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液压自由活塞发动机(Hydraulic Free Piston Engine,以下简称HFPE),是近30年逐渐发展起来的新型动力机,它是将内燃机和液压泵集成为一体,以液体为工作介质,实现动力的非刚性传输,主要适用于频繁起停的大中功率的行走机械的特种发动机。 本论文在前人样机研制的基础上,通过对样机的调试运行,分析了HFPE运行的工作过程和特点,针对原工控机+工控板卡控制系统的性能不太理想及HFPE控制系统的特点,采用高性能的数字信号处理芯片,设计了采用PC机+DSP结构的新控制系统。进行了硬件电路的设计、制板和调试,以及PC机和DSP的软件设计和调试。在此基础上,完成了对样机的调试和实验。 论文分六部分介绍了课题的研究工作: 第一章:介绍了自由活塞发动机的种类和液压自由活塞发动机国内外的研究现状,以及内燃机技术、数字信号处理技术等与液压自由活塞发动机控制系统相关技术的发展。讨论了液压自由活塞发动机样机运行调试的特点及其对控制系统的要求,在此基础上确定了本课题的研究方向和内容。 第二章:介绍了液压自由活塞发动机样机主要工作参数,详细阐述了液压自由活塞发动机样机控制系统的各组成部份,并对液压自由活塞发动机样机的起动过程进行了初步的分析。 第三章:根据自由活塞发动机控制系统的特点及其运行调试对控制器的要求,选用了高性能的数字信号处理芯片TMS320F2812作为CPU,为了提高电路的抗干扰性及工作可靠性,采用了CPU主板、A/D信号调理板和I/O输出驱动放大板的分板设计。进行了其电源电路、时钟电路、外扩存储器电路、A/D转换及信号调理电路、USB通信电路、I/O输出驱动放大电路和串行通信等电路的设计,最后完成了PCB制板和调试,该电路能可靠地工作。 第四章:本章在硬件电路设计的基础上,利用Code Composer Studio 2(’C2000)强大而方便的开发环境,使用C语言,进行了A/D采样程序设计,发动机起动及点火控制程序设计以及USB通信固件程序设计等DSP的软件设计。并在PC机上使用LabView进行了发动机调试及显示界面的设计。 第五章:在硬件电路和软件调试的基础上,将该控制器应用于液压自由活塞发动机样机,并进行了样机的初步实验。