控制，该电流信号的产生由放大电路实现，其输入为０Ｖ－１０Ｖ电压信号，而该电压信号的产生对应于在ＤＳＰ程序中向相应的ＤＡ芯片 ＭＡＸ５２５０的寄存器写入０到１０２４的二进制数值。因此实际控制压力与输入数值 有如下关系：Ｐｏ＝ＮＵＭｏｘ与争＋‰大压力值，通过传感器测得。式（４－５）式中的‰。与液压系统相关，实际中为一接近于零的较小值，Ｐ础为控制最对比武（４－４）和式（４－５），要实现控制输出压力与期望检测压力结果相同，即Ｐｏ毫，亦即满足：ＮＵＭＩ×嚣＝ＮＵＭｏ＇ｘ曩＝ＮＵＭｏｘ急Ｋ，以实现控制量的一一对应。式ｃ ４－６，式中ＮＵＭｏ＇表示期望控制量，可通过给输出设置设置一个恰当的比例系数Ｋ：＝ＮＵ－Ｍｏ：关／竺：３．７５×生ＮＵＭ，、１０２４ ２７３ ４０式（４―７）引入了该比例系数后，输入输出控制量便可以进行加减计算，为接下来的控 制方法研究提供了基础。 （３）串行通讯程序设计Ｄ＂ 串行通信接口ＳＣＩ是ＤＳＰ与外接串行设备通讯的重要模块，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯 片具有两个相互独立的串行接Ｉ＝Ｉ ＳＣＩＡ和ＳＣＩＢ，在模拟加载试验台上，使用其中浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究的ＳＣＩＡ与上位机主机通讯，利用ＳＣＩＢ与另一人机接口小系统交换数据。人机接 口系统与上位机的作用相同，都用来完成ＤＳＰ嵌入式系统的数据显示和控制功 能，因此程序设计过程中，两个通讯接口采用同样的通讯协议和指令集。 串行通讯接口使用前需要进行一系列初始化操作，包括设置数据通讯格式、 波特率以及中断方式等． 试验系统设计中，为了达到较高的传输速度和可靠性，设置数据格式为８ 位，无奇偶校验位，波特率设定为１１５２００ＢＰＳ。嵌入式系统与上位机电脑的串行通讯采用定长数据组包传输方式，这正好充分利用了ＳＣＩ模块的ＦＩＦＯ功能。通讯协议中，每次传输１０个字节，指令包的数 据结构设计为固定格式：在指令包中，采用最后一个字节专用于数据包的校验字 节，定义为前９个字节的和的低８位数据；采用倒数第二个字节作为专用的命令 表示字节，前８个字节则作为该命令的参数。 采用上述通讯协议后，使上下位机的通讯更加规范化、效率更高；同时，组 包校验方式可以实现高可靠性数据传输，如需要进一步提高通讯可靠，还可在此 基础之上设计出错重发等上层指令。 采用定长数据包格式，需在ＳＣＩ初始化设置中使能ＳＣＩ的ＦＩＦＯ功能，将接 收和发送ＦＩＦＯ深度都设置为１ ０，在ＦＩＦＯ接收到１ ０个数据之后向ＣＰＵ产生中断。 程序设计中采用中断的方式处理来自通讯接口的数据包，因为错误的时序或 者错误的数据格式都可能会到导致ＳＣＩ中断的产生，所以在程序的入口处，需要 判断本次接收是否为正确的接收中断。如果为正确的接收中断，则进行数据包校 验，经过数据包校验后，即确认该次指令有效，接下来可进行相应的指令分析， 如果该指令中包含的操作为短时间操作，则立即执行该操作，如果为长时间操作， 例如ＥＥＰＲＯＭ读写，则发送相应的信号量，在中断结束后通过任务线程完成操作． 