CN102060243A - 一种履带式配重小车的无线遥控纠偏装置及其控制方法 - Google Patents

一种履带式配重小车的无线遥控纠偏装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种履带式配重小车的无线遥控纠偏装置，其中，包括无线遥控盒发射器，无线遥控接收器，PID调节器，马达转速传感器和回转角度传感器，其中，所述无线遥控盒发射器与所述无线遥控接收器相连，所述无线遥控接收器与所述PID调节器相连，所述马达转速传感器和回转角度传感器均连接于所述PID调节器上。本发明的一种履带式配重小车的无线遥控纠偏装置及其控制方法通过无线遥控盒发射器对配重小车进行动作类型的选择，通过无线遥控接收装置，各种相应的传感器和PID调节器等电气设备，对履带式配重小车进行纠偏操作，从而保证了履带起重机主机和配重小车之间的同步控制，其易于操作，准确度高，有效的提高了履带起重机的工作效率。

Description

一种履带式配重小车的无线遥控纠偏装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及履带起重机的技术领域，具体地，涉及一种履带式配重小车的无线遥控纠偏装置及其控制方法。
背景技术
目前，在工业自动化控制中，遥控技术已经得到广泛的发展和应用。通常，在小吨位履带起重机上采用有线遥控装置，在大吨位履带起重机上采用无线遥控装置，以用于控制支腿油缸、卷扬动力销等辅助安装设备的伸缩操作，从而为履带起重机的安装和拆卸提供了便利，极大的节省了人力，提高了履带起重机的工作效率和操作安全性。
随着履带起重机吨位的不断增大，除了需要考虑履带起重机安装和拆卸的便捷性以外，还需要考虑如何承载繁重的超起配重。目前，国内外履带起重机绝大多数通过在结构上设计履带式配重小车或轮胎式配重小车来承载繁重的配重块。履带起重机上的履带式配重小车的结构如图1所示。配重小车由配重小车Ⅰ和配重小车Ⅱ组成，其工作模式包括有配重小车Ⅰ原地打转模式、配重小车Ⅱ原地打转模式、配重小车Ⅰ+Ⅱ直线行走模式、配重小车Ⅰ+Ⅱ绕铰点回转模式、配重小车Ⅰ+Ⅱ绕主机回转工作模式和配重小车Ⅰ+Ⅱ随主机直线行走模式等共六种工作模式。
为了保证履带起重机的正常作业，需要进行履带起重机中主机和配重小车之间的同步控制。然而，在主机和配重小车同步调节过程中，难免会出现结构限位情况，这极不利于对于履带起重机整体操作的稳定性和安全性。因此，急需一种对履带式配重小车进行无线遥控纠偏的装置，以及一种相应的无线遥控纠偏的控制方法，以便捷，高效的对履带式起重机配重小车进行纠偏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种履带式配重小车的无线遥控纠偏装置及其控制方法，其通过半自动化控制，可方便，有效地进行履带式配重小车的纠偏操作。
为了实现上述目的，本发明的一种履带式配重小车的无线遥控纠偏装置，其中，包括无线遥控盒发射器，无线遥控接收器，PID调节器，马达转速传感器和回转角度传感器，其中，所述无线遥控盒发射器与所述无线遥控接收器相连，所述无线遥控接收器与所述PID调节器相连，所述马达转速传感器和回转角度传感器均连接于所述PID调节器上。
根据上述的履带式配重小车的无线遥控纠偏装置，其中，所述无线遥控接收器通过CAN总线与所述PID调节器相连接。
根据上述的履带式配重小车的无线遥控纠偏装置，其中，所述无线遥控盒发射器上设置有旋钮开关，操作手柄以及显示器。
另外，本发明还提供一种采用如上述的履带式配重小车的无线遥控纠偏装置的履带式配重小车的无线遥控的控制方法，其中，首先通过无线遥控盒发射器选择履带式配重小车的工作模式；在配重小车原地打转工作模式下，进行配重小车左右履带速度快慢同步调节和速度差值同步调节；在配重小车直线行走工作模式下，采用双闭环控制，内环为速度快慢PID调节，外环为履带方向同步PID调节；在配重小车绕绞点回转工作模式下，采用双闭环同步PID调节，内环为履带内外侧速度与给定速度快慢同步PID调节，外环为配重小车回转角度同步PID调节。
根据上述的履带式配重小车的无线遥控的控制方法，其中，在配重小车原地打转工作模式下，对左右履带行走速度进行匀加速分段控制，其中，通过PID调节器控制PWM输出设备，PWM输出信号再通过控制行走马达比例电磁阀的电流控制行走马达，从而达到期望转速值。
