油门控制系统资料.docx

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油门控制系统资料

一、实习（实训）目的和要求

目的：

1.了解可以仿真踏板踩踏量的传感器——应变桥实验模块。

2.了解可以仿真发动机进气量的模块——编码器实验模块。

3.了解显示当前踩踏量变化的模块——交通灯模块（流水灯模式）

要求：

1.应变梁所受压力的变化来表征当前油门踏板的踩踏量。

压力越大，表示踩踏量越大，发动机进气量越大，则汽车速度越快。

2.使用步进电机的角度变化，来表征应变梁的压力变化，压力越大，步进电机转过的角度越大，直到某个开度为止（如45度）。

3.使用交通灯的流水灯模式，作为当前油门踏板踩踏量的变化。

六盏LED灯用来表征当前车轮转速高低（或者说发动机进气量的多少）。

）

二、实习（实训）内容

设计“油门控制系统”

三、实习（实训）方式

√集中□分散√校内□校外

四、实习（实训）具体安排

1.指导老师讲述课程设计任务要求及相关知识（2学时）

2.进行系统硬件搭建（2学时）

3．进行测控系统软件设计（6学时）

4.进行系统联调系统测试（4学时）

5.进行数据处理、结果分析，撰写课程设计报告（4学时）

6课程设计评价（2学时）

五、实习（实训）报告内容

1.对该系统进行测试，并记录数据、图形图表，进行数据分析处理。

2.按照规范的格式要求撰写报告。

绪论

一辆轿车的动力系统很复杂，不是三言两语可以描述清晰的。

大家或多或少都应该听过那三个词语。

在学习开车的时候都会接触到的。

汽车有两种车型，一种是手动挡，一种是自动挡。

手动挡车有三个脚踏板，自动挡车有两个脚踏板。

自动挡的汽车不需司机要控制离合器，故没有离合器踏板。

若使用的手动挡汽车，在不同的速度下，需要驾驶员踩下离合器调换不用的档位。

调好档位后的加/减速度，由油门踏板来控制。

驾驶者通过控制油门踏板踩踏量，来控制发动机进气量，从而控制发动机的转速。

1.1、实验目标

1.1.1本次实验模拟油门控制系统：

1.应变梁所受压力的变化来表征当前油门踏板的踩踏量。

压力越大，表示踩踏量越大，发动机进气量越大，则汽车速度越快。

2.使用步进电机的角度变化，来表征应变梁的压力变化，压力越大，步进电机转过的角度越大，直到某个开度为止（如45度）。

3.使用交通灯的流水灯模式，作为当前油门踏板踩踏量的变化。

六盏LED灯用来表征当前车轮转速高低（或者说发动机进气量的多少）

1.1.2步进电机的转动与应变桥所受压力的关系：

-压力增大，编码器逐渐增大开合角度，至最大开合度，电机位置保持不变。

-压力减小，控制电机反向运转，开合度减小，直到角度回至0度。

-压力为零且无操作时，电机保持位置不变。

1、当压力增大时，步进电机逐渐有增大开合角度，期间，读取已发脉冲数值，判定转过的角度是否达到设定的最大角度值。

（角度和脉冲数的对应关系为：

每360度对应200个脉冲数。

这个参数是由所使用的步进电机的参数所决定的。

）

2、当压力变小时，控制电机反向运转，开合度减小，直到角度回至0度。

即仿真发动机进气量逐步回落为0的状态。

3、当压力为0且无任何操作时，数字输出（DO）不做任何操作（即数组元素为零，不使用DAQmxwrite.VI）

第二章实践环境

2．1、硬件平台

Nextboard实验平台，踏板踩踏量模拟nextsense_06应变桥实验模块

发动机进气量变化模拟nextsense_08编码器实验模块

当前踩踏量显示wire_20交通灯模块

操作步骤：

将所需传感器模块安置在对应的nextboard平台槽位上（模拟信号+数值信号槽位）

使用nextpad检测每个模块是否正常使用。

2.2、模块使用：

关闭平台电源，在模拟槽位插上应变桥实验模块，数字槽位插上交通灯模块，编码器模块需要占用双槽位，分别为数字和模拟。

应变桥模块和编码器模块若零配件未安装好，请参考两个模块的使用手册（UserManual_CHS），安装硬件。

