探析平行軌行車智能糾偏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙小衛(wèi)

摘要：偏軌現(xiàn)象是平行軌行車在運(yùn)行生產(chǎn)過程中常見的現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)該問題，極易引發(fā)事故。現(xiàn)就平行軌行車出現(xiàn)偏移的原因進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)智能糾偏控制系統(tǒng)，闡述位置與速度偏差糾正過程，基于增量式PH）控制算法，比較調(diào)試前后的糾偏效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此系統(tǒng)可自動(dòng)糾正平行軌行車偏軌現(xiàn)象，促進(jìn)自動(dòng)化水平的提升。

關(guān)鍵詞：智能糾偏控制系統(tǒng)；平行軌行車；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3024（2016）13-123-02

前言

行車指的是起重機(jī)，又被成為天車、吊車。主要分為兩種，一種是集中驅(qū)動(dòng)，另一種是分別驅(qū)動(dòng)，被廣泛應(yīng)用于車間、工廠等大型制造業(yè)。在生產(chǎn)過程中，平行軌行車易出現(xiàn)問題，最常見的是偏移現(xiàn)象，行車運(yùn)動(dòng)過程中，兩端未保持水平，或者行車兩側(cè)速度不一致是造成該現(xiàn)象的主要原因。因此，設(shè)計(jì)智能糾偏控制系統(tǒng)，對(duì)于糾正偏移現(xiàn)象，防止事故發(fā)生具有重要意義。

1.偏移現(xiàn)象發(fā)生原因分析

造成平行軌行車出現(xiàn)偏移現(xiàn)象的原因，包括以下幾點(diǎn)：

其一，運(yùn)行期間，平行軌行車兩端受到的阻力存在偏差。在兩端阻力不同的情況下，造成線速度出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致兩側(cè)速度出現(xiàn)偏差，長期已久造成位移偏差。平行軌行車兩端都安裝吸泥設(shè)備，以對(duì)沉降水池中的污泥進(jìn)行回收，污水處理過程中，受到處理工藝的影響，造成沉降水池兩端的污泥濃度出現(xiàn)偏差，一般一側(cè)超過另一側(cè)，導(dǎo)致平行軌行車在行駛期間兩側(cè)的阻力存在差異，進(jìn)而出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。

其二，平行軌行車在運(yùn)動(dòng)期間，兩端的滾輪出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，致使平行軌行車偏軌運(yùn)行。行車的工作環(huán)境大多是在露天環(huán)境，遭遇雨雪天氣情況下，導(dǎo)軌上出現(xiàn)雨水、冰，使導(dǎo)軌和行車滾輪間的摩擦力大大減小，造成行車兩側(cè)安裝的主動(dòng)輪發(fā)生打滑。

其三，平行軌行車行駛到端點(diǎn)時(shí)，因失去動(dòng)力，出現(xiàn)慣性運(yùn)動(dòng)，造成行車行駛出現(xiàn)位移偏差。接近開關(guān)分別安裝于平行導(dǎo)軌的兩端，到位信號(hào)被開關(guān)檢測到后，平行軌行車會(huì)停止行駛，待數(shù)秒后，反方向行駛。慣性是大多數(shù)運(yùn)動(dòng)物體停止時(shí)出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，平行軌行車在運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，亦會(huì)出現(xiàn)慣性，加之兩端受到不同的阻力，因此，造成平行軌行車反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)位移偏差。

通過分析偏移現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，可以發(fā)現(xiàn)，行車在運(yùn)動(dòng)期間產(chǎn)生的偏差分為兩種，一種是位移偏差，另一種是速度偏差。就上述偏差，構(gòu)建一個(gè)智能糾偏控制系統(tǒng)，以改善偏差問題。

2.設(shè)計(jì)智能糾偏控制系統(tǒng)

位置檢測裝置、速度檢測裝置、驅(qū)動(dòng)與變頻裝置與工控機(jī)共同組成的糾偏控制系統(tǒng)。其工作原理為：行車運(yùn)行期間，出現(xiàn)位移或速度偏差，位置與速度檢測裝置對(duì)偏移量進(jìn)行檢測，并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。在ND轉(zhuǎn)換卡的作用下，工控機(jī)獲取電信號(hào)，之后糾偏控制系統(tǒng)運(yùn)輸、輸出信號(hào)，板卡對(duì)輸出值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其變成變頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，使其自動(dòng)糾正偏移量，進(jìn)而構(gòu)成兩個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2.1速度偏差糾正

速度偏差是行車運(yùn)動(dòng)期間存在的主要問題之一，如果不能及時(shí)調(diào)整，造成行車偏軌運(yùn)行。造成該問題的原因包括很多，如電動(dòng)機(jī)與行車兩側(cè)連接的減速裝置出現(xiàn)機(jī)械磨損：受到外部信號(hào)擾動(dòng)等相關(guān)因素的影響，造成兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度出現(xiàn)偏差等。速度偏差值指的是位移偏差（由行車啟動(dòng)至終止階段）與運(yùn)行時(shí)間的比值，公式為：

