项目五任务6：压力闭环控制功能开发-教学课件

主讲老师：汪俊东压力闭环控制功能开发项目5：线控制动技术任务5.6《智能汽车线控底盘装调与测试》目录任务导入AssignmentINTRO学习目标LearningobjectivesCONTENTS0102知识准备Backgroundknowledge03任务实施Assignmentimplement课堂总结Classroomsummary0506课堂小测Classroomquiz04PART01任务导入AssignmentINTRO任务导入在现代工业生产中，压力控制是保证产品质量和生产效率的关键因素之一。无论是化工、石油、还是制药行业，压力的精确控制都至关重要。然而，由于外部环境的变化和设备自身的非理想特性，压力控制系统常常面临各种挑战。你是一名自动化工程师，负责为一家大型化工厂开发一套压力闭环控制系统。应该如何设计一个能够精确、快速响应的压力传感器和执行器？其次，你需要开发一套控制算法，它能够根据传感器的反馈信号自动调整阀门的开度，以维持压力的稳定。PART02学习目标Learningobjectives学习目标素质目标通过FOC原理的学习，激发学生对系统控制功能的研究兴趣；在任务验证过程中，培养学生精益求精，严谨认真的大国工匠精神。

能力目标能编写线控制动系统压力闭环控制代码[A72]；能实现对PID参数修改，并调整制动压力图像的效果[A73]。知识目标能简单阐述FOC软件控制原理[K79]；熟悉并归纳总结出PID调试的一般步骤[K82]。思政专栏2008年4月11日，一个注定被历史铭记的日子。中国首列国产时速350公里CRH3“和谐号”动车组，在中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司下线，我国仅用3年时间就走完了国外20多年的技术路程，堪称“陆地飞机”的高铁从此打上了“中国制造”的标签。奇迹的背后总是充满艰辛。只毕业于普通技校的他，带领团队挑战世界技术难题，最终不仅破解了外国专家的“技术秘笈”，推动了我国动车组制造技术的成功跨越。他，就是人称“洋设备的保健医生”“中国高铁工人的标杆”的唐山轨道客车有限责任公司高级技师张雪松。张雪松在车间愿做一颗永远发光的螺丝钉思政专栏“我愿做一颗永远发光的螺丝钉，镶嵌在高速动车组上，畅游中华大地;我愿做一个优秀的高铁工人，做一个有志气有能力为中国争气的好工人;我要做一名有担当的共产党员，为国家生产最好最快的动车组，面对世界技术难题勇争第一。”这是张雪松在一篇日记中写下的话。他和团队摸索出不同材料的收缩预留参数，积累了“反变形量”“焊后调修”“调修加热温度控制”等8种详实的数据，为动车组的批量生产莫定了现场制造技术的基础。这个案例展示了大国工匠精神在当代中国的重要性和实践情况，以及国家对于培养和弘扬这种精神的重视。高级技师—张雪松愿做一颗永远发光的螺丝钉PART03知识准备Backgroundknowledge一、FOC原理1.无刷电机概论无刷电机是一种现代电机技术，它使用电子换向器代替传统的碳刷和换向器，从而实现更高效、更可靠的电机驱动。在学会控制无刷电机的相关算法前，需要对无刷电机的结构有基本的认识，基本的航模无刷电机结构分为前盖，中盖，后盖，磁铁，硅钢片，漆包线、轴承和转轴组成无刷电机一、FOC原理1.无刷电机概论无刷电机可以分为内转子和外转子两种。内转子是电机中的一种转子配置，其位置位于电机的中心位置，被定子包围。内转子可以由永磁材料制成，形成永磁同步电机（PMSM）的转子，或者由导电材料制成，形成感应电机的转子。外转子电机的转子位于电机的外部，而定子在内部。内转子和外转子一、FOC原理2.FOC软件控制原理（1）克拉克变换所谓克拉克变换，实际上就是降维解耦的过程，把难以辨明和控制的三相相位差120°电机波形降维为两维矢量。它的思路其实特别的简单，第一就是把三相随时间变换的，相位差为120°的电流波形抽象化为三个间隔120°的矢量。第二就是利用三角函数对矢量进行降维。闭环控制坐标转换一、FOC原理2.FOC软件控制原理（2）克拉克逆变换克拉克逆变换是将通过克拉克变换得到的两相正交坐标系中的电压或电流分量，转换回原始的三相坐标系中的电压或电流。对于电压分量ua，ub，uc和正交分量uα，uβ。逆变换公式一、FOC原理2.FOC软件控制原理（3）帕克变换帕克变换就是能够帮助我们求得各种旋转情况下的Iα和Iβ。