根据上述的履带式配重小车的无线遥控的控制方法，其中，在配重小车直线行走工作模式下，首先通过操作无线控制盒发射器上的操作手柄，在配重小车原地打转模式下将配重小车的履带方向都调整到履带回转角均为零的位置，再对左右履带行走速度进行匀加速分段控制，从而达到期望转速值。
根据上述的履带式配重小车的无线遥控的控制方法，其中，在配重小车绕绞点回转工作模式下，首先通过操作无线控制盒发射器上的操作手柄，在配重小车原地打转模式下将配重小车的履带方向都调整到履带回转角均为期望值的位置，再对左右履带行走速度进行匀加速分段控制，从而达到期望转速值。
因此，本发明的一种履带式配重小车的无线遥控纠偏装置及其控制方法通过无线遥控盒发射器对配重小车进行动作类型的选择，通过无线遥控接收装置，各种相应的传感器和PID调节器等电气设备，对履带式配重小车进行纠偏操作，从而保证了履带起重机主机和配重小车之间的同步控制，其易于操作，准确度高，有效的提高了履带起重机的工作效率。
附图说明
图1为本发明的履带式配重小车的结构示意图；
图2为本发明的履带式配重小车的无线遥控纠偏装置的结构示意图；
图3为本发明中履带式配重小车Ⅰ/Ⅱ原地打转同步控制结构示意图；
图4为本发明中履带式配重小车Ⅰ+Ⅱ直线行走/绕铰点回转同步控制结构示意图；
图5为本发明中履带式配重小车Ⅰ/Ⅱ原地打转同步控制流程图；
图6为本发明中履带式配重小车Ⅰ+Ⅱ直线行走同步控制流程图；
图7为本发明中履带式配重小车Ⅰ+Ⅱ绕铰点回转同步控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图2所示，本发明的履带式配重小车的无线遥控纠偏装置由无线遥控盒发射器、无线遥控接收器、比例-积分-微分调节器（PID调节器）和马达转速传感器、回转角度传感器等组成，其中无线遥控盒发射器通过无线电波与无线遥控接收器相连，进行数据通讯；无线遥控接收器再通过CAN总线与PID调节器进行通讯，各个相应的传感器均连接于PID调节器，用于实时采集履带起重机配重小车的实时运行参数，并传送至PID调节器。利用无线遥控盒发射器上的选择性旋钮开关、操作手柄和显示屏等装置对配重小车进行动作类型选择，利用无线遥控接收装置、PID调节器、马达转速传感器、回转角度传感器等传感器对配重小车进行纠偏控制。
具体地，在配重小车的六种工作模式中，配重小车Ⅰ原地打转模式、配重小车Ⅱ原地打转模式、配重小车Ⅰ+Ⅱ直线行走模式、配重小车Ⅰ+Ⅱ绕铰点回转模式这四种模式需要通过无线遥控系统来控制，而配重小车Ⅰ+Ⅱ绕主机回转工作模式和配重小车Ⅰ+Ⅱ随主机直线行走模式则需要在驾驶室里面进行相关的操作。因此，本发明主要讨论配重小车前四种工作模式下的无线遥控纠偏控制。
首先，介绍一下履带式配重小车无线遥控同步纠偏的基本工作原理。履带起重机减速机输出转速n（r/min）、马达转速                                               
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE002
 （r/min）、控制泵输入转速
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE004
（r/min）、履带行走线速度
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE006
（m/s）、配重小车Ⅰ左履带马达转速
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE008
（m/s），配重小车Ⅰ右履带马达转速
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE010
（m/s）、配重小车Ⅱ左履带马达转速
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE012
（m/s），配重小车Ⅱ右履带马达转速（m/s），发动机输出转速
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE016
（r/min），减速机减速比，主泵排量
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE020
 （cc/r）、主泵的最大排量
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE022
