大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)控制方案研究

摘 要：本文旨在探索大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)的控制方案，以提高其效率和可靠性。研究采用理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，通過對(duì)養(yǎng)路機(jī)械的電氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提出了一種高效、穩(wěn)定的控制方案。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的控制方案在提高養(yǎng)路機(jī)械工作效率和穩(wěn)定性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，可促使各部件完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)調(diào)以及信息交換目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)路機(jī)械的高效、精確控制。通過該研究，研究人員可以更好地了解并改進(jìn)大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)，進(jìn)一步提升道路養(yǎng)護(hù)工作效率。

關(guān)鍵詞：大型養(yǎng)路機(jī)械；控制系統(tǒng)；電氣系統(tǒng)；CAN總線

中圖分類號(hào)：U 216" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

現(xiàn)代鐵路具有高密度、高速度、大質(zhì)量以及重型軌道結(jié)構(gòu)特征，對(duì)鐵路養(yǎng)路的要求更高，其中大型養(yǎng)路機(jī)械具有重要作用，其電氣控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)及作業(yè)原理與控制效果、總體效能存在密切聯(lián)系。目前，大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)大都具有模擬系統(tǒng)和一位機(jī)數(shù)字邏輯控制系統(tǒng)，難以滿足實(shí)際工作要求，需要使用現(xiàn)代集散式控制系統(tǒng)、CAN總線技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而設(shè)計(jì)新系統(tǒng)方案。

1 大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)問題分析

大型養(yǎng)路機(jī)械廣泛應(yīng)用于鐵路養(yǎng)路施工和維護(hù)領(lǐng)域，由于廣泛應(yīng)用自動(dòng)化和機(jī)械化技術(shù)，因此其電氣控制系統(tǒng)能提高施工效率、降低人力成本并保障養(yǎng)路作業(yè)的質(zhì)量和安全等，在進(jìn)行養(yǎng)路工作過程中具有控制、監(jiān)測(cè)和保護(hù)等功能，能確保施工和維護(hù)工作安全、高效并準(zhǔn)確進(jìn)行。然而，由于鐵路現(xiàn)代化程度、性能要求的不斷增加，大型養(yǎng)路機(jī)械的工作強(qiáng)度越來越大，再加上傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度不夠高，無法提供足夠的安全保障，都使傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)和單一位數(shù)控制系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代化工作中的實(shí)際要求。因此，大型養(yǎng)路機(jī)械需要搭配合適的先進(jìn)電氣系統(tǒng)控制方案才能提高機(jī)械設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)力。目前，大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)控制中主要存在控制策略和算法不足、先進(jìn)的控制系統(tǒng)和傳感器技術(shù)應(yīng)用力度不大等問題，如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、高效化控制成為目前機(jī)械電氣系統(tǒng)控制的重點(diǎn)解決問題。

2 養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本文研究的思路如下。首先，明確養(yǎng)路機(jī)械的目標(biāo)與任務(wù)，分析基于CAN網(wǎng)絡(luò)的電氣控制系統(tǒng)所需的功能和性能指標(biāo)。其次，設(shè)計(jì)出總體方案，構(gòu)建大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)控制方案的層次結(jié)構(gòu)模型，明確各層次間的關(guān)系和指標(biāo)體系。最后，參考相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的硬件、軟件和大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)控制方案（如圖1所示）。

3 大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)控制方案

3.1 方案設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備

3.1.1 項(xiàng)目概況

某公司負(fù)責(zé)一條總長(zhǎng)2000km的國(guó)家鐵路線的養(yǎng)護(hù)工作，旗下?lián)碛杏糜谲壍谰S護(hù)的大型養(yǎng)路機(jī)械。由于該線路每天都有大量客運(yùn)和貨運(yùn)列車通行，對(duì)軌道的養(yǎng)護(hù)要求非常高。但公司使用的舊型養(yǎng)路機(jī)械已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化的工作需求，亟需優(yōu)化控制系統(tǒng)，并對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

3.1.2 總體方案設(shè)計(jì)

3.1.2.1 硬件設(shè)計(jì)

在控制系統(tǒng)硬件組態(tài)設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)大型養(yǎng)路機(jī)械特點(diǎn)、功能需求和技術(shù)選型結(jié)果等設(shè)計(jì)集散式控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)。其間需要根據(jù)系統(tǒng)功能需求設(shè)計(jì)合適的數(shù)字量輸入、模擬量輸入和輸出板塊，確保硬件設(shè)計(jì)在信號(hào)穩(wěn)定性、抗干擾能力、采樣頻率、精度、驅(qū)動(dòng)能力等方面能更好地滿足電氣系統(tǒng)的控制要求。

