CN105446335B - 一种行车定位控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种行车定位控制方法，其中控制系统包括制动器、走行变频器和走行电机，还包括用于测量行车走行的实际距离y的距离定位传感器；行车控制器，行车控制器包括求差模块、第一选择单元、加速控制器、减速控制器、制动控制器，距离定位传感器的输出端与求差模块的输入端相连，求差模块的输出端分别与制动控制器和第一选择单元的输入端相连，制动控制器的输出端与制动器相连，第一选择单元的输出端分别与加速控制器和减速控制器的输入端相连，加速控制器和减速控制器的输出端均与走行变频器相连。本发明操作方便，能够实现行车的自动定位控制，降低人力成本，控制精度高，稳定性高，误差小，行车制动器的磨损小，使用寿命长。

Description

一种行车定位控制方法
技术领域
本发明特别涉及一种行车定位控制方法。
背景技术
行车是一种搬运工具，其在钢铁、冶金等行业的厂房、车间、仓库、码头等工作场所有大量的应用。
传统的行车定位控制主要是司机进行人工控制，即由司机人为决定何时通过操作制动器对行车进行制动。这种人工控制方法造成的后果是，制动结束时行车实际停靠的位置往往与期望停靠的位置存在较大偏差，定位偏差大，控制精度极低。同时，由于从启动制动器到行车完全静止经历了一段较长的时间，制动时间较长，因此对制动器造成了较大的磨损，较少了制动器的使用寿命。
智能制造是工业发展的趋势。智能制造要求工业生产过程中的设备全部实现自动化。行车作为工业生产过程中的重要设备，行车的自动化是未来发展的必然趋势。如锌电解车间的剥锌工序中，行车需不断地将电解槽的阴极板吊装至剥锌机，目前企业的规模越来越大，人力成本越来越高。实现行车的自动化对降低人力成本具有重要意义。而实现行车的自动定位是行车自动化过程中最重要的一部分，因此发明一种自动行车定位控制系统具有重要意义。
发明内容
使用人工方法对行车进行定位控制时，行车实际停靠的位置往往与期望停靠的位置存在较大偏差，定位偏差大，控制精度极低，制动器的使用寿命短，人力成本高。本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种行车定位控制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种行车定位控制方法，使用行车定位控制系统，行车定位控制系统包括制动器、走行变频器和走行电机，所述走行变频器的输出端与走行电机的输入端相连，还包括用于测量行车走行的实际距离y的距离定位传感器；行车控制器，所述行车控制器包括求差模块、第一选择单元、加速控制器、减速控制器、制动控制器，距离定位传感器的输出端与求差模块的输入端相连，求差模块的输出端分别与制动控制器和第一选择单元的输入端相连，制动控制器的输出端与制动器相连，第一选择单元的输出端分别与加速控制器和减速控制器的输入端相连，加速控制器和减速控制器的输出端均与走行变频器相连；
包括以下步骤：
A.利用距离定位传感器测量行车走行的实际距离y；
B.利用求差模块对行车走行的实际距离y和设定距离ys进行求差，并输出位置偏差e＝ys-y；
C.当e＞e1时，第一选择单元对加速控制器施加激励信号，加速控制器通过走行变频器和走行电机控制行车加速；当e≤e1时，第一选择单元将位置偏差e送至减速控制器，减速控制器通过走行变频器和走行电机控制行车减速；其中e1为减速距离；
D.当当前及过去的m个控制周期内|e|均小于e3时，制动控制器通过制动器对行车进行制动，其中m为非负整数，e3为制动距离。
所述制动器用于使行车停下来，走行电机用于驱动行车走行。求差模块用于对行车走行的实际距离y和设定距离ys进行求差，并输出位置偏差e＝ys-y；
当e＞e1时，第一选择单元对加速控制器施加激励信号，加速控制器通过走行变频器和走行电机控制行车加速；当e≤e1时，第一选择单元将位置偏差e送至减速控制器，减速控制器通过走行变频器和走行电机控制行车减速。
当前及过去的m个控制周期内|e|均小于e3时，制动控制器通过制动器对行车进行制动，其中m为非负整数。其中e1为减速距离，e3为制动距离，e1和e3根据需要和经验设定，e1＞e3；