具體解決方案為：選取頻率信號(hào)（由從動(dòng)輪機(jī)上編碼器產(chǎn)生）當(dāng)作調(diào)速系統(tǒng)反饋信號(hào)，設(shè)定一端的反饋信號(hào)值為另一端的從動(dòng)輪反饋信號(hào)當(dāng)作比較值，用v1sp表示，在控制器中比較計(jì)算兩種信號(hào)，輸出信號(hào)選為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)，位于比較端的變頻器，過才能一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于行車速度相對(duì)較慢，因此，需要對(duì)輸出部分變化趨勢(shì)進(jìn)行控制。運(yùn)用PID控制調(diào)節(jié)法控制系統(tǒng)，設(shè)定微分、積分、比例參數(shù)值時(shí)，要以平緩狀態(tài)下的頻率輸出變化率為宜，圖1表示速度調(diào)偏回路。

主動(dòng)輪與從動(dòng)輪分別位于平行軌行車兩側(cè)，改造從動(dòng)輪，并安裝編碼器，借助地下鋪設(shè)的電纜，向控制器傳輸反饋值，選為編碼器檢測信號(hào)。

2.2位置偏差糾正

行車停止或者啟動(dòng)過程中，兩側(cè)相同的參考位置未處于相同水平線，出現(xiàn)偏差，即是運(yùn)行期間平行軌行車出現(xiàn)的位置偏差。行車行駛狀態(tài)下，即使兩側(cè)的速度相同，也仍然存在位置偏差。將兩組接近開關(guān)假裝到平行軌道上，是位置偏差糾正的重要方法。在導(dǎo)軌上，行車進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)行至加裝組開關(guān)位置時(shí)，自動(dòng)位置偏差糾正一致，駛至導(dǎo)軌端點(diǎn)的接近開關(guān)時(shí)，停留數(shù)秒，之后為反方向運(yùn)行，運(yùn)行至另一組開關(guān)位置時(shí)，自動(dòng)微小糾偏。

調(diào)偏流程如下：自某一端端點(diǎn)位置，行車開始運(yùn)行后，兩側(cè)出現(xiàn)位置偏差，到達(dá)第一組開關(guān)位置時(shí)，先到達(dá)的一段會(huì)終止動(dòng)作，未到達(dá)的一段繼續(xù)前進(jìn)，待另一端與接近開關(guān)接觸后，行車兩側(cè)全部停止，停留數(shù)秒，之后繼續(xù)前進(jìn)。通過另一組接近開關(guān)時(shí)，動(dòng)作與上述一致。利用新安裝的兩組接近開關(guān)，自動(dòng)糾正行車行駛期間出現(xiàn)的位置偏差。

3.增量式PlD控制算法簡析

將增量式PID算法應(yīng)用于速度糾偏控制器中。運(yùn)行期間兩側(cè)電動(dòng)機(jī)提供不同的動(dòng)力是平行軌行車出現(xiàn)速度偏差的主要因

4.驗(yàn)證糾偏效果

改造、設(shè)計(jì)平行軌行車速度與位置自動(dòng)糾偏系統(tǒng)后，可改善平行軌行車運(yùn)行期間出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。并對(duì)某污水處理廠中的設(shè)備運(yùn)用此設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，比較平行軌行車設(shè)備糾偏前后運(yùn)行情況。

將編碼器安裝于平行軌行車兩側(cè)，編碼器可將反饋的頻率信號(hào)實(shí)時(shí)展現(xiàn)出來，以展現(xiàn)行車兩側(cè)具體運(yùn)行狀況，通過比較糾偏前與糾偏后的效果圖（圖中的藍(lán)色折線與紅色折線，分別表示平行軌行車兩側(cè)編碼器的變化趨勢(shì)），可以發(fā)現(xiàn)，糾偏前效果圖中藍(lán)色與紅色折線變化呈無規(guī)律特征，且跳動(dòng)區(qū)間偏大，表明行車兩側(cè)的速度偏差較大，兩端同步性較差。這種條件下極易造成平行軌行車偏軌運(yùn)行，長期發(fā)展出現(xiàn)掉軌或啃軌問題。觀察糾偏后效果圖可以發(fā)現(xiàn)，圖中藍(lán)色與紅色折線變化規(guī)律，跳動(dòng)區(qū)間顯著降低，兩端同步性明顯增強(qiáng)。比較糾偏前后的數(shù)據(jù)，表明此系統(tǒng)可改善運(yùn)行生產(chǎn)中平行軌行車出現(xiàn)啃軌、偏軌問題。

5.結(jié)語

通過分析運(yùn)行期間平行軌行車出現(xiàn)偏移問題的實(shí)際原因，可以發(fā)現(xiàn)，行車運(yùn)動(dòng)期間，兩側(cè)滾輪打滑，行車在停止時(shí)出現(xiàn)慣性，以及運(yùn)行期間平行軌行車兩側(cè)承受不同的阻力，是造成平行軌行車出現(xiàn)偏移現(xiàn)象的重要原因，就上述原因設(shè)計(jì)了一個(gè)智能糾偏控制系統(tǒng)，通過驗(yàn)證糾偏效果，可以發(fā)現(xiàn)其可改善平行軌行車出現(xiàn)偏移現(xiàn)象，減少了平行軌行車運(yùn)行生產(chǎn)期間故障的發(fā)生率，實(shí)現(xiàn)了平行軌行車安全運(yùn)行生產(chǎn)。

通過對(duì)某污水處理廠的平行軌行車實(shí)施軟件程序設(shè)計(jì)及硬件設(shè)備改造后，進(jìn)行調(diào)試。結(jié)果表明，該系統(tǒng)成功調(diào)試，且具有較好的調(diào)偏效果。