機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法研究

谷樹人

摘要：為解決常規(guī)防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法在復雜工作環(huán)境影響下控制有效性較低的不足，本文提出了機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法.基于對防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)機械本體及控制端構(gòu)成的分析，結(jié)合檢測傳感器數(shù)據(jù)的獲取及參數(shù)計算、依托電子控制單元執(zhí)行命令的發(fā)出與執(zhí)行器機構(gòu)的運行，實現(xiàn)提出的機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制，試驗數(shù)據(jù)表明，提出的控制方法較常規(guī)控制方法，控制有效性提高17.77%，適合復雜工況的防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制.

關(guān)鍵詞：防踏空踏板;自動翻轉(zhuǎn);控制方法;控制研究

中圖分類號：TH16;TP27? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）04-0111-03

0 引言

常規(guī)防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法采用齒輪傳遞的方式實現(xiàn)防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制.但在復雜工作環(huán)境影響下，常規(guī)防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法存在控制有效性較低的不足[1]，不適合復雜工況的防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控，為此提出機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法研究.基于對防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)機械本體及控制端構(gòu)成的分析，結(jié)合對前端距離的計算、翻轉(zhuǎn)角度的計算、以及最大運動角的計算.依托電子控制單元執(zhí)行命令的發(fā)出與執(zhí)行器機構(gòu)的運行，實現(xiàn)提出的機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法研究，試驗結(jié)論表明，提出機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法具備極高的有效性.

1 機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制

1.1 防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)機械本體及控制端的構(gòu)成

生活中防踏空踏板應用極為廣泛，例如火車地鐵進站車廂與站臺間的間隙需要加裝防踏空踏板，防止人流較大，有人誤踏空，導致踩踏事件[2].再如電梯連接處、兩個不連接的位置，為了人身安全，均會加裝防踏空踏板，因此對防踏空踏板的自動翻轉(zhuǎn)控制提出了更高的要求[3].

機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法是采用檢測傳感器數(shù)據(jù)的獲取，電子控制單元發(fā)出執(zhí)行命令，執(zhí)行器機構(gòu)運行，完成機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)的控制，其防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)機械本體及控制端的構(gòu)成如圖1所示.

圖1中，1為自動翻轉(zhuǎn)控制機構(gòu)的耐踩踏層，2為自動翻轉(zhuǎn)控制機構(gòu)，其中包括電子控制單元以及執(zhí)行器機構(gòu)兩部分組成，3為翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，用于防止踏空的機構(gòu)，4為檢查傳感器，5為支撐機構(gòu)，6為支撐底面，7為側(cè)面支撐，8為防踏空踏板安裝界面.h2為防踏空踏板位置，h1為防踏空踏板高度.

1.2 檢測傳感器數(shù)據(jù)的獲取及參數(shù)計算

檢測傳感器數(shù)據(jù)的準確獲取與正確計算是機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制的核心程序，未能正確的相應翻轉(zhuǎn)控制，將直接影響控制有效性[4].檢測傳感器嵌與圖1位置4中，通過最先獲取相關(guān)位移、時間、環(huán)境等變量信息，進行參數(shù)計算，為電子控制單元發(fā)出執(zhí)行命令做準備.

檢測傳感器數(shù)據(jù)參數(shù)計算主要是對前端距離的計算、翻轉(zhuǎn)角度的計算、以及最大運動角的計算.前端距離的計算能確定良好的前端距離，與前端物體不產(chǎn)生刮碰，且能盡量減少空隙.翻轉(zhuǎn)角度的計算是為電子控制單元提供執(zhí)行命令數(shù)據(jù).最大運動角的計算是為執(zhí)行器機構(gòu)的運行提供參數(shù)范圍.

設檢測傳感器獲取非翻轉(zhuǎn)狀態(tài)下前端位移為xi，目的翻轉(zhuǎn)位移為x，機械阻力為F0，摩擦系數(shù)為μ，則前端距離的計算公式可用公式（1）表示[5]：

1.3 電子控制單元發(fā)出執(zhí)行命令

電子控制單元是由電源模塊、通信模塊、內(nèi)存模塊、命令編譯模塊構(gòu)成，其中電源模塊包括電源接口、為電子控制單元提供必要的電能.通信模塊為檢測傳感器數(shù)據(jù)的獲取、執(zhí)行器機構(gòu)的運行提供通信服務，內(nèi)存模塊包括Auto SDGH05124中央數(shù)據(jù)處理器與運行內(nèi)存，為電子控制單元核心機構(gòu)，命令編譯模塊為執(zhí)行器機構(gòu)的運行提供命令，如圖2所示[8].

電子控制單元發(fā)出執(zhí)行命令發(fā)出過程，首先，利用通信模塊獲取檢測傳感器數(shù)據(jù)參數(shù)計算結(jié)果;然后劃定前端距離、翻轉(zhuǎn)角度、最大運動角區(qū)域，最后通過命令編輯與發(fā)出功能，命令執(zhí)行器機構(gòu)執(zhí)行命令，完成電子控制單元執(zhí)行命令的發(fā)出.

1.4 執(zhí)行器機構(gòu)的運行

執(zhí)行器機構(gòu)主要是根據(jù)電子控制單元發(fā)出執(zhí)行命令，進行防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)執(zhí)行控制的.主要通過電磁發(fā)生器、扭矩傳感器、扭矩傳感電機、磁力制動器、減速器、電磁離合器實現(xiàn)的.其執(zhí)行器機構(gòu)示意圖如圖3所示.