其实整个帕克变换的思路很简单，首先，我们把电机的定子线圈上固定一个Iα-Iβ坐标系。这时候，在坐标系的右边放上一个转子，如果此时转子被吸引且不动，那么在Iα-Iβ坐标系中就一定有一个Iα和Iβ值是能够对应转子现在的状态的。坐标系二、PID控制算法详解1.PID控制器校正增大比例系数P将加快系统的响应，它的作用于输出值较快，但不能很好稳定在一个理想的数值，不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响，但有余差出现，过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。积分能在比例的基础上消除余差，它能对稳定后有累积误差的系统进行误差修整，减小稳态误差。微分具有超前作用，对于具有容量滞后的控制通道，引入微分参与控制，在微分项设置得当的情况下，对于提高系统的动态性能指标，有着显著效果，它可以使系统超调量减小，稳定性增加，动态误差减小。PID控制器方块图二、PID控制算法详解2.PID控制器的参数整定（1）理论计算整定法它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。计算整定二、PID控制算法详解2.PID控制器的参数整定（2）工程整定方法它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于学握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。工程整定二、PID控制算法详解3.PID调试一般步骤（1）确定比例增益P确定比例增益P时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0(具体见PID的参数设定说明)，使PID为纯比例调节。PID控制算法图像二、PID控制算法详解3.PID调试一般步骤（2）确定积分时间常数Ti比例增益P确定后，设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小T，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大T，直至系统振荡消失。（3）确定微分时间常数Td微分时间常数Td一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。PID控制算法图像三、线控制动标定代码解析#include是preprocessor的一条指令，负责把#include的文件中的内容全部copy到当前文件的#include所在的位置，也就是用该文件中的内容取代#include这条指令。1.导入部分导入部分三、线控制动标定代码解析这段代码用于增量式PID控制器的函数，用于实现刹车控制。增量PID控制器是一种调整控制输出以减少设定值（期望值）和实际值（当前值）之间误差的算法。它通过增加或减少控制输出的增量来调整，而不是直接设置一个具体的控制值。2.增量式PID计算PID算法三、线控制动标定代码解析这个函数的作用是将PID控制器的参数设置为初始值，为控制器的启动和运行做好准备。通过这种方式，可以在程序的其它部分调用这个函数来初始化PID控制器，确保它在开始控制任务之前具有正确的参数和初始状态。3.PID初始化初始化PID三、线控制动标定代码解析这个函数的目的是将制动系统的PID控制器的参数设置为预先定义的值。这些参数可能存储在全局变量或者配置文件中，然后在程序启动时通过这个函数进行初始化。通过这种方式，可以确保PID控制器在开始工作之前具有正确的增益设置。4.初始化函数PID相关函数初始化三、线控制动标定代码解析它用于周期性地执行刹车系统的PID控制任务，周期为10毫秒。这个函数中CAN0501sendBreak、realBreak和Ptr_Brake这些变量已经被正确地初始化并包含有效的值。TargetBreak变量的更新可能需要在函数外部进一步处理，以确保它能够正确地控制刹车系统。5.循环执行函数循环执行函数PART04课堂小测Classroomquiz一、判断题1.在编程中，Int8表示一个8位的整数类型，它通常用来存储范围在-128到127之间的整数。代码中将一个名为Limit_pressure的变量的值设置为0。（）2.制动标定结果不会影响车辆的制动安全性和驾驶体验，只是确定最大制动压力阈值。（