3.1.2.2 軟件設(shè)計(jì)

針對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械的控制需求，本文選擇PID控制，同時(shí)考慮系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)定性以及對(duì)各種不確定因素的適應(yīng)能力，設(shè)計(jì)適合的控制算法。實(shí)際控制過程中會(huì)有來自傳感器的噪聲和干擾信號(hào)的影響，可以設(shè)計(jì)合適的數(shù)字濾波算法并進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和性能優(yōu)化。同時(shí)，集散式控制系統(tǒng)匯總的各控制節(jié)點(diǎn)間通常需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信，應(yīng)確定適當(dāng)?shù)耐ㄐ潘俾剩⒊浞挚紤]代碼的可靠性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，以確保系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能夠滿足實(shí)際工作需求。

3.2 案例分析

該公司為提升養(yǎng)路機(jī)械性能與效率，滿足日常軌道養(yǎng)護(hù)需求和發(fā)展需要，對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

3.2.1 基于CAN的大型養(yǎng)路機(jī)械控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)選擇集散式控制系統(tǒng)由n個(gè)顯示模塊和（x+y+z）個(gè)底層模塊組成，采用分散控制方式和CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。每個(gè)模塊都有特定的控制功能和職責(zé)，所有模塊都會(huì)連接到CAN總線上以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)狀況和需求進(jìn)行配置、增減（如圖2所示）。

目前，CAN-BUS 是應(yīng)用最廣的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一，模擬量輸入、數(shù)字量輸入和輸出的每個(gè)板塊中具均有一個(gè)CAN總線接口電路，用于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和各模塊的數(shù)據(jù)通信。CAN總線系統(tǒng)電路由DSP微控制器、CAN收發(fā)器以及高光電耦合隔離器3個(gè)部分構(gòu)成，可以更好地實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離[1]。顯示模塊主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和部分邏輯運(yùn)算，任意一個(gè)顯示模塊都是獨(dú)立的個(gè)體，都可被設(shè)定為系統(tǒng)主機(jī)，自成一個(gè)系統(tǒng)，主機(jī)發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)切換，確保系統(tǒng)的運(yùn)算速度和正常運(yùn)行。除此之外，顯示模塊還擁有工作數(shù)據(jù)輸入輸出、系統(tǒng)故障診斷、通信以及數(shù)據(jù)管理等主要功能，而在數(shù)據(jù)傳輸選擇中，采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可以增強(qiáng)其抗干擾能力，保證系統(tǒng)的作業(yè)精度。

底層模塊主要負(fù)責(zé)模擬量、數(shù)字量輸入和輸出等具體動(dòng)作，主要完成各種裝置、參數(shù)的驅(qū)動(dòng)和采集，大都采用全封閉灌膠形態(tài)，能夠提高系統(tǒng)的電磁兼容性能和抗震性[2]。驅(qū)動(dòng)裝置包括各種閥、繼電器和照明燈等，在底層模塊中主要服務(wù)于行車裝置和作業(yè)裝置的驅(qū)動(dòng)。

3.2.2 控制系統(tǒng)硬件組態(tài)

3.2.2.1 數(shù)字量輸入

大型養(yǎng)路機(jī)械感應(yīng)開關(guān)、行程開關(guān)較分散，單個(gè)數(shù)字模塊設(shè)計(jì)為16通道輸入，能同時(shí)采集16個(gè)輸入信號(hào)。在該模塊中，以DSP處理器的通用輸入、輸出接口CPIO作為輸入通道，通過計(jì)數(shù)器或定時(shí)器方式由DSP對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率或周期的測(cè)量。在數(shù)字量輸入模塊中，采取光耦隔離、輸入保護(hù)等技術(shù)措施，防止外部錯(cuò)誤信號(hào)輸入的同時(shí)還可以直接將輸入模塊的接線端子接至外部機(jī)械節(jié)點(diǎn)和電子數(shù)字傳感器上，將其快速轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部的信號(hào)電平。對(duì)于數(shù)量較多且相對(duì)集中的開關(guān)或按鈕輸入信號(hào)，應(yīng)用鍵盤板進(jìn)行信號(hào)輸入處理，并采用多個(gè)數(shù)字量輸入模塊采集。