为了保证通讯可靠，部分指令在执行完以上操作后还需要向通讯的对方进行 应答操作，即向对方传输长度为１０个字节的应答数据包，确认本次操作成功。 图４―５显示了中断程序的处理流程。浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究图４－５ ＳＣＩ硬件中断程序流程图在中断程序结束处需对ＳＣＩ模块进行相应的复位操作，可保证下一次通讯时 ＳＣＩ模块处于正常的接收状态。 （３）ＣＡＮ通讯程序设计¨” 试验台设计中，ＤＳＰ嵌入式控制系统需要将泵的出口流量、出口压力等参数 传输到混合动力系统的其他控制节点．ＴＭＳ３２０Ｃ２８１２包含的ＥＣＡＮ模块中具有３２ 个可以逐位屏蔽并带有超时监视和传送动态优先级的邮箱。这３２个邮箱共有５１２ 个字节的存储空间来存放要发送或接收的数据。要完成ＣＡＮ通信功能，主要就是 对这些邮箱的管理。由于每个邮箱都是１个Ｉ／Ｏ通道，使用者可以根据自己的情 况合理地分配这些邮箱的功能，相比用一个通道实现的通信功能而言，多个通道 的使用使得程序简单，控制灵活。 在ＥＣＡＮ模块的初始化设计中，根据混合动力系统的通讯需求，模拟加载节 点主要负责数据的输出，应用程序中选择其中的４个通道作为发送通道，通讯中 采用扩展型数据（２９位标示符）格式，通过分频系数的设置，将ＣＡＮ通信的波浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究特率设置为２５０ＫＢＰＳ，由于只需要向其它节点发送数据，因此程序设计中不需要 使用ＣＡＮ通讯的发送和接收中断，只需要在程序中设计向相应的的邮箱写入数据即可．４．１．３上层应用程序设计 上层应用程序设计主要针对实际应用系统需求，在ＤＳＰ／ＢＩＯＳ系统和底层驱 动程序的基础上，通过线程的设置和优先级规划，完成系统所需功能。 实时性是线程设计的主要考虑因素，需要异步响应的、实时性要求高的事件 由硬件中断处理，硬件中断服务子程序应设计得简单精炼，如果执行时间过长， 则会影响到其他中断或任务的执行。试验台应用程序中，数据采集中断和串行通 讯中断都有可能产生较长的操作时间，设计中将需快速完成的关键操作放置于硬 件中断程序中，需要较长时间操作的事件放到软件中断执行，需要更长时间操作 的事件则放到任务中执行。整个应用程序的线程规划如表４－２所示。 表４－２液压加载应用程序的线程分配与优先级设置线程类型 硬件中断 线程名称ＡＤＣ―ＨＷＩ ＳＣＩＡ―ＨＷＩ ＳＣＩＢ―ＨＷＩ优先级 硬件决定 硬件决定 硬件决定３１功能描述 数据采集转换结束中断 与其他控制器通讯接收中断 与ＰＣ机通讯接收中断 数据采集后处理软中断 其他控制器指令后处理软中断 ＰＣ机指令后处理软中断 任务运行内核软中断 实物仿真通讯任务 ＥＥＰＲＯＭ写任务 ＥＥＰＲＯＭ读任务 后台进程软件中断ＡＤＣ―ＳＷＩ ＳＣＩＡ―ＳＷＩ ＳＣＩＢ―ＳＷＩ ＫＮＬ―ｓｗｉ２ Ｏ ２ １ Ｏ －１任务ＲＴＤＸ―ＴＳＫ ＥＥＰＲＯＭ―ｗＲＩＴＥ―ＴＳＫ ＥＥＰＲＯＭ．．ＲＥＡＤ．．