● 摘要
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，其工作装置由动力头、伸缩钻杆、加压装置和液压系统等组成。随着基础工程施工技术的发展，旋挖钻机的技术也日趋全面、成熟。同时，也对旋挖钻机控制提出了更高的要求，需要监控的参变量越来越多，控制回路不断增加。这些变量相互关联、相互影响，需要协调控制。为了提高旋挖钻机的性能，对旋挖钻机控制精度要求也越来越高。而且，随着状态监视、故障诊断、参数显示等功能的扩充，要求不断提高旋挖钻机的控制水平。传统式的模拟控制器很难胜任如此复杂的任务，因此，采用计算机控制技术是其必然选择。论文首先介绍了旋挖钻机控制系统的发展概况、旋挖钻机系统数学模型以及旋挖钻机控制系统的需求和任务，然后从工程角度出发，详细论述了基于ATMega128单片机的控制系统的硬件设计、基于AVRX RTOS的控制系统软件设计和控制方案设计。控制系统除了要采集旋挖钻机倾角传感器信号，比例阀位置信号等多种输入信号，实行PID控制算法及PWM输出控制等功能外，还具有操作状态显示、故障检测等功能。为实现诸多功能，解决多任务间的耦合问题，系统采用了基于AVR单片机专用实时操作系统（RTOS）AVRX的控制方案。完成了针对单片机的AVRX RTOS在AVR单片机上的移植以及基于RTOS的应用软件开发。在控制方面，针对旋挖钻机控制的特殊性，着重介绍了手动控制、自动搜寻控制段主、从起竖杆的闭环控制律和两种控制方法的切换问题。最后，本文给出联调结果，指出了系统存在的不足之处并给出改进的方法和建议。旋挖钻机作为一种复杂的被控对象，对其控制算法的探索和实现具有重要意义。