啟動電源，運行端獲得電子控制單元發(fā)出執(zhí)行命令，接入A～S信號，電磁發(fā)生器提供動能，根據(jù)執(zhí)行命令調(diào)整扭矩傳感器、扭矩傳感電機、磁力制動器等機構(gòu)，實現(xiàn)防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制.

2 工程實例分析

為了保證本文提出的機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法研究的有效性，進行現(xiàn)場防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制數(shù)據(jù)測試.在不同的工作環(huán)境、使用頻率、不同載重環(huán)境下，進行控制有效性實驗.

2.1 實驗數(shù)據(jù)準備

實驗地點：防踏空踏板使用場所.

實驗材料：兩套防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法，秒表、電子秤量程10～150kg，必要的施工工具，靈敏度傳感器，北京拓普海思測控技術(shù)有限公司DFB-514型，計算機.

實驗項目：0～60min模擬不同人群，經(jīng)過防踏空踏板，檢測兩套防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的有效性，采用靈敏度對兩套防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制有效性進行量化.

2.2 實驗測試過程

1、選定兩處相同的試驗場地，裝有防踏空踏板，接入本文提出的機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法，以及常規(guī)防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法.

2、試運行5min，保證兩種控制方法能夠穩(wěn)定、完全運行，不能對測試人員產(chǎn)生人身傷害.

3、選擇60人為一個單位，在10min中內(nèi)通過防踏空踏板，其中60人被分為三組，即快速通過組、慢速通過組、和正常速度通過組.測試兩套防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法的響應靈敏度.

4、控制不同體重的人群，重復步驟3的實驗過程，分析通過速度、通過質(zhì)量（單位時間平均質(zhì)量，例1小時通過1個人，體重為60kg，則通過質(zhì)量為1kg/min）對兩套防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法的靈敏度影響，并記錄實驗數(shù)據(jù)，如表1所示，響應靈敏度單位為s.

2.3 實驗數(shù)據(jù)結(jié)果分析

分析表1，可以得出，通過速度對常規(guī)控制方法響應靈敏度影響較大，通過質(zhì)量對常規(guī)控制方法響應靈敏度影響較小，提出的控制方法響應靈敏度受通過速度、通過質(zhì)量影響較小，這里我們引入極差統(tǒng)計實驗數(shù)據(jù)中的變異量數(shù)，又平均極差可用公式（4）表示：

式中，Xmax代表計算數(shù)據(jù)的最大值，Xmin代表計算數(shù)據(jù)的最小值，1/3表示三個變量的平均值，其常規(guī)控制方法響應靈敏度通過速度平均極差為0.019，提出的控制方法響應靈敏度通過速度平均極差為0.005，常規(guī)控制方法響應靈敏度通過質(zhì)量平均極差為0.169，提出的控制方法響應靈敏度通過質(zhì)量平均極差為0.0053.

基于平均極差的計算得出，常規(guī)控制方法響應靈敏度受通過質(zhì)量影響最大，提出的控制方法響應靈敏度受兩者影響均較小，得出提出的控制方法較常規(guī)控制方法控制有效性提升17.77%.（0.169+ 0.019-0.005-0.0053）×100%=17.77%，適合復雜工況的防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制.

3 總結(jié)

本文提出了機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制方法研究，基于檢測傳感器數(shù)據(jù)的獲取及參數(shù)計算、電子控制單元執(zhí)行命令的發(fā)出、執(zhí)行器機構(gòu)的運行實現(xiàn)本文的研究.實驗數(shù)據(jù)表明，設計的控制方法較高的控制有效率.希望本文的研究能夠為多機電式防踏空踏板自動翻轉(zhuǎn)控制提供理論依據(jù).

參考文獻：

〔1〕鄭天池，邵建新，郭琳娜.鋁電解電容器芯包引腳刺孔機控制系統(tǒng)設計[J].工程設計學報，2016，23（4）：378-384.

〔2〕任必興，杜文娟，王海風.UPFC與系統(tǒng)的強動態(tài)交互對機電振蕩模式的影響[J].電工技術(shù)學報，2018，33（11）：2520-2534.

〔3〕王瀚林，呂茂隆，劉樹光.一類輸入受限非線性系統(tǒng)動態(tài)面控制方法研究[J].計算機仿真，2017，34（3）：51-55.

〔4〕徐飛，孟慶浩，羅冰.一種飛艇自適應控制方法及其穩(wěn)定性能仿真[J].計算機仿真，2016，33（9）：97-100.

〔5〕殷國良，尤波，許家忠.胎面翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的翻轉(zhuǎn)分析及ADAMS仿真[J].哈爾濱理工大學學報，2016， 21（6）：100-105.

〔6〕張前衛(wèi)，何海龍，張樹慶.結(jié)構(gòu)用集成材拼方自動上料設備的研制[J].林產(chǎn)工業(yè)，2016，43（6）：46-49.

〔7〕榮娜，李澤滔，韓松.改進的機電振蕩模式相對局域性指標及其適應性[J].電力自動化設備，2017， 37（2）：140-144.

〔8〕張世隆，王建中，施家棟.微小型翻轉(zhuǎn)爬樓梯機器人抗跌落技術(shù)[J].機械強度，2016（5）：1021-1028.