3.2.2.2 模擬量輸入

大型養(yǎng)路機(jī)械的模擬量輸入信號(hào)相對(duì)分散，單個(gè)輸入模塊采用8通道，每通道采樣頻率可達(dá)250kbit/s。模擬量主要包括電位器輸入的施工參數(shù)、各種傳感器的反饋檢測(cè)信號(hào)，具體信號(hào)輸入范圍為-10V～+10V，在輸入范圍內(nèi)絕對(duì)偏差＜5mV，電位器輸入的模擬量信號(hào)保證在-10V～+10V，可不做其他處理，直接送至模擬量輸入模塊通道[3]。此外，為保證模擬量輸入效果和具體信號(hào)的精確度，需要根據(jù)信號(hào)數(shù)量和分布情況確定合理的模塊數(shù)量和安裝位置。

3.2.2.3 數(shù)字量輸出板塊

大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)有大量的開關(guān)量輸出，負(fù)責(zé)將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的電信號(hào)，以對(duì)機(jī)械設(shè)備各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確控制（如圖3所示）。

數(shù)字量輸出使用繼電器、固態(tài)繼電器或開關(guān)型晶體管等器件實(shí)現(xiàn)，使用時(shí)需要根據(jù)電流、電壓的負(fù)載能力、壽命和響應(yīng)速度等因素選擇合適的輸出設(shè)備。數(shù)字量輸出接口標(biāo)準(zhǔn)有TTL、RS-485等，在此階段還應(yīng)注意輸出信號(hào)的電氣隔離和保護(hù)，才能確保安全性和可靠性。模擬量輸出控制精度要求非常高，需要輸出的開關(guān)量和模擬量的比例基本接近，甚至超過10∶1，通常使用電壓信號(hào)或模擬電流信號(hào)進(jìn)行控制，可精確控制低壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。選擇輸出設(shè)備時(shí)，根據(jù)實(shí)際需求和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣屬性，選擇數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器或可調(diào)電源。

3.2.3 大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)軟件

3.2.3.1 控制算法

在大型養(yǎng)路機(jī)械中，模擬量控制主要是對(duì)鐵路軌道的幾何參數(shù)進(jìn)行控制。由于系統(tǒng)采用集散式控制，因此在系統(tǒng)不同板塊中，模擬量控制分別通過CAN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成回路并形成閉環(huán)。目前最常用的是PID反饋控制算法。該算法根據(jù)每個(gè)采樣時(shí)刻的系統(tǒng)誤差，利用比例、積分和微分進(jìn)行計(jì)算，得到相應(yīng)的控制量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的精確控制。在離散的PID控制器中，積分項(xiàng)采用累加求和的近似方法實(shí)現(xiàn)，如公式（1）所示。

（1）

式中：∫表示誤差的積分項(xiàng)；e（t）表示當(dāng)前時(shí)刻的誤差；dt表示時(shí)間微元；e（i）表示誤差的累積量；T表示采樣周期；k表示采樣序號(hào)。

使用一階差分，逼近表示微分操作，如公式（2）所示。

（2）

式中：e（k）代表離散時(shí)間下的誤差或偏差，系統(tǒng)在第k次采樣時(shí)刻偏差值為K=0，1，2，...e（k），系統(tǒng)在第（k-1）次采樣時(shí)刻的偏差值為e（k-1）。

（3）

式中：TD為微分時(shí)間；u代表控制信號(hào)或輸出量；KP代表比例增益；de代表誤差的變化率；u0代表初始控制輸出或初始控制信號(hào)。

公式（1）代表離散系統(tǒng)中的比例，公式（2）代表積分部分的計(jì)算公式，通過將公式（1）和公式（2）代入公式（3），即可得到離散的PID表達(dá)式，分別如公式（4）、公式（5）所示。

（4）

（5）

式中：KP為比例增益；Ki為積分系數(shù)；KD為微分系數(shù)。

擇優(yōu)公式（6）

（6）

根據(jù)公式（6），過去狀態(tài)與每次輸出間存在緊密聯(lián)系。如果要計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的控制量u（k），不僅要考慮上一時(shí)刻的誤差e（k-1）和更早時(shí)刻的誤差e（k-2），還必須將歷次誤差相加，才能更好地反映系統(tǒng)的整體性能和動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)更精確的控制。

k-1采樣時(shí)，如公式（7）所示。

（7）

公式（6）與公式（7）相減，即可得到PID控制的計(jì)算式，如公式（8）所示。

（8）

式中：。

確定計(jì)算式后，對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行介紹。PID參數(shù)包括3個(gè)系數(shù)，即比例增益KP、積分時(shí)間常數(shù)Ti和微分時(shí)間常數(shù)Td。