ＴＳＫ后台ＩＤＬＩＤＬ―ＴＳＫ综合本节中模拟加载试验台嵌入式软件的设计过程，在操作系统设计中，采用了适合ＤＳＰ的专用操作系统ＤＳＰ／ＢＩＯＳ，在驱动程序设计中，完成了系统的初 始化和大部分需要与硬件相关的任务事件，最后根据试验系统的需求，在上层规 划了应用程序的线程。应用程序设计规范、层次明朗，在实际中运行稳定。３３浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究４．２基于ＲＴＤＸ技术的实物仿真设计根据第２章的讨论，虚拟仿真难以准确建立被控对象的物理模型，得出的控 制算法在实际应用中很难达到好的控制效果。实物仿真虽可以避免这些弊端，但 使用较多的ｄＳＰＡＣＥ实物仿真平台昂贵且受到专用软、硬件的限制．本节将主要 探讨如何通过结合ＭＡＴＬＡＢ／ｓＩ姗ＬＩＮＫ环境和ＤＳＰ嵌入式系统，进行液压加载试验 系统实物仿真平台的开发。 将ＭＡＴＬＡＢ／ｓＩＭｕＬＩＮＫ与ＤＳＰ控制器结合必须首先解决数据实时交换的难题， 目前主要有两种解决方案：方案一，在ＭＡＴＬＡＢ／ｓＩＭＵＢＩＮＫ下设计串行通讯模块， 通过硬件串口和ＤＳＰ交换数据，控制和监测ＤＳＰ的运行。方案二，通过软件的方 法实现．设计使用ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ和ＤＳＰ调试环境ＣＣＳ进行交换数据，通过控 制ＤＳＰ实现对整个液压系统的监控。 方案一占用ＤＳＰ硬件资源，给ＤＳＰ增加了频繁的通讯任务，可能造成ＤＳＰ系 统不稳定，因而不可取；方案二不需要占用硬件资源，但是需要ＤＳＰ调试环境的 支持，需要在连接仿真器的情形下实现。试验平台设计中采用方案二，实验控制算法设计完成后，将控制算法翻译成ＤＳＰ内的Ｃ语言程序，编译后，烧写到ＯＳＰ芯片的ＦＬＡＳＨ存储器中，再脱离仿真器上电运行。 方案二可以实现ＭＡＴＬＡＢ／ｓＩＭｕＬＩＮＫ与ＤＳＰ的高速数据交换，因此，软件强大 的仿真计算功能和ＤＳＰ的实时控制功能便可结合在一起，通过ＤＳＰ实时采集各路 安装于被控对象的传感器信息，将其作为ＭＡＴＬＡＢ／ｓＩＭＵＬＩＮＫ中控制器的输入，经 ＭＡＴＬＡＢ计算出输出控制量，再由ＤＳＰ对液压系统进行实时控制。基本过程如图４－６所示。图４―６基于ＳＩＭＵＬＩＮＫ和ＤＳＰ的实物仿真原理 在图４－６中，被控对象是实际的液压系统，测试得到的数据是试验中传感器浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究采集的数据，而操作界面则在ＳＩＭＵＬＩＮＫ中完成。 实现ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ与ＤＳＰ的高速数据交换基于ＲＴＤＸ（ＲｅａｌＴｉｍｅ ＤａｔａＥｘｃｈａｎｇｅ，实时数据交换）技术实现，ＲＴＤＸ技术是一项集成在ＣＣＳ软件中，为ＤＳＰ 系统开发提供实时调试的一项插件技术¨鲥，它提供一个实时、连续的可视环境， 使开发者能看到ＤＳＰ应用程序运行的真实过程。ＲＴＤＸ允许系统开发者在不停止 运行目标应用程序的情况下在计算机和ＤＳＰ芯片之间传输数据，同时还可在主 机上利用对象链接嵌入（ＯＬＥ）技术分析和观察数据。