CN102023638B - 一种摊铺机行走控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摊铺机行走控制装置，包括处理器、转换模块、检测速度脉冲频率模块、开关量输入模块、脉冲宽度调制模块、开关量输出模块、压力传感器、电位计、速度传感器、开关、电磁阀、比例电磁阀。本发明还提供一种摊铺机行走控制装置的控制方法。本发明的控制结构简单，操作可靠，能够有效控制摊铺机行走的跑偏量，控制效果更好，进一步提高了摊铺机行走跑偏性能和施工质量。

Description

一种摊铺机行走控制装置及控制方法

技术领域

本发明主要涉及摊铺机领域，尤其涉及一种摊铺机行走控制装置及控制方法。

背景技术

目前，沥青摊铺机普遍采用双泵双马达驱动、履带行走的液压系统。该系统由一个以PLC为核心的电子恒速控制系统控制，消除了因摊铺机行驶推进系统的负载变化，送料的不均匀性，发动机降速等诸多因素造成的行驶速度的变化，确保了摊铺机速度恒定，从而使摊铺平整度，密实度指标得到大幅度提高。行驶速度控制是摊铺机技术的核心之一。国家标准GB/T16277-2008《沥青混凝土摊铺机》中对履带式摊铺机的直线行走性能做出了规定：履带式摊铺机直线行驶的跑偏量不应大于直线测量距离的1%，测量距离为履带运行一圈摊铺机行驶距离的2-3整数倍，不能调整转向操作装置。随着技术的发展，用户对设备的操控性能要求越来越高，行走的直线度是摊铺机操控性能的重要指标。现在摊铺机行走控制速度或采用速度单闭环控制系统，跑偏量一般控制在1%。

传统纠偏控制器采用PID控制器进行纠偏控制，控制器输入为左右履带速度差和里程差。PID控制器的输入输出都是连续信号，具有灵敏度高，实现方便等特点。但是在实际使用中，摊铺机工作环境很复杂，可能会出现速度传感器信号丢失或出现干扰毛刺，此时纠偏控制器会出现误动作。同时由于传统的PID控制器实现其控制量是连续线性信号，加之对不同工况使用同一组控制器参数，在不同的工况下不能达到最优控制。

发明内容

针对现有技术存在的连续线性信号容易导致摊铺机出现误动作的技术问题，本发明提供一种操作简单可靠，能够有效控制摊铺机跑偏量，从而提高操作的舒适性，提高控制精度，改善路面的施工质量的摊铺机的控制装置及控制方法。

本发明提供一种摊铺机行走控制装置，包括处理器、转换模块、检测速度脉冲频率模块、开关量输入模块、脉冲宽度调制模块、开关量输出模块、压力传感器、电位计、速度传感器、开关、电磁阀、比例电磁阀；所述处理器分别与所述转换模块、检测速度脉冲频率模块、开关量输入模块、脉冲宽度调制，开关量输出模块相连接；所述压力传感器、电位计分别与所述转换模块相连接；所述速度传感器与所述检测速度脉冲频率模块相连接；所述开关与所述开关量输入模块相连接；所述比例电磁阀与所述脉冲宽度调制模块相连接；所述电磁阀与所述开关量输出模块相连接，所述处理器中设置模糊纠偏控制器模块。

所述速度传感器包括左速度传感器和右速度传感器，所述左速度传感器安装在左行驶马达上，所述右速度传感器安装在右行驶马达上，分别用于检测左/右行驶马达的速度；所述左速度传感器包括第一左速度行驶传感器和第二左行驶速度传感器，所述第一左速度行驶传感器和第二左速度行驶传感器的相位差为90度。所述右速度传感器包括第一右速度行驶传感器和第二右行驶速度传感器，所述第一右速度行驶传感器和第二右速度行驶传感器的相位差为90度。

本发明还提供一种摊铺机行走控制装置的控制方法，其包含以下步骤：

（1）转向电位计和行走速度限制电位计初始给定行走速度，并通过转换模块传输给处理器保存；

（2）左/右行走速度传感器采集左/右行驶马达的行走路程，并将采集到的数据通过检测速度脉冲频率模块FI检测速度脉冲频率模块传输给处理器；

（3）处理器将左/右行走速度传感器采集到的数据计算里程差，判定是否需要启动模糊纠偏控制器模块；

（4）如果需要调节，则进行模糊纠偏控制，通过模糊纠偏控制器模块得出左行驶马达的速度修正量并叠加到左马达速度给定值上，并通过脉冲宽度调制模块、相应的比例电磁阀传输给左行驶马达，左行驶马达调节到修正后的速度；