調(diào)試比例增益時(shí)，將PID的Ti和Td都設(shè)為0，使其成為純比例調(diào)節(jié)。調(diào)整PID參數(shù)時(shí)，逐漸增加比例增益KP的值，并對(duì)震蕩現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。再記錄特定時(shí)間的KP值，并將PID的KP設(shè)定為當(dāng)前值的50%左右，即可完成比例增益的調(diào)整。在此期間，應(yīng)根據(jù)偏差大小產(chǎn)生一個(gè)與偏差成正比的輸出，用于直接減少偏差，取得最佳的控制效果。

進(jìn)行PID控制調(diào)試時(shí)，一般先確定KP，然后對(duì)Ti進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試全過程步驟如下。1）初始設(shè)置積分時(shí)間常數(shù)Ti時(shí)，選取較大數(shù)值。2）觀察系統(tǒng)反應(yīng)，如果系統(tǒng)響應(yīng)過慢或出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，說明Ti設(shè)置過大。3）逐漸降低Ti數(shù)值，重新觀察系統(tǒng)反應(yīng)，直到系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。4）當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象時(shí)，停止減少Ti數(shù)值。5）在振蕩臨界點(diǎn)附近微調(diào)Ti數(shù)值，取得理想控制效果時(shí)進(jìn)行記錄，并將PID的Ti設(shè)定為當(dāng)前值的160%左右，即完成積分時(shí)間常數(shù)Ti調(diào)試。

微分時(shí)間常數(shù)Td通常設(shè)為0，針對(duì)特定的軌道交通工作或連續(xù)式作業(yè)的搗固車，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)試，方法與調(diào)試KP和Ti相同，而PID的Td取值區(qū)間需要小于不振蕩時(shí)的30%。

確定KP、Ti和Td后，便可根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算出PID控制器中a0、a1和a2的具體數(shù)值。然后在數(shù)字量輸出模塊的參數(shù)設(shè)置界面進(jìn)行相應(yīng)配置，并將這些參數(shù)發(fā)送給底層模塊最后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用比例閥和液壓系統(tǒng)的實(shí)際情況，微調(diào)系數(shù)a0、a1和a2，并保存調(diào)整后的數(shù)值，即可完成算法控制。

3.2.3.2 數(shù)字濾波

在大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)軟件中，數(shù)字濾波屬于信號(hào)處理技術(shù)，用以提取傳感器采集的有效信號(hào)，同時(shí)抑制不需要的噪聲，提高信號(hào)質(zhì)量與可靠性。對(duì)于微機(jī)控制系統(tǒng)，使用數(shù)字濾波技術(shù)并改進(jìn)數(shù)字PID控制算式，也能達(dá)到改善控制性能、提高控制精度的目的。對(duì)于出現(xiàn)的周期干擾、隨機(jī)脈沖干擾等信號(hào)干擾形式，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)可用的CPU資源、干擾程度與形式、信號(hào)特性選擇適當(dāng)?shù)臑V波方法，有效去除干擾，保留有效信號(hào)，其中中位值濾波法較常用。

中位值濾波法為連續(xù)對(duì)n個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，將采樣信號(hào)按序排列，去掉最大值、最小值，計(jì)算（n-2）個(gè)數(shù)據(jù)平均值，將其作為有效值和濾波結(jié)果[4]。該方法能夠有效去除脈沖噪聲，消除因脈沖干擾引起的采樣值偏差和誤差。在實(shí)際運(yùn)用中，由于作業(yè)裝置運(yùn)動(dòng)速度較快，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，讀取數(shù)據(jù)時(shí)主要采用DSP中斷服務(wù)函數(shù)，模擬量輸入模塊需要在A/D轉(zhuǎn)換芯片完成后在10ms內(nèi)迅速完成5次以上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)讀取。為保證其實(shí)時(shí)性，一般需要連續(xù)采樣5次，并對(duì)其進(jìn)行濾波。此外，為避免顯示界面值受到干擾，出現(xiàn)閃爍情況，影響系統(tǒng)作業(yè)，需要對(duì)采集信號(hào)采用“多次表決法”進(jìn)行濾波，即連續(xù)采樣10次，如果有8次以上顯示為1，該信號(hào)為1，否則就為0。經(jīng)過濾波后，再發(fā)送給顯示模塊，便能有效規(guī)避干擾。

3.2.3.3 通信速率確定

速率確定需要用到CAN總線數(shù)據(jù)格式。

CAN總線規(guī)范包括標(biāo)準(zhǔn)幀、擴(kuò)展幀2種數(shù)據(jù)格式，其中CAN總線消息由如圖4所示的4個(gè)部分組成。