（cc/r），马达排量
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE024
（cc/r）、马达的最大排量
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE026
（cc/r），驱动轮半径R（mm），马达的比例电磁阀电流（mA），主泵的比例电磁阀电流
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE030
（mA），配重小车Ⅰ的回转角度
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE032
，配重小车Ⅱ的回转角度
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE034
，当马达的总容积效率
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE036
取0.95时，上述各个物理量之间的关系如下：
Figure 2011100225444100002DEST_PATH_IMAGE038
；
Figure DEST_PATH_IMAGE040
；
即：
Figure DEST_PATH_IMAGE042
；
单台闭式泵控制电流与排量的关系式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
；
单台电比例变量马达控制电流与排量的关系式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
。
下面分别介绍一下履带式配重小车在各个工作模式下的无线遥控纠偏操作。
在配重小车Ⅰ/Ⅱ原地打转工作模式下，首先调整配重小车Ⅰ/Ⅱ的履带方向，将其调整到配重小车Ⅰ+Ⅱ直线行走和配重小车Ⅰ+Ⅱ绕铰点回转工作模式下的预备状态。以配重小车Ⅰ+Ⅱ绕铰点回转工作模式为例，配重小车Ⅰ/Ⅱ原地打转控制流程图如图5所示。
在配重小车Ⅰ+Ⅱ原地打转过程中，履带起重机主机和配重小车的同步调节分为速度快慢同步调节和速度差值同步调节两个过程。速度快慢同步调节是对配重小车Ⅰ+Ⅱ左右履带速度同时递增或递减的调节；速度差值调节是对配重小车Ⅰ+Ⅱ左右履带速度差值趋于零的调节。具体调节过程如下：
（1）速度快慢同步调节过程：
配重小车Ⅰ/Ⅱ原地打转的同步控制结构如图3所示。首先，根据无线遥控盒发射器上操作手柄的开度，计算出期望的履带行走速度值
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，在达到履带行走速度期望值
Figure DEST_PATH_IMAGE050
之前，每个履带行走速度单独使用一个比例-积分调节器（PI调节器），通过PI调节器输出脉冲宽度调节（PWM）输出信号，给定配重小车Ⅰ/Ⅱ履带行走主泵的比例电流值，从而分段控制配重小车Ⅰ/Ⅱ匀加速原地回转，最终达到期望转速值；
由于左右履带受载均匀，单个主泵输出流量会经过分流阀均匀分配到驱动马达上，为了控制配重小车Ⅰ/Ⅱ履带速度大小相等，根据公式
Figure 16171DEST_PATH_IMAGE042
可知，起初给定的行走马达排量也应该相等，即给定左右履带的行走马达比例电磁阀电流应相等。
（2）速度差值同步调节过程：当配重小车Ⅰ/Ⅱ的两个履带速度在n时刻大小不相等时，需要对左右履带速度的速度差值进行双向同步调节。在某时刻n时，利用PI调节，速度误差为
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，P是比例系数，I是积分系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
是配重小车Ⅰ的右履带在时刻n的线速度，是配重小车Ⅰ左履带在时刻n的线速度。将速度差值转换为行走马达的比例电磁阀电流补偿值，最终用于反馈调节左右行走马达比例电磁阀电流值。
配重小车Ⅰ+Ⅱ直线行走的工作模式用于将配重小车的位姿调整到安全区域之后，再进行装配超起拉杆。在具体作业中，本工作模式用于配重小车和主机复合动作过程中产生拉伸长度结构限位时，进行纠偏使用，或在配重小车和主机复合动作之前，将配重小车调整到理想的预备状态时使用。