（5）如果不需要调节或者调节完成，则完成本次调节过程。

在以上步骤中每0.1秒采样1次左右履带的里程差和当前左履带的速度值。所述里程差大于0.01m时，才进行模糊纠偏控制。

本发明的有益效果在于：本发明首先在于先对路程差进行判断，判断路程差大于一定值后方启动模糊纠偏调节，对速度传感器的误差不敏感，其次在模糊纠偏调节过程中，根据不同的路程差驱动模糊纠偏控制模块，计算出相应的修正速度。因为采样的时间点为每0.1秒进行一次，采集到的数据和输出的信号均为非线性信号，调节能力更强。同时结构简单，不影响已有摊铺行走控制闭环。在速度传感器信号出现干扰时不会出现误动作，输出非线性调节能力强。本发明的控制结构简单，操作可靠，能够有效控制摊铺机行走的跑偏量，控制效果更好，进一步提高了摊铺机行走跑偏性能和施工质量。

附图说明

图1是摊铺机行走控制装置的硬件结构连接图。

图2是摊铺机行走控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施方法对本发明做进一步解释。

如图1所示一种摊铺机行走的控制装置，其包括处理器CPU、A/D转换模块、FI检测速度脉冲频率模块、开关量输入模块DI、脉冲宽度调制模块PWM，开关量输出模块DO、左行走前向压力传感器、左行走后向压力传感器、右行走前向压力传感器、右行走后向压力传感器、行走速度限制电位计、行走速度调节电位计、行走转向设定电位计、第一左行走速度传感器、第二左行走速度传感器、第一右行走速度传感器、第二右行走速度传感器、行走前向开关、行走后向开关、行走高速开关、原地转向开关、左行走前向比例电磁阀、左行走后向比例电磁阀、右行走前向比例电磁阀、右行走后向比例电磁阀、左行走高速电磁阀、右行走高速电磁阀、行走刹车电磁阀。

所述处理器CPU分别与所述A/D转换模块、FI检测速度脉冲频率模块、开关量输入模块DI、脉冲宽度调制PWM，开关量输出模块DO相连接。所述左行走前向压力传感器、左行走后向压力传感器、右行走前向压力传感器、右行走后向压力传感器、行走速度限制电位计、行走速度调节电位计、行走转向设定电位计分别与所述A/D转换模块相连接。所述第一左行走速度传感器、第二左行走速度传感器、第一右行走速度传感器、第二右行走速度传感器分别与所述FI检测速度脉冲频率模块相连接，其中左/右传感器1和2传感器都具有测速功能，分别检测左/右履带的行走速度，所述第一传感器和第二传感器的相位差为90度，可以据此判断机器行走的方向。所述行走前向开关、行走后向开关、行走高速开关、原地转向开关分与所述开关量输入模块DI相连接。所述左行走前向比例电磁阀、左行走后向比例电磁阀、右行走前向比例电磁阀、右行走后向比例电磁阀分别与所述脉冲宽度调制模块PWM相连接。所述左行走高速电磁阀、右行走高速电磁阀、行走刹车电磁阀分别与所述开关量输出模块DO相连接。

通过图1的装置实现摊铺机行走的控制，其包含以下步骤：

首先，转向电位计和行走速度限制电位计初始时给定行走速度，并通过A/D转换模块传输给处理器CPU保存。左/右行走速度传感器安装于左/右行驶马达上，用于采集左/右行驶马达的行走路程，并将采集到的数据通过FI检测速度脉冲频率模块传输给CPU处理器，CPU处理中设置模糊PID调节模块，将左/右行走速度传感器采集到的数据和初始给定的行走速度相比较，并进行各自的模糊PID调节，通过PID模糊调节得出左行驶马达的修正速度，并通过脉冲宽度调制模块PWM、相应的前/后向比例电磁阀传输给左行驶马达，左行驶马达运行模糊调节后的修正速度。模糊纠偏控制器模块在两侧马达里程误差超过设定的值后才启动调节，这种非线性的调节方法对速度传感器误差不敏感，实现效果更好使用简单，不用改变摊铺机原有控制系统。可以根据现场经验的积累来增加模糊控制的规则，针对不同工况和跑偏量输出不同的调整量。控制器调节能力更强，控制效果也更好，提高了摊铺机行走跑偏性能和施工质量。

如图2所示的摊铺机行走控制方法的流程图，根据不同的路面情况行走速度限制电位计设定固定的速度给定，安装在左/右马达上的速度传感器检测履带行走速度，并将检测到的行走速度和速度给定进行比较，由模糊PID调节器完成两侧马达的速度闭环控制。

左/右行走速度传感器检测左/右履带的行走路程，并计算路程差，路程差交由处理器CPU判断是否需要进行纠偏控制，如不需要调节，本次循环结束；安装在左/右马达上的速度传感器继续检测新的履带的行走路程，并将路程差进行比较，并将路程差交由处理器CPU进行判断，如果判断结果为需要调节，则根据模糊纠偏控制器的控制器规则，叠加不同的速度修正量到左马达的速度给定上，左马达速度闭环中的模糊PID调节器在通过脉宽调制器和相应的伺服阀来调节左马达速度，最后达到纠偏目的。