仲裁區(qū)包括11位或29位標(biāo)識(shí)符，用于識(shí)別消息，定義優(yōu)先級(jí)。數(shù)據(jù)區(qū)用于承載消息的實(shí)際數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度區(qū)間為0～64位。此外，數(shù)據(jù)區(qū)中還存儲(chǔ)了要傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)，例如傳感器信息、控制指令。CRC校驗(yàn)區(qū)用于檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸過程中是否發(fā)生了錯(cuò)誤的冗余校驗(yàn)碼，包括循環(huán)冗余校驗(yàn)位。CAN總線使用循環(huán)校驗(yàn)算法對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行計(jì)算，并將結(jié)果存放于CRC校驗(yàn)區(qū)。幀結(jié)束區(qū)用于標(biāo)識(shí)一幀消息的結(jié)束，是一個(gè)以高電平開始并持續(xù)至總線空閑狀態(tài)的時(shí)間段，可以為其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)信息提供便利。這些部分共同構(gòu)成了CAN總線消息，可以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸和通信、控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

在速率確定階段，大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)通常對(duì)實(shí)時(shí)性有較高要求，需要明確通信需求、評(píng)估通信帶寬限制，同時(shí)考慮實(shí)時(shí)性和延遲要求，并進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，以保證數(shù)據(jù)傳輸效率和系統(tǒng)性能。

在模擬量輸入模塊控制數(shù)據(jù)域中主要包括8個(gè)通道的采樣值和模塊工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用14位采樣，通道采樣數(shù)據(jù)每10ms發(fā)送一次，模塊工作狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求低，每1s發(fā)送一次[5]。在數(shù)字量輸入模塊中，其控制數(shù)據(jù)域包括16個(gè)通道的采樣值和模塊工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，以2個(gè)字節(jié)形式發(fā)送，頻率量分2個(gè)字節(jié)進(jìn)行發(fā)送，具體頻率、時(shí)間與模擬量輸入模塊相同。在數(shù)字量輸出模塊中，其控制數(shù)據(jù)域主要包括8個(gè)通道的輸出值和模塊工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，分8個(gè)字節(jié)一次性發(fā)送，狀態(tài)數(shù)據(jù)作為第2幀發(fā)送，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求低，每1s發(fā)送一次。據(jù)相關(guān)計(jì)算與數(shù)據(jù)顯示，在大型養(yǎng)路機(jī)械的控制系統(tǒng)中，800kbit/s的傳輸速率十分可靠，誤碼率也比較低，可以滿足系統(tǒng)和作業(yè)要求。

4 結(jié)論

由于舊型養(yǎng)路機(jī)械因技術(shù)落后、工作效率較低且能源消耗較多，難以滿足現(xiàn)代化軌道養(yǎng)護(hù)需要，因此常規(guī)的電氣控制系統(tǒng)不能滿足現(xiàn)代軌道養(yǎng)護(hù)的實(shí)際需求。本文通過研究大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)方案，驗(yàn)證了模塊化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和CAN總線的重要作用，提出了符合“分而自治，綜合協(xié)調(diào)”設(shè)計(jì)原則的大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)控制方案，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下。1）介紹大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)要點(diǎn)，提出具體的設(shè)計(jì)要求和優(yōu)勢(shì)作用。2）介紹了大型養(yǎng)路機(jī)械控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，并分析了顯示模塊與底層模塊的合理配置與作用，使其能夠更好地服務(wù)控制，滿足現(xiàn)代化養(yǎng)護(hù)工作需求。3）分析了控制系統(tǒng)硬件組態(tài)設(shè)計(jì)中數(shù)字量輸入、模擬量輸入、數(shù)字量輸出板塊的合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)。針對(duì)新型電氣控制系統(tǒng)的性能，需要保證其兼容性和一致性，才能提高控制系統(tǒng)的可靠性和響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)精確控制。4）介紹了大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中的控制算法、數(shù)字濾波、通信速率以及實(shí)際運(yùn)算、公式的應(yīng)用。詳細(xì)解釋了PID控制的計(jì)算式、數(shù)字濾波的使用方式以及CAN總線消息的具體構(gòu)成/性能作用，能夠確保系統(tǒng)具有良好的控制性能、抗干擾能力和實(shí)時(shí)性，滿足企業(yè)、用戶需求，達(dá)到大規(guī)模養(yǎng)護(hù)的預(yù)期目標(biāo)，并為大型養(yǎng)路機(jī)械的信息化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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