这样可以提供给开发者一个 真实的系统工作过程，从而缩短开发时间¨＂ＩＳＯ］ｏ ＲＴＤＸ原理ｎ列如图４－７所示，它由ＰＣ上位机和嵌入式目标系统两部分组成， 在Ｐｃ上位机同时运行ＭＡＴＬＡＢ仿真软件和ＣＣＳ集成开发软件，其中ＣＣＳ软件控 制Ｐｃ机与ＤＳＰ之间的数据流动，ＳＩＭＵＬＩＮＫ通过软件接口ＯＬＥ与ＣＣＳ软件通讯． 在ＤＳＰ上运行有一个小的ＲＴＤＸ目标库，该库通过增强型ＪＴＡＧ接口在主机和ＤＳＰ之间传送数据，ＤＳＰ应用程序则通过调用ＲＴＤＸ目标ＡＰＩ函数来完成主机与ＤＳＰ之间的通信。ＰＣ上位机―厂一一一一一１嵌入式目标系统ＭＡＴＬＡＢＣＣＳ：开发环境！１ＩＳＩＭＵＬＩＮＫ：开发环境ｌｎＲＴＤＸＩ．ＩＯＬＥＩ―ｌＩ司．厍ＤＳＰ（ＴＭＳ３２ ０Ｆ２８１ ２）图４－７ ＲＴＤＸ原理ＲＴＤＸ的设计实现主要包括三部分：ＤＳＰ目标应用程序设计、ＭＡＴＬＡＢ／ｓＩＭＵＬＩＮＫ 控制程序设计以及上下位机的交互方式设计。４．２．１ＤＳＰ中的ＲＴＤＸ设计并非所有的ＤＳＰ都支持ＲＴＤＸ应用，能运行ＲＴＤＸ程序的ＤＳＰ必须在其内部有 相应的ＲＴＤＸ硬件支持，即包含有相应的ＲＴＤＸ目标库，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片内部带 有ＲＴＤＸ硬件支持模块，并且为ＲＴＤＸ应用保留了专用的ＣＰＵ中断，因此在普通前 后台应用程序或是带有ＤＳＰ／ＢＩＯＳ系统的应用程序中都可以设计ＲＴＤＸ应用。 在试验台设计中，基于ＤＳＰ／ＢＩＯＳ操作系统的程序中开发ＲＴＤＸ应用主要包含 两部分操作：进行ＲＴＤＸ的初始化和在线程中实现ＲＴＤＸ的读写操作。浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究ＲＴＤＸ的初始化设计是在ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的图形化开发界面下完成的，在试验台设 计中，ＲＴＤＸ读写的实现在任务线程中完成，下面的代码实现了ＣＣＳ对ＲＴＤＸ通道 的读写ｂ岫。其中第（１）行代码为等待ＲＴＤＸ写通道空闲，第（２）行代码中ｏｃｈａｎｌ为 ＲＴＤＸ输出通道名称，ＲＴＤＸ―ｗｒｉｔｅ函数将数组ｄｏｕｔ［１６】连续的传输给ＭＡＴＬＡＢ，实 现ＤＳＰ向ＭＡＴＬＡＢ传输数据；第（３）行代码中ｉｃｈａｎｌ为ＲＴＤＸ输入通道名称， ＲＴＤＸ―ｒｅａｄ函数实现了ＣＣＳ软件从ＭＡＴＬＡＢ中取数据。由于ＲＴＤＸ―ｒｅａｄ函数需要 等待ＭＡＴＬＡＢ相应的通道写数据，因而执行的时间可能较长，因此ＲＴＤＸ线程不能 在中断中完成，而必须设计在任务线程中。４．２．２ＳＩＭＵＬＩＮＫ环境的ＲＴＤＸ设计在ＳＩＭＵＬＩＮＫ环境下开发ＲＴＤＸ应用包含以下三个步骤： （１）调用ＲＴＤＸ输入输出模块，并设置相应参数。其中输入模块如图４―８所示。Ｕｈｍｎｄｎ■Ｍｒ＝＝１ ｍ一ｌ口Ｅｎ“№帅－Ⅲ。Ｉｍｄ０■ｔｈｏｍ １０Ｓ柚Ｉ如Ｔｉｍ ｆｌｄ＿ｎ１－石ｉ―『ｌ?