硕士毕业论文电动拖拉机CAN总线控制系统研究.docx

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1、电动拖拉机CAN总线控制系统研究Study on Control System for Electric Tractorbased on CAN Bus独仓lj性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中已经注明引用和致谢的内容外，论文中不包含本人和其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。时间：年月日学位论文作者签名:关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定。本

2、人同意中国农业大学有权保存及向国家有关部门和机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人同意中国农业大学将本学位论文的全部或部分内容授权汇编录入中国博士学位论文全文数据库或中国优秀硕士学位论文全文数据库进行出版，并享受相关权益。（保密的学位论文在解密后应遵守此协议）时间：年月日时间:年月日学位论文作者签名:导师签名：中国农业大学硕士学位论文摘要摘要本文以设施园艺电动拖拉机为研究对象，根据其作业任务需求和特点，建立了一套通信控制网络，设计了基于CAN总线的双电机控制算法，实现了电动拖拉机各个控制单元间的信息交换和协调控制，从而使电动拖拉机具有道路行驶和田间作业能力。论文的主要内容包括

3、：(1)根据电动拖拉机设计任务书的要求，对电动拖拉机通信网络进行了总体的规划和设计。根据作业任务需求设计了分布式网络结构图，并对网络节点进行了设计；确定了每个节点对应的报文和其中包含的信息，以及信息的接收对象，并据此制定了 CAN通信消息矩阵表。(2)网络节点设计，选取了飞思卡尔MC9s12XS128MAL作为节点主控制器，DGUS屏作为显示器；确定了节点硬件结构和功能，完成了电机控制系统硬件方案设计；然后，建立了通信试验平台。(3)对系统的软件进行了设计，设计了 CAN通信模块、上位机(MC)以及其它节点的软件；针对电机控制系统的性能要求，设计了基于CAN通信的双电机协调控制算法和控制软件；

4、对所设计软件进行了调试。(4)基于CANoe软件对CAN通信网络进行了性能测试分析，应用TTCAN原理，对网络进行了改进，提高了网络性能；通过实车调试试验，对电机系统控制算法进行了验证。关键词：电动拖拉机，通信控制网络，CAN总线，电机控制，PID中国农业大学硕士学位论文AbstractAbstractThis article developed a communication and control system for electric tractor, which works formodern greenhouse agriculture, according to its task

5、requirements and characteristics. And a dual motorcoordinated control algorithm was proposed based on CAN Bus, in order to suit the special structure ofthe tractor, which has two BLDC Motors to drive the tractor and PTO separately. The designs realizedfunctions of communication among the nodes and c

6、ontrol of motors, thus, the electric tractor gets theability of road driving and field operation.First, According to requirements of the design specification of electric tractor, the overall planningand design of the communication network are carried out. According to the task requirements .designed

7、distributed network structure diagram and nodes. Messages of each node .the signals it contains andtarget nodes of signals are detennined. Then, matrix of CAN communication system was formulatedSecond, design of hardware system of the communication network. The MC9S12XS128MAL wasselected as the main

8、 controller and the DGUS screen was selected as the monitor. Then, the hardwarestructure and functions of the other nodes of the network and the hardware scheme of the motor controlsystem are designed. Ultimately, The hardware structure chart of the communication network wasdetermined and the test p

9、latform was established.Third, design of software system. Software of the CAN communication module ,MC and othernodes are designed. According to the perfonnance requirements of the motor control system, the dualmotor coordinated control algorithm and software based on CAN Bus were proposed. Then deb

10、ug thesoftware system.Fourth, perfonnance test and analysis with CANoe was carried out to validate the reliability of thecommunication and control system. TTCAN technology was used to modify the communicationnetwork ,so as to promote properties and reliability of the system. Experiment of dual motor

11、 controlalgorithm was carried out ,and proved the effectiveness of the system , The test results showed that thedesign meet the demands of electric tractors tasks.Key Words： electric tractor, communication and control system, CAN Bus, motor control ,PID目录摘要IAbstractII第一章绪论11.1 研究背景11.2 课题来源11.3 研究意义

12、11.4 电动拖拉机国内外研究现状21.5 CAN网络通信技术和ISO 11783通信协议41.6 研究内容和技术路线81.7 本章小结8第二章 电动拖拉机通信系统总体方案设计112.1 通信网络的类型112.2 电动拖拉机网络通信拓扑结构设计132.3 报文与信息矩阵的设计172.4 本章小结21第三章CAN通信系统硬件试验平台的搭建233.1 上位机设计233.2 节点控制器的设计253.3 电机控制系统硬件设计273.4 网络通信系统试验平台的搭建303.5 本章小结30第四章系统软件设计314.1 CAN通信模块的软件设计314.2 上位机控制器的软件设计324.3 其它节点控制器的软

13、件设计324.4 电机系统的控制算法及软件设计364.5 本章小结39第五章系统性能试验415.1 CAN网络通信系统性能测试415.2 网络性能分析435.3 实车试验475.4 本章小结49第六章总结与展望51总结51展望51参考文献53致谢57个人简介59IV中国农业大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景信息化、电气化是现代工业的标志，农机装备作为现代农业的基础，也开始向着电气化和信息化方向发展，在应用新的技术后，农机装备将不再是简单笨重的机械，而是具有通信功能的智能化农业装备，操作和使用也会更加灵活。进入新世纪后，油价逐渐上涨，燃油拖拉机的使用成本升高，同时现在化石燃料的

14、燃烧对环境带来的负担也越来越大，空气质量成为人们关注的话题。在此情况下，发展电动农机装备就成为新的研究方向。我国设施农业发展迅速，现在设施农业面积已超过2xl()hm2,超过世界设施农业总面积的50%,年产值已达到2000亿元UZ,是农业发展的重要组成部分。现代设施农业多是大棚种植，空间狭小，并且都是密闭环境，如图1-1所示。普通拖拉机在大棚中作业存在诸多缺点，如尾气排放大、噪声大、回转半径大、体积较大等，这些特点都不适合大棚作业环境。图1-1现代设施农业为了适应现代设施农业的大棚作业环境，需要一种体积较小、排放清洁、操作方便的小型拖拉机，而现在的拖拉机都有各自特点，没有一种能够很好的满足大棚

15、作业环境。为了解决该问题，发展一种适用于设施农业的电动拖拉机被提上日程。1.2 课题来源本课题来源于“国家科技支撑计划”，项目名称为“现代节能高效设施园艺装备研制与产业化示范”。1.3 研究意义传统动力燃油拖拉机，其发动机效率低，传动机构复杂，在密闭环境卜工作存在诸多问题。电动拖拉机结构简单、体枳小、质量轻、回转半径小，具有良好的调速性和灵活的功率控制能中国农业大学硕士学位论文第一章绪论力，而且在通信控制系统的调节下，可以达到很高的工作效率，能够较好的适应温室大棚作业环境。电动拖拉机动力装置的优点还在于行走驱动部分与动力输出部分可以通过不同的电机来实现,从而省去传动机构，简化农机结构，减小农机的重量和体积，因而发展一种专门用于设施农业环境的电动拖拉机，可以有效的解决传统拖拉机不适应大棚作业环境的问题。在电动拖拉机的研究中，控制系统的研究占有重要的地位，通过应用现有的通信和控制技术，建立一套电动拖拉机控制系统，不仅具有现实意义，也有很大的研究价值。1.4 电动拖拉机国内外研究现状1.4.1 电动拖拉机国