距离定位传感器可以采用激光距离测量仪、格雷母线或者旋转编码器等。行车的最大走行速度一般为2m/s左右。行车在运行过程中一般有加速、匀速、减速的过程。加速和匀速过程一般都是固定的控制过程，到达预定的位置之前的一个过程是减速过程，因此减速过程的控制最终会影响行车的定位控制精度。减速过程如果不进行控制，直接进行制动，容易产生位置偏差，同时制动时间长，减少制动器的使用寿命。
当行车的位置偏差小于或等于减速距离e1时，减速控制器通过走行变频器控制走行电机进行减速过程。当行车的位置偏差小于或等于制动距离e3时，减速控制器的输出为零，同时制动控制器通过制动器对行车进行制动，实现对行车的精确定位控制。由于制动器启动时，行车的行驶速度基本为零，因此制动时间很短，不会对制动器造成较大的磨损，延长了制动器的使用寿命。
作为一种优选方式，所述减速控制器包括模糊控制器、PID控制器和第二选择单元，第一选择单元的输出端分别与减速控制器中的模糊控制器和PID控制器的输入端相连，模糊控制器和PID控制器的输出端均通过第二选择单元与走行变频器相连；
在步骤C中模糊控制器接收第一选择单元输出的位置偏差e，经过模糊控制算法输出控制量至第二选择单元，该模糊控制器的控制量用于通过走行变频器和走行电机控制行车减速；PID控制器接收第一选择单元输出的位置偏差e，经过PID控制算法输出控制量至第二选择单元，该PID控制器的控制量用于通过走行变频器和走行电机控制行车减速；当e2≤e≤e1时，第二选择单元将模糊控制器的控制量输送至走行变频器，当前及过去的n个控制周期内e的绝对值的均值小于e2时，第二选择单元将PID控制器的控制量输送至走行变频器，其中n为非负整数，e2为由PID控制器控制的距离，e2根据需要和经验设定，e1＞e2＞e3＞0。
模糊控制器接收第一选择单元输出的位置偏差e，经过模糊控制算法输出控制量至第二选择单元，该模糊控制器的控制量用于通过走行变频器和走行电机控制行车减速；
PID控制器接收第一选择单元输出的位置偏差e，经过PID控制算法输出控制量至第二选择单元，该PID控制器的控制量用于通过走行变频器和走行电机控制行车减速；
当e2≤e≤e1时，第二选择单元将模糊控制器的控制量输送至走行变频器，当当前及过去的n个控制周期内e的绝对值的均值小于e2时，第二选择单元将PID控制器的控制量输送至走行变频器，其中n为非负整数，e2为由PID控制器控制的距离，e2根据需要和经验设定，e1＞e2＞e3＞0。
减速过程采用模糊控制和PID控制相结合的方法进行控制。模糊控制器和PID控制器同时启动。首先采用模糊控制算法进行控制，但模糊控制算法会存在稳态偏差的问题，所以当设定的距离与实际的距离之间的偏差小于于e2时采用PID控制。即采用模糊控制器实现较大范围内的位置定位控制，采用PID控制器进行精细控制，控制精度高，误差小。
作为一种优选方式，所述模糊控制算法为：对位置偏差e进行模糊处理输出E,对位置偏差的变化率ec进行模糊处理输出EC，根据模糊控制规则得到模糊控制量U，对U进行反模糊化得到实际模糊控制器的控制量。
作为一种优选方式，所述PID控制算法为增量型PID控制算法，
为k时刻PID控制器的控制量输出，e(k)为k时刻的位置偏差，Kp、Ki和Kd分别为比例参数、积分参数和微分参数。
本发明操作方便，能够实现行车的自动定位控制，降低人力成本，控制精度高，稳定性高，误差小，行车制动器的磨损小，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明控制系统一实施例的结构示意图。
图2为本发明控制系统减速过程的控制系统图。
图3为本发明的控制流程图。
其中，1为制动器，2为走行变频器，3为走行电机，4为行车，5为距离定位传感器，6为行车控制器，7为减速控制器，8为求差模块，9为第一选择单元，10为制动控制器，11为加速控制器，12为模糊控制器，13为PID控制器，14为第二选择单元。
具体实施方式
如图1至2所示，本发明控制系统的一实施例包括制动器1、走行变频器2和走行电机3，所述制动器1和走行电机3的输出端均与行车4相连，所述走行变频器2的输出端与走行电机3的输入端相连，还包括