＇Ｏｕ哪ｄ¨＿ｎ∞ｏ舯６１ｌ口Ｆｍ“¨ｄＤＯｊ咿ｌＭ－团ｌＥｎ曲ｂＲＴ似ｄ岍一∞如椰２图４－８ＳＩＭＵＬＩＮＫ环境下的接口模块设置在参数设置对话框中，输入通道名称（ｃｈａｎｎｅｌ ｎａｍｅ）需与ＤＳＰ中的输出通 道名称一致，’数据维数（ｏｕｔｐｕｔ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）和数据类型（ｄａｔａ ｔａｐｅ）也需要与 ＤＳＰ中的设置保持一致。 （２）构建ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真模型浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究图４－９包含ＲＴＤＸ通信的ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真模型（３）ＳＩＭＵＬＩＮＫ设置求解函数和硬件设置包含ＲＴＤＸ应用的ＳＩＭＵＬＩＮＫ程序中的求解器需要设置为定步长和离散方式， 硬件设计中需要选择正确的仿真器设计和相应的工程文件。 完成上述步骤后，基于ＲＴＤＸ技术的实物仿真平台即设计完成，在ＳＩＭＵＬＩＮＫ 环境中即可启动仿真。接下来系统自动执行下列操作： ①启动ＣＣＳ、连接仿真器； ②启动相应的ＣＣＳ工程； ③将目标应用程序加载到ＴＩ ＤＳＰ芯片，运行ＤＳＰ程序； ④运行ＳＩＭＵＬＩＮＫ模型。 ４．２．３上下位机数据交互模式设计 ＲＴＤＸ可以实现软件之间的双向信息传输，但要实现真正无差错的数据交换， 必需设计可靠的数据交互模式，设计中主要考虑两种实施方案： 方案一，同步传输，即ＳＩＭＵＬＩＮＫ与ＤＳＰ采用相同的传输间隔。例如，每隔 特定时间Ｔ，ＳＩＭＵＬＩＮＫ读取通道１数据，同时向通道２写入数据；此时ＤＳＰ恰好 向通道１写入数值，然后将通道２的数据读回。每隔时间Ｔ执行一次交换。 方案二，异步传输，即采用一问一答模式。该模式中ＳＩＭＵＬＩＮＫ作为通讯控 制端，每隔时间Ｔ向ＤＳＰ传输和读取一次数据，ＤＳＰ始终等待ＳＩＭＵＬＩＮＫ命令的 到来，然后将数据传输给ＳＩＭＵＬＩＮＫ。 方案一只能运行于较慢的传输速度，而且容易产生数据丢失，方案二可运行 于高的传输速度，也不会产生数据丢失，但该方案大大占用了ＤＳＰ的处理时间， ＤＳＰ只能在中断程序或更高优先级的任务中完成其它事件的处理。在实际试验台 程序设计中，采用了方案二。如果能开发一种基于中断的操作模式，将有助于提 高通讯效率。３７＊☆‰女穗Ｊｈ≈＊机鱼教模ｍ系％＆ｊ＃＆“女ｔ日Ｒ４．３上位机监控软件设计上位机监控软件崩于为模拟加载试验台提供人机交互环境。软件设计中除７ 完成基本的监控功能外，迁实现７ｘ件管理、数据分析等功能。软件功能框圈如图４１ｏ所示。巫甜罐舞操 乍界 面 设１＾丽压互匝巫阀门开关控制 睦制绮出｝阀门比例控制通讯驱动ＤＳＰ运行控制 载荷数据史件 逆行教据ｘ件 传感嚣数据ｚ俘管理｝阿磊万翮图４―１ Ｏ监控软件的程序框图监控软件开发中使用ｃ＋＋语告编程，编译采用Ｖ斗ｔ ｚｌｃｉ环境，底层框架采用 ＷＩＮ３２程序基本柴构，图形操作界面设计则王要采用ＧＤＩ函教实现。 该软件通过与ＤＳＰ进行实时通讯宴现对渡压系统的监控功能，可靠的通讯设 计是该软件运行的基础，在此基础王上可能进行数据显示及控制输出。