以下详细说明本发明的摊铺机行走纠偏系统的具体控制方法为：

1.每0.1秒采样1次左右履带的里程差和当前左履带的速度值。

2.如果里程差小于0.01m，不调整，转步骤5。

3.如果里程差大于0.01m，根据当前里程差和当前右履带的速度值，查询根据里程差和速度值构成的7×7模糊控制规则表并得到输出量。

4.将输出量转换为左履带速度控制闭环设定量相同的物理信号并叠加在左履带速度控制给定输入端。

5.退出本次控制循环。

本发明通过采用路程差信号作为输入，采用模糊控制器进行纠偏，输出信号叠加在速度环给定环节上。整个过程实现简单，同时对传感器信号干扰不敏感，输出非线性，调节能力强。采用模糊控制器进行纠偏控制，根据当前左右履带的路程差信号以及当前行走速度进行纠偏控制。模糊纠偏控制器输出是非线性信号，可以对较小的里程差不用进行调整，具有一定误差阈值。相比传统纠偏控制器，本发明控制器适用性更强，对传感器干扰不敏感，能有效控制摊铺机在各种工况下行走跑偏量，提高操作的舒适性和施工质量。

Claims (4)

1.一种摊铺机行走控制装置，其特征在于包括处理器、转换模块、检测速度脉冲频率模块、开关量输入模块、脉冲宽度调制模块、开关量输出模块、压力传感器、电位计、速度传感器、开关、电磁阀、比例电磁阀；所述处理器分别与所述转换模块、检测速度脉冲频率模块、开关量输入模块、脉冲宽度调制模块、开关量输出模块相连接；所述压力传感器、电位计分别与所述转换模块相连接；所述速度传感器与所述检测速度脉冲频率模块相连接；所述开关与所述开关量输入模块相连接；所述比例电磁阀与所述脉冲宽度调制模块相连接；所述电磁阀与所述开关量输出模块相连接，所述处理器中设置模糊纠偏控制器模块，所述模糊纠偏控制器模块在两侧马达里程误差超过设定的值后才启动调节；

其中：

所述转换模块为A/D转换模块；

所述压力传感器包括左行走前向压力传感器、左行走后向压力传感器、右行走前向压力传感器、右行走后向压力传感器；

所述电位计包括行走速度限制电位计、行走速度调节电位计、行走转向设定电位计；

所述速度传感器包括第一左行走速度传感器、第二左行走速度传感器、第一右行走速度传感器、第二右行走速度传感器、其中第一左走行走速度传感器和第二左走行走速度传感器的相位差为90度，第一右走行走速度传感器和第二右走行走速度传感器的相位差为90度；

所述开关包括行走前向开关、行走后向开关、行走高速开关、原地转向开关；

所述电磁阀包括左行走高速电磁阀、右行走高速电磁阀、行走刹车电磁阀；

所述比例电磁阀包括左行走前向比例电磁阀、左行走后向比例电磁阀、右行走前向比例电磁阀、右行走后向比例电磁阀；

所述处理器中设置模糊PID调节模块，将第一左行走速度传感器、第二左行走速度传感器、第一右行走速度传感器、第二右行走速度传感器采集到的数据和初始给定的行走速度相比较，并进行各自的模糊PID调节，通过PID模糊调节得出左行驶马达的修正速度，并通过脉冲宽度调制模块PWM、相应的比例电磁阀传输给左行驶马达，左行驶马达运行模糊调节后的修正速度。

2.如权利要求1所述的摊铺机行走控制装置的控制方法，其包含以下步骤：

（1）行走转向设定电位计和行走速度限制电位计初始给定行走速度，并通过转换模块传输给处理器保存；

（2）第一左行走速度传感器、第二左行走速度传感器、第一右行走速度传感器、第二右行走速度传感器采集左/右行驶马达的行走路程，并将采集到的数据通过检测速度脉冲频率模块传输给处理器；

（3）处理器将第一左行走速度传感器、第二左行走速度传感器、第一右行走速度传感器、第二右行走速度传感器采集到的数据计算里程差，判定是否需要启动模糊纠偏控制器模块；

（4）如果需要调节，则进行模糊纠偏控制，通过模糊纠偏控制器模块得出左行驶马达的速度修正量并叠加到左马达速度给定值上，并通过脉冲宽度调制模块、相应的比例电磁阀传输给左行驶马达，左行驶马达调节到修正后的速度；

（5）如果不需要调节或者调节完成，则完成本次调节过程。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于每0.1秒采样1次左/右履带的里程差和当前左履带的速度值。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于所述里程差大于0.01m时，才进行模糊纠偏控制。

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