注意：

泛华工程教育平台提供的小模块都可以直接插在nextboard实验平台上，且提供nextpad中的nex安装文件。

加载nex文件以后，即可在nextpad中使用硬件。

对应实验面板中，软件会自动识别小模块所在槽位及占用物理通道资源。

2.3、软件平台

本教程中使用了两个软件平台。

一是NI的明星产品LabVIEW，二是泛华自主研发的教学平台nextpad。

在nextpad中加载好每个小模块的nex文件后，在主界面即可看到实验对应的图标，双击进入实验面板。

实验面板中，包含多个选项，可以逐一查看各个选项中的内容。

在选项卡右上方有一个问号，点击可以查看实验模块的使用说明书。

在例程演示选项中，可以保存实验例程以供学习和参考。

第三章、模块介绍

3.1、应变桥实验模块

应变桥有三种可供选择的桥路：

•全桥

•半桥

•四分之一桥

本实验推荐使用全桥连接方式，这样的灵敏度更高一些。

应变桥实验模块

按照全桥方式，将四片应变片连入桥路中。

AO端口是留作测试使用，内部已经将数采卡的AO路由至桥路上。

（无需在AO端口连入信号。

）开关决定了当前桥路是否供电。

桥路和右侧放大电路并未相连，需要使用放大器功能，将Usc和Vin相连接。

放大器输出端口Vout与小模块上的AI+和AI-相连接。

（注，小模块硬件电路已将数采卡上的对应AI资源与小模块的AI+和AI-端口内部做

了连接）。

硬件连接好后，可以在nextpad中，做硬件调零及功能确认。

3.2、编码器实验模块

该实验模块包含两个部分，一个是步进电机，使用4路DO信号控制电机转动。

另一个是编码器，编码器可以测量当前电机装过的角度值、频率。

通常步进电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。

该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。

当定子的矢量磁场旋转一个角度。

转子也随着该磁场转一个角度。

每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。

它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。

改变绕组通电的顺序，电机就会反转。

所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

使用编码器测量当前步进电机角度值。

按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。

本实验模块中使用的是光电增量式编码器（正交编码器）。

增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。

使用数据采集卡的计数器（counter）来测定当前编码器所输出的信息，进而得到步进电机的运动信息。

编码器有三个输出口A、B、Z。

本实验模块中，电机每转过一圈，A、B两个端口各有200个脉冲输出，Z端口有一个脉冲输出。

通过A、B两个端口的相位差，判定电机转动方向是正向还是反向。

通过脉冲个数，判定当前转动的角度。

3.3、交通灯模块

使用6路DO通道控制交通灯模块的6个LED灯，本实验中不再使用交通灯逻辑，而是使用流水灯控制模式，依次点亮或熄灭。

交通灯DIO资源分配：

DIO0-NR（北向红灯），DIO1-NY，DIO2-NG，DIO3-ER，DIO4-EY，DIO5-EG。

实际物理通道与插槽位置有关，刷新资源，可在nextpad中查看实际物理通道。

程序中，使用含有6个布尔量元素的数组，即可刷新DO通道输出信号，控制流水灯的亮灭。

将应变梁测得的压力值转换为7个等级，逐个依次点亮小灯。

第四章系统的工作原理

4.1、系统所涉及到的信号类型：

-应变力——模拟信号采集