模拟加载 数据和传感器采梓的数据都以灭件的形式进行管理，在后台设计了系统的静态分 析和动态分析等功能，为控制力法研究提供７便利。剧４１１监控软件的程序欢迎界面浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究４．３．１ＵＳＢ驱动及通讯程序设计ＵＳＢ驱动程序设计与下位ＵＳＢ设备芯片相关，嵌入式ＤＳＰ系统中采用了 ＴＵＳＢ３４１０芯片作为ＵＳＢ设备，并为其扩展了ＥＥＰＲＯＭ用于存放ＵＳＢ固件。开发过 程中，主要进行以下步骤ｂ¨：①ＵＳＢ固件的烧写｛Ｓ１］［５２１ ｏ在线路板上安装好芯片之后，ＥＥＰＲＯＭ内并没有ＵＳＢ固件，ＴＵＳＢ３４１ ０在不能通过外部ＥＥＰＲＯＭ下载ＵＳＢ固件的情形下，通过 自启动固化于片内的一段引导程序，向主机提供一个用于程序烧写的 ＵＳＢ设备． ②在上位机中安装用于ＴＵＳＢ３４１ ０固件烧写的驱动和应用程序（ＥＥＰＲＯＭＢｕｒｎｅｒ ＦｉｒｍｗａｒｅＬｏａｄｅｒ），编写自定义的ＵＳＢ固件程序，将其转换成二进制代码，通过ＵＳＢ烧写到与ＴＵＳＢ３４１０相连的ＥＥＰＲＯＭ中． ③编写与ＵＳＢ固件对应的上位机驱动文件，其ＶＩＤ、ＰＩＤ必须与ＵＳＢ固件 中的相应ＶＩＤ，ＰＩＤ相同，重新连接ＵＳＢ设备，ＴＵＳＢ３４１ ０通过引导外部 ＵＳＢ固件，向主机申请ＵＳＢ设备安装，将设计好的上位机驱动程序导入 后该ＵＳＢ设备即可以使用ｂ”［５３１。 ④通过上述步骤后，ＵＳＢ设备被映射为一个虚拟串行端口，上位机应用程 序可通过调用ｓｅｔｕｐＤｉＧｅｔＤｅｖｉｃｅＲｅｇｉ ＳｔｒｙＰｒｏｐｅｒｔｙ函数读出各串行口 的ＩＤ值，找出与ＴＵＳＢ３４１０对应的串行端口。操作该串行口，即可实现 与ＤＳＰ的双向通讯。 上位应用程序中，通讯程序设计通过采用类封装形式实现了模块化设计，大 方便了程序的调用、修改和维护。该通讯程序类中集成了所有的设备函数，包括 串行口的打开和关闭，数据接收和发送等。其提供给外部调用的函数主要有三种： ①串行设备打开，函数名为ＢＯＯＬ ＳＣｏｍ：：ＯｐｅｎＣｏｍｍ（ＴＣＨＡＲ ＣｏｍＰｏｒｔ【】）。 ②串行设备关闭，函数名为ＢＯＯＬ ＳＣｏｍ：：ＣｌｏｓｅＣｏｎｏｎ（）。 ③ＤＳＰ数据交互函数，函数名为ＢＯＯＬ ＳＣｏｍ：：ＤｓｐＣｈａｎｇｅＤａｔａ（ＢＹＴＥｒｅｖｔｙｐｅ，ＬＰＶＯＩＤｍｃｍｄ４，ＢＹＴＥｂｕｆ，ＢＹＴＥｍｃｍｄｌ，ＢＹＴＥｍｃｍｄ２，ＢＹＴＥｍｃｍｄ３，ＢＹＴＥｍｃｍｄ５，ＢＹＴＥ ｍｃｍｄ６，ＢＹＴＥ ｍｃｍｄ７，ＢＹＴＥ ｍｃｍｄ８，ＢＹＴＥ ｍｃｍｄ９）。其中ｒｃｖｔｙｐｅ和ｂｕｆ分别为接收类型和接收缓冲，ｍｃｍｄｌ到ｍｃｍｄ９为发 送的命令字节。。％ｅ＃力液Ⅲ挖目机负＃模扭系‰＆ｊｔ控“＾ｎⅫ究４３２数据显示与控制输出设计 数据显示与控制输出是监控系统的基本功能，在液压加载试验系统，针对不同的试验，可根据需要设计出不同的操作界面。图４－１ ２为模拟加载操作界面。罔４－１ ２模拟加载操作界面该操作界面具有“所见即所得的特点”，通过鼠标点击，滑块移动等方式即 可对渡压系统进行加载操作，电磁阀的工作状态与传感器的数据也都通过Ｉ）ＳＰ 买时上传得到。