在配重小车Ⅰ+Ⅱ直线行走之前，在无线遥控盒发射器上选择配重小车Ⅰ+Ⅱ直线行走模式，选择操作对象配重小车Ⅰ或配重小车Ⅱ，然后通过无线遥控盒发射器上的操作手柄，利用配重小车Ⅰ/Ⅱ原地打转工作模式，将配重小车Ⅰ和Ⅱ的履带方向调整到履带回转角度φ1和φ2都为零的位置，然后进行配重小车Ⅰ+Ⅱ直线行走，其控制流程图如图6所示。
在配重小车Ⅰ+Ⅱ直线行走同步控制结构如图4所示。在配重小车Ⅰ+Ⅱ直线行走过程中，履带起重机主机和配重小车之间的同步调节采用双闭环控制。其中，内环为速度快慢同步PID调节，外环为履带方向同步PID调节，即履带回转角度φ1和φ2同步调节。具体同步控制操作如下：
（1）根据超起后撑杆拉伸长度LengthBar<0还是LengthBar>0来控制配重小车Ⅰ+Ⅱ同步直线行走的方向。如果LengthBar>0，则配重小车Ⅰ+Ⅱ沿超起后撑杆的方向，一直向前直线行走；如果LengthBar<0，则配重小车Ⅰ+Ⅱ沿超起后撑杆的方向，一直向后直线行走。
（2）根据手柄开度给定履带行走速度期望值
Figure 924522DEST_PATH_IMAGE048
，在履带行走速度达到期望值
Figure 101598DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure DEST_PATH_IMAGE060
之前，将期望行走速度值
Figure 992413DEST_PATH_IMAGE048
有效分成N段，即
Figure 741538DEST_PATH_IMAGE048
=N
Figure DEST_PATH_IMAGE062
，N取整数。每个履带行走速度单独使用一个PI调节器，通过第n段设置给定履带行走速度值
Figure DEST_PATH_IMAGE064
，n为
Figure DEST_PATH_IMAGE066
的整数。根据本段速度给定值
Figure DEST_PATH_IMAGE068
和上一段行走速度差值，反馈调节行走主泵比例电流值，即使用PI调节器输出PWM输出信号，给定配重小车履带行走主泵的比例电流值，从而分段进行配重小车Ⅰ+Ⅱ履带行走速度均匀加速控制，使配重小车Ⅰ/Ⅱ的左右履带速度在第n段达到给定值
Figure DEST_PATH_IMAGE070
，最终达到期望转速值。
（3）在履带方向同步PID调节过程中，以配重小车Ⅰ为例，根据配重小车Ⅰ的回转角度为的变化，利用PI算法调节配重小车Ⅰ的回转角度：
Figure DEST_PATH_IMAGE074
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE076
，然后根据回转角度值
Figure DEST_PATH_IMAGE078
，计算速度差值
Figure DEST_PATH_IMAGE080
来调节配重小车Ⅰ的左右履带线速度，其中，T是采样周期。然后根据公式
Figure 447607DEST_PATH_IMAGE042
和公式
Figure 298930DEST_PATH_IMAGE044
，将速度差值
Figure DEST_PATH_IMAGE082
转换为配重小车Ⅰ行走主泵比例电磁阀的补偿比例电流值，最终反馈调节配重小车Ⅰ左右履带行走主泵排量。
配重小车Ⅰ+Ⅱ绕绞点回转工作模式用于将配重小车的位姿调整到安全区域之后，再进行装配超起拉板。在配重小车具体作业时，用于在配重小车和主机复合动作过程中产生超起后撑杆夹角限位时，进行纠偏使用，或在配重小车和主机复合动作之前，将配重小车调整到理想的预备状态时使用。
首先，利用配重小车Ⅰ/Ⅱ原地打转，将配重小车Ⅰ和Ⅱ的履带方向调整到配重小车Ⅰ+Ⅱ绕绞点回转工作模式下回转角度φ1和φ2期望值的位置，然后进行配重小车Ⅰ+Ⅱ绕铰点回转，其控制流程图如图7所示。
配重小车Ⅰ+Ⅱ绕绞点回转同步控制结构如图4所示。在配重小车I+II绕铰点回转过程中，同步PID调节采用双闭环控制。其中，内环为履带内外侧速度与给定角速度快慢同步PID调节，外环为配重小车I/II回转角度同步PID调节。具体同步操作如下：
（1）内环PID调节：根据手柄开度给定期望回转转速值
Figure DEST_PATH_IMAGE084
，计算配重小车Ⅰ的内外侧履带回转转速期望值
Figure DEST_PATH_IMAGE086
、
Figure DEST_PATH_IMAGE088
。在履带行走速度达到期望值之前，将期望角速度给定值
Figure 115139DEST_PATH_IMAGE084
有效分成N段，即