）√×二、选择题1.压力闭环原理由若干部分组成，下列哪一项不是压力闭环原理的基本组成部分（

）A.设定值 B.传感器测量C.手动调整压力 D.控制器2.线控制动系统中的压力闭环标定中，哪个算法常用于ECU对制动力的控制？（）A.线性回归算法 B.神经网络算法 C.PID算法 D.遗传算法CCPART05任务实施Assignmentimplement1.工具设备清单一、实施准备分类名称数量图例实训设备线控底盘1套测试电脑1套CAN分析仪1套UCBDM下载器1套千斤顶1台1.工具设备清单一、实施准备分类名称数量图例防护用品工作服1套安全帽1个工作手套1双辅助材料无纺布1张2.检查设备（1）穿戴好工作手套和安全帽，将工具设备等摆放在工位上。（2）检查线控底盘外观是否正常，内部零件是否齐全，线束连接是否正常。（3）用千斤顶举升线控底盘后轮，使后轮离地。（选择在实训室场地测试时需要做此操作）（4）检查测试电脑外观是否正常。（5）连接CAN分析仪外观是否正常无破损。（6）检查BDM下载器外观是否正常无破损。一、实施准备CAN分析仪二、连接设备（1）将车辆外接CAN0接口连接到CAN分析仪CAN1通道。连接CAN分析仪1.连接CAN分析仪与车辆二、连接设备接入终端电阻（2）通过拨码开关，将CAN1的终端电阻R1拨到ON的位置，接入终端电阻。（3）使用USB连接线将CAN分析仪连接到电脑。1.连接CAN分析仪与车辆二、连接设备拆卸VCU（1）拆卸VCU的两颗固定螺栓，并拆卸VCU底板。2.连接BDM下载器与车辆二、连接设备连接BDM下载器和VCU（2）连接BDM下载器和VCU，注意连接线束的方向（线束突起朝里）。2.连接BDM下载器与车辆二、连接设备连接BDM下载器和测试电脑（3）连接BDM下载器和测试电脑。2.连接BDM下载器与车辆二、连接设备启动车辆（1）确认设备连接无误后，按下车辆的电源开关，启动车辆。3.启动设备二、连接设备（2）长按遥控器的电源键（左右各一个，同时长按3秒），启动遥控器。启动遥控器3.启动设备二、连接设备（3）将遥控器最右侧SWD拨杆开关往下拨动，进入遥控驾驶模式。（4）按下测试电脑的电源开关，启动测试电脑。进入遥控驾驶模式3.启动设备三、编写压力闭环控制程序代码Braking_control.c文件（1）打开代码文件在“MCU_Program/Braking”文件夹中，双击打开Braking_control.c文件。三、编写零位标定程序代码补充编写压力闭环程序（2）编写压力闭环程序代码根据代码文件中的中文注释中的任务要求，完成空白部分程序代码的补充编写三、编写零位标定程序代码修改参数程序文件（3）在“MCU_Program/Braking”文件夹中，双击打开Braking_control.h文件。采用控制变量法修改制动压力PID参数。先修改KP值，再修改KI值。根据标定的最大压力值修改压力闭环控制能达到的最大压力，方便对比。“FreescaleCodewarrior”主界面1.烧入标定程序（1）双击打开“program.mcp”快捷图标，进入“FreescaleCodewarrior”主界面。四、固件烧入进入烧入界面（2）单击“Debug”下拉菜单，在弹出的“USBDMConfiguration-HC12弹窗中，单击“OK”，进入烧入界面。四、固件烧入1.烧入标定程序（3）等待进入烧入界面完成，进度条如下图所示。四、固件烧入1.烧入标定程序进入烧入界面进度条（4）点击“运行”按钮（绿色箭头），进行固件烧入。四、固件烧入1.烧入标定程序运行界面进入查看参数界面2.在线查看压力闭环控制参数（1）固件烧入完成后，在“FreescaleCodewarrior”主界面，双击“data”行，进入查看参数界面。四、固件烧入（2）在查看参数界面空白区域，单击鼠标右键，在弹窗中选择“OpenModule”。四、固件烧入选择模块2.在线查看压力闭环控制参数（3）在弹出的“Modules”弹窗中，选择“Braking_control.c”文件，显示对应的变量值。四、固件烧入选择“Braking_control.c”文件2.在线查看压力闭环控制参数（4）在查看参数界面空白区域，单击鼠标右键，在弹窗中选择“mode”，在弹出的“mode”弹窗中，选择“periodical”。四、固件烧入修改模式