该界面将液压系统工作的厚理放置于背景中，使得揉作更加一目７然。程序漫计中，传感器信息呆集与电磁阀状态采集是通过定时嚣触发的，即每 隔一定的时问（程序中设置为２０毫秒），上位机即向ＤＳＰ发送指令，要求ＤＳＰ传回被压系统１作状态，ＤＳＰ接收指令后，将状态信息反馈至上位机。滑块及其它控件事件则通过在程序中对相应的消邑进行处理加以实现。由于程序代码较为 复杂，在此不予赘述。浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究４．３．３文件管理 液压加载系统中主要对两种文件进行管理：载荷文件和试验数据文件． （１）载荷文件 实验中设计载荷文件分为文件头和载荷数据两部分，其中文件头包含了载荷 文件的文件类型标识、载荷类型标识、载荷采集信息、数据文件大小。 ①载荷文件类型通过两个固定的字节描述，实验中可以人为约定，在保存 和打开过程中确保一致，并且不与其它类型文件冲突。 ②载荷类型标识分为实际载荷和人为编辑载荷两种。在实验中须加以区 分． ③载荷采集信息描述了实际载荷采集时的时间、地点和单位等信息。为固 定长度，实验中设定为１２８个字符。对于自编辑载荷，这一部分没有定 义． ④数据文件大小描述了该载荷谱存储的数据长度。 载荷数据为传感器采集得到的数据，以单字节存储。载荷文件保存时， 在开始部分写入文件头，打开时按照同样的格式打开，以便于使用和归档。 （２）试验数据文件 实验数据文件记录了单次试验的试验结果，同样包含了文件信息头和数据文 件两部分。其中文件信息头包含文件类型、试验的环境（人员，时间，地点等信 息），数据文件设计包含多路传感器数据、多路控制输出数据、电磁阀开启关闭 事件标识等。 载荷文件和试验数据文件除了可以在应用程序中打开，还可以设计专用的处 理程序打开和显示，此外还可以通过ＭＡＴＬＡＢ软件打开。使用ＭＡＴＬＡＢ打开试验数 据文件的实现代码如下：４１浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究４．４本章小结本章详细介绍了液压模拟加载试验台的软件设计： 首先完成了嵌入式ＤＳＰ的软件设计．通过移植ＤＳＰ／ＢＩＯＳ操作系统以及设计 各分功能底层驱动程序和上层应用程序，使得ＤＳＰ能实时地完成各种复杂功能， 设计思路清晰规范，程序的扩充性好，可维护性好，试验中运行稳定。 接着完成了基于ＲＴＤＸ技术的实物仿真设计，探讨了采用仿真技术进行控制 方法研究的特点，完成了实物仿真的ＤＳＰ程序和ＳＩＭＵＬＩＮＫ程序设计以及ＲＴＤＸ 技术的数据交换模式设计． 最后完成了上位监控软件的设计，这部分介绍了ＵＳＢ通讯的具体实现过程， 设计了具有数据显示和控制输出功能的应用程序，同时完成了载荷数据文件的存 取格式以及实验数据文件存取格式的设计． 软件设计的完成使得液压加载试验台得以稳定可靠的运行，在其上设计与调 试控制算法显得极为容易，同时具有操作界面友好，使用简单方便等优点。浙江大学硕士学位论文混合动力液压挖掘机负载模拟系统及其控制方法研究第５章混合动力加载系统分析与控