牛善田1 王青峰2 李昊天1
1 陆军军事交通学院学员五大队研究生队 天津 300161 2 陆军军事交通学院 天津 300161

摘 要：根据PLC 控制基本工作原理和转向控制系统的资源需求和控制要求，通过硬件的选型及转向控制程序的编制，研究了某专用设备转向控制系统模糊控制算法的硬件和软件实现，设计了其转向系统的电控单元。该设计方法对同类设计研究具有借鉴意义。

关键词：转向系统；电控单元；软硬件实现

中图分类号：U463.4 文献标识码：A 文章编号：1001-0785(2018)06-0126-03

针对某专用设备作业中运行速度低(5 km/h)的实际情况，结合其转向系统的特点及该设备的整体设计要求，完成了其转向控制算法的设计，分析研究了转向系统模糊控制算法的硬件和软件实现。

1 转向电控单元整体设计思想
结合该装备PLC 控制器资源需求和总体设计，转向系统控制由主从两块PLC 控制器配合实现。主控制器用于前车组的转向等控制，从控制器用于后车组的转向等控制。主从控制器之间用CAN-BUS 总线连接。为避免信号干扰和降低布线困难，方便数据存取，实现数据共享，达到高性能的要求，根据CAN 总线的应用原则，在控制器和编码器两端分别加120 Ω 的终端电阻R 1 和R 2。控制器每两个端口输出PWM 信号分别驱动控制同一转向液压缸伸长的比例电磁铁Y01 及收缩的比例电磁铁Y02，用于控制该轮向左转向和向右转向。该设备共有8 个转向轮，两块PLC 将通过16 个端口输出16 路PWM 信号来实现对应车组的转向控制。

2 硬件组成及选型
PLC 是控制系统核心，通过PLC 的各种输入输出模块与外围设备相配合来实现装备的转向控制。本设计中，根据设计要求，并结合实际，控制器选用EPEC2024 控制器，方向盘转角的信号采用微型光电编码器EPC-755A采集，转向轮实际偏转信号采用DWQT-BZ-A-360 磁敏感角度传感器采集。

3 软件编制实现
3.1 软件设计要求
对软件采取可靠性设计，其中主要包括系统的自检与报警、应用数字滤波、采用循环检测的方式控制系统的输入输出以及采用看门狗技术等。软件程序的编制就是将整个转向控制过程编写成既定和执行的程序，EPEC2024 控制器采用CoDeSys 作为开发工具进行软件开发设计。

3.2 用户程序的编制
该专用设备有三种作业模式和四种转向模式。为完成各作业模式和转向模式下的转向控制，用户程序主要由主循环、变角度转向、固定角度转向和调整转向4 个子程序模块构成，各个功能模块通过梯形图、结构化文本功能块编程实现。
1)主循环模块
PLC 启动执行内部初始化后执行该模块，如图1 所示，此模块主要根据工作模式和转向模式选择相应的转向调整子程序模块。首先采集工作模式信号和转向模式信号，配置相应的转向模式参数和计算公式参数，调用相对应的转向调整子程序，实现在不同行车状态下对8个车轮的转向控制。PLC 在执行主循环模块时可转入变角度子程序模块和固定角度子程序模块。

图1 主循环模块程序流程图

2)变角度转向子程序模块
该子程序模块主要是根据蟹行转向和正常转向的转向机理、执行规则相同而编制的。执行该子程序模块时，PLC 采集方向盘转角信号和转向轮实际偏转信号，根据转向模式参数和计算公式参数读取相应的计算公式，判断偏转目标值，各轮按顺序调用方向调整信号完成转向。变角度转向流程图如图2 所示。

图2 变角度转向模块程序流程图

3)固定角度转向子程序模块
该子程序模块见图3 主要是为原地转向和横移转向模式而编制。执行该子程序模块时，选择固定角度转向子程序模块后，根据转向模式参数和计算公式参数读取相应的计算公式，判断偏转目标值，各轮按顺序调用方向调整子程序完成转向。

4)转向调整子程序模块
该子程序模块是调用最多的程序模块，主要功能是根据设定角度目标值及角度变化值查询控制列表，输出对应的调整信号，对转向轮角度进行调整，其流程图如图4 所示。

图3 固定角度转向子模块程序流程图

图4 转向调整程序流程图

3.3 原始参数的设置及主要功能的初始化
为实现控制，需进行端口标定、CAN 总线初始化定义、编码器及角度传感器参数标定和电液比例阀参数标定等。系统的初始化可以分为4 个部分：两条CAN 总线初始化、CANopen 的初始化、角度传感器的初始化以及主控制器的初始化。

3.4 主程序的编写
主程序主要调用初始化程序及适时调用用户程序，程序的流程图见图5。

图5 主程序流程图

4 结论
根据PLC 控制基本工作原理和转向控制系统的资源需求和控制要求，选用两块EPEC2024 控制器作为控制单元的主体，相互之间采用CAN 总线连接，并确定了传感器型号，完成转向电控单元硬件连接，同时在Codesys 环境完成了转向控制程序的编制。最终完成了某专用设备转向控制系统电控单元的设计。后期的样机试验验证了该转向电控系统设计满足预期设计要求。

参考文献
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