基于模糊PID方法的全液压四轮驱动底盘电液防滑控制系统设计

　　1 引言

　　目前，我国现代施药装备相对缺乏，高杆作物中后期施药装备更加缺乏，围绕高秆作物对现代施药机械装备开展研究很有必要，也极为迫切[1]。

　　高地隙自走式底盘，作为高杆喷雾机的支承和动力部件，全液压四轮驱动，工作幅宽达(18～24)m，属于超大型农业装备。行驶中，如果地面附着系数较小或两侧附着系数不等，常常会使作业机械驱动力矩超过轮胎与地面间的附着极限，产生驱动轮过度滑转，出现侧滑、激转、侧翻或转向反应迟钝等丧失稳定性和方向性的危险局面，所以合理地调节轮胎与地面间的作用力即进行驱动防滑控制，对提高作业机械的主动安全性和经济性、减小事故风险等都具有重要的意义。为此，本研究针对高地隙自走式底盘进行驱动电液防滑控制设计，可以保证作业机械精量化和安全化。

　　2 总体方案设计

　　行驶车辆的打滑分为以下两种情况[3]：(1)直线行驶打滑;(2)曲线行驶(包括转向行驶)打滑。对于直线行驶打滑，可以以转速最慢的车轮为标准进行打滑判断。但是在曲线行驶，特别转向时，有前轮转向、后轮转向、前后轮转向之分。各种转向情况不一样，打滑判断不一样，很难决断出其打滑程度。如此，不能对防滑控制提供有效的调节措施。另外，由于田间机械作业过程情况复杂，难以建立精确的数学模型描述其行驶状态。总体方案如图1 所示。

　　3 模糊PID 控制器硬件设计

　　3.1 信号采集模块设计

　　四轮转速通过转速变送器(型号为SMGC25-1KR-P1-O4/F1)采集，输出信号为(0～5)V 电压，经ISO 4014 高精度四通道模拟量输入数据采集模块转换为数字量，模糊控制器编制串口通信协议读取四轮转速信息。利用ZX-HS 型正反转探测器(又名转向传感器)检测转向信息，经A/D 转换器转化为数字量，模糊控制器直接读取。

　　3.2 模糊控制器设计

　　(1)模糊控制芯片选型选用STC89C52RC 单片机作为模糊控制的处理芯片。STC89C52RC 单片机属于51 系列单片机，资源丰富，时钟范围约在(1～40)MHz，可以实现本系统的信号采集及模糊控制。

　　(2)模糊控制器结构所设计的模糊控制器，首先采集转速、转向共5路信号。采集完成后利用模糊规则推理判断打滑情况，并决定其打滑严重程度。若有打滑，选取打滑最严重的车轮信号，作出速度差量。最后，将打滑最严重车轮的速度差量进行D/A转换并进行信号放大，利用多路开关导通打滑最严重车轮的PID 回路进行调节，滑转率控制在要求的范围内。完成车速调节后，关闭PID 调节回路，如图2 所示。