-步进电机转动——数字信号控制步进电机

-角度测量——counter测试编码器的信号

-流水灯——数字信号生成

本次实验中，使用到了三个实验模块，涉及到模拟信号的采集、数字信号的生成、数字信号的测量（counter）。

可以使用NIDAQmx驱动来编写程序。

也可以使用nextboard小模块提供的封装好的驱动，来编写程序，迅速搭建系统。

4.2、编码器模块角度测量

nextboard的角度测量程序

Sense08编码器实验模块

1.若同一个程序框图中，同时有几个nextboard小模块的线程，只需要放置一个int初始化VI即可。

2.配置资源部分，选择sense08采集编码器信号的计数器（counter）的配置软件。

3.选择Read_nbd,将其配置为ns08_角度.vi，使用该线程读取当前步进电机的角度值。

4.操作完成后，清除通道，释放资源。

4.3、流水灯灯控制信号生成

nextboard的流水灯信号控制程序

wire20交通灯实验模块

交通灯控制模块，程序中依旧如下放置各个VI。

初始化设备-设置资源-读取/写入信息-释放资源

1资源配置不需要设置任何参数。

2流水灯最主要需要确认的是当前亮灯个数及方向，这个部分的计算，由子VI完成。

程序中流水灯VI的输出端口“交通灯数组”端口是硬件端口输出对应的布尔量数值显示。

子VI将当前踩踏量换算为0-6这几个整数来确认亮灯数目。

3将前面子VI算得的布尔数组数据传递给流水灯读写VI，同时更新前面板的6个布尔控件的状态。

4程序操作完成后，清除通道，释放资源。

注，交通灯控制使用的是普通的DIO通道，不适用硬件定时，故使用的是软件定时，来控制通道信号刷新频率。

4.4、应变桥实验模块信号生成和采集

nextboard的应变桥供电及信号采集线程

Sense06应变桥实验模块

A.桥路供电

1.配置资源部分，选择sense06电桥电压的配置软件。

2.选择Write_nbd,将其配置为ns06_电桥输出.vi，使用该线程，配置硬件AO通道，给应变桥路供

电，电压值，图中设置为5V。

3.操作完成后，清除通道，释放资源。

B.桥路输出信号采集

1.配置资源部分，选择sense06的AI采集的配置软件。

2.选择Read_nbd,将其配置为ns06_放大输出.vi，使用该线程，读取应变桥所得到的变化电压。

若

硬件未连接放大电路，测得的是电路的原始信号，若硬件连接了放大电路，则测试的是放大后的信

号。

（推荐使用放大电路）

3.操作完成后，清除通道，释放资源。

第五章系统实现

5.1、油门控制系统的前面板

交通灯也有流水灯的操作形式，交通灯的点亮多少由应变力的变化来决定。

软件的响应和硬件相对应。

使用波形图表查看测得的应变量，使用数字波形图表查看通过编码器所测得的数字信号。

使用波形图表显示应变量和步进电机的控制量。

油门控制系统是前面板的设计

系统控件网络资源

5.2、程序框图

程序框图的双循环架构

第六章运行调试、测试

硬件电路搭接完成后，根据硬件位置，配置硬件资源，并设置温度上限等相关参数，然后运行程序进行调试、测试。

根据任务书要求，撰写设计说明书。

运行图：

（应变梁所测得的踩踏量从小到大在增加，速度也在增加图如下）

第七章总结

本次实验中，使用到了三个实验模块，涉及到模拟信号的采集、数字信号的

生成、数字信号的测量。

可以使用NIDAQmx驱动来编写程序。

也可以使用nextboard小模块提供的封装好的驱动，来编写程序，迅速搭建系统。

这次的实训主要是让我们对应变桥实验模块,编码器实验模块,交通灯模块这三个模块有更加深入的了解。

在应变桥实验模块中，我们需要知道当压力增大时，步进电机逐渐有增大开合角度；当压力变小时，控制电机反向运转，开合度减小，直到角度回至0度；

当压力为0时，无任何操作。

经过这次的实训，我们整体对各个方面都得到了不少的提高，希望以后学校和系里能够开设更多类似的实验，能够让我们得到更好的锻炼。