Figure 178427DEST_PATH_IMAGE084
=N，N取整数。每个履带行走速度单独使用一个PI调节器，通过第n段设置给定回转角速度
Figure DEST_PATH_IMAGE092
 （n为
Figure 789101DEST_PATH_IMAGE066
的整数）和上一段履带行走速度差值，来反馈调节行走主泵电磁阀比例电流值，即通过PI调节器输出PWM信号，给定配重小车履带行走主泵比例电磁阀的比例电流值，进行分段配重小车Ⅰ+Ⅱ履带回转转速均匀加速控制，最终达到期望转速值。
（2） 在外环PID调节：在履带方向同步PID调节过程中，以配重小车Ⅰ为例，设在配重小车Ⅰ+Ⅱ绕绞点回转工作模式下配重小车Ⅰ的期望回转角度为
Figure DEST_PATH_IMAGE094
，根据配重小车Ⅰ的回转角度为
Figure 311741DEST_PATH_IMAGE072
的变化，利用PI算法调节配重小车Ⅰ的回转角度：，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE096
；然后根据回转角度值
Figure 189447DEST_PATH_IMAGE078
，计算速度差值
Figure 304778DEST_PATH_IMAGE080
来调节配重小车Ⅰ的内外侧履带线速度，其中，T是采样周期；然后根据公式和公式
Figure 462274DEST_PATH_IMAGE044
，将速度差值
Figure 666597DEST_PATH_IMAGE082
转换为配重小车Ⅰ行走主泵比例电磁阀的补偿比例电流值，最终反馈调节履带行走主泵排量。
本发明的通过采用无线遥控盒发射器，实现了对履带式配重小车在各种工作模式下同步纠偏控制，其操作安全可靠，极大的节省了履带起重机操作的人力需求，提供了作业效率。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对该履带式配重小车的无线遥控纠偏装置及其控制方法进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种履带式配重小车的无线遥控纠偏装置，其特征在于，包括无线遥控盒发射器，无线遥控接收器，PID调节器，马达转速传感器和回转角度传感器，其中，所述无线遥控盒发射器与所述无线遥控接收器相连，所述无线遥控接收器与所述PID调节器相连，所述马达转速传感器和回转角度传感器均连接于所述PID调节器上。
2.根据权利要求1所述的履带式配重小车的无线遥控纠偏装置，其特征在于，所述无线遥控接收器通过CAN总线与所述PID调节器相连接。
3.根据权利要求1所述的履带式配重小车的无线遥控纠偏装置，其特征在于，所述无线遥控盒发射器上设置有旋钮开关，操作手柄以及显示器。
4.一种采用如权利要求1所述的履带式配重小车的无线遥控纠偏装置的履带式配重小车的无线遥控的控制方法，其特征在于，首先通过无线遥控盒发射器选择履带式配重小车的工作模式；在配重小车原地打转工作模式下，进行配重小车左右履带速度快慢同步调节和速度差值同步调节；在配重小车直线行走工作模式下，采用双闭环控制，内环为速度快慢PID调节，外环为履带方向同步PID调节；在配重小车绕绞点回转工作模式下，采用双闭环同步PID调节，内环为履带内外侧速度与给定速度快慢同步PID调节，外环为配重小车回转角度同步PID调节。
5.根据权利要求4所述的履带式配重小车的无线遥控的控制方法，其特征在于，在配重小车原地打转工作模式下，对左右履带行走速度进行匀加速分段控制，其中，通过PID调节器控制PWM输出设备，PWM输出信号再通过控制行走马达比例电磁阀的电流控制行走马达，从而达到期望转速值。
6.根据权利要求4所述的履带式配重小车的无线遥控的控制方法，其特征在于，在配重小车直线行走工作模式下，首先通过操作无线控制盒发射器上的操作手柄，在配重小车原地打转模式下将配重小车的履带方向都调整到履带回转角均为零的位置，再对左右履带行走速度进行匀加速分段控制，从而达到期望转速值。
7.根据权利要求4所述的履带式配重小车的无线遥控的控制方法，其特征在于，在配重小车绕绞点回转工作模式下，首先通过操作无线控制盒发射器上的操作手柄，在配重小车原地打转模式下将配重小车的履带方向都调整到履带回转角均为期望值的位置，再对左右履带行走速度进行匀加速分段控制，从而达到期望转速值。
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