距离定位传感器5，用于测量行车4走行的实际距离y；
行车控制器6，所述行车控制器6包括求差模块8、第一选择单元9、加速控制器11、减速控制器7、制动控制器10，距离定位传感器5的输出端与求差模块8的输入端相连，求差模块8的输出端分别与制动控制器10和第一选择单元9的输入端相连，制动控制器10的输出端与制动器1相连，第一选择单元9的输出端分别与加速控制器11和减速控制器7的输入端相连，加速控制器11和减速控制器7的输出端均与走行变频器2相连，其中
求差模块8用于对行车4走行的实际距离y和设定距离ys进行求差，并输出位置偏差e＝ys-y；
当e＞e1时，第一选择单元9对加速控制器11施加激励信号，加速控制器11通过走行变频器2和走行电机3控制行车4加速；当e≤e1时，第一选择单元9将位置偏差e送至减速控制器7，减速控制器7通过走行变频器2和走行电机3控制行车4减速，其中e1为减速距离，e3为制动距离，e1和e3根据需要和经验设定，e1＞e3；
当当前及过去的m个控制周期内|e|均小于e3时，制动控制器10通过制动器1对行车4进行制动，其中m为非负整数。
所述减速控制器7包括模糊控制器12、PID控制器13和第二选择单元14，第一选择单元9的输出端分别与减速控制器7中的模糊控制器12和PID控制器13的输入端相连，模糊控制器12和PID控制器13的输出端均通过第二选择单元14与走行变频器2相连；
模糊控制器12接收第一选择单元9输出的位置偏差e，经过模糊控制算法输出控制量至第二选择单元14，该模糊控制器12的控制量用于通过走行变频器2和走行电机3控制行车4减速；
PID控制器13接收第一选择单元9输出的位置偏差e，经过PID控制算法输出控制量至第二选择单元14，该PID控制器13的控制量用于通过走行变频器2和走行电机3控制行车4减速；
当e2≤e≤e1时，第二选择单元14将模糊控制器12的控制量输送至走行变频器2，当当前及过去的n个控制周期内e均小于e2时，第二选择单元14将PID控制器13的控制量输送至走行变频器2，其中n为非负整数，e2为由PID控制器13控制的距离，e2根据需要和经验设定，e1＞e2＞e3＞0。
所述模糊控制算法为：对位置偏差e进行模糊处理输出E,对位置偏差的变化率ec进行模糊处理输出EC，根据模糊控制规则得到模糊控制量U，对U进行反模糊化得到实际模糊控制器12的控制量。
所述PID控制算法为增量型PID控制算法，
为k时刻PID控制器13的控制量输出，e(k)为k时刻的位置偏差，Kp、Ki和Kd分别为比例参数、积分参数和微分参数。
本发明的一实施方式使用所述的系统，包括以下步骤：
A.利用距离定位传感器5测量行车4走行的实际距离y；
B.利用求差模块8对行车4走行的实际距离y和设定距离ys进行求差，并输出位置偏差e＝ys-y；
C.当e＞e1时，第一选择单元9对加速控制器11施加激励信号，加速控制器11通过走行变频器2和走行电机3控制行车4加速；当e≤e1时，第一选择单元9将位置偏差e送至减速控制器7，减速控制器7通过走行变频器2和走行电机3控制行车4减速；其中e1为减速距离；
D.当当前及过去的5个控制周期内|e|均小于e3时，即，公式(1)成立时，制动控制器10通过制动器1对行车4进行制动，e3为制动距离。
在步骤C中减速控制器7的模糊控制器12接收第一选择单元9输出的位置偏差e，经过模糊控制算法输出控制量至第二选择单元14，该模糊控制器12的控制量用于通过走行变频器2和走行电机3控制行车4减速；减速控制器7的PID控制器13接收第一选择单元9输出的位置偏差e，经过PID控制算法输出控制量至第二选择单元14，该PID控制器13的控制量用于通过走行变频器2和走行电机3控制行车4减速；当e2≤e≤e1时，第二选择单元14将模糊控制器12的控制量输送至走行变频器2，当当前及过去的5个控制周期内e均小于e2时，即，公式(2)成立时，第二选择单元14将PID控制器13的控制量输送至走行变频器2，e2根据需要和经验设定，一般取值为0.1m，可根据实际情况进行调整，e1＞e2＞e3＞0。
所述模糊控制算法为：对位置偏差e进行模糊处理输出E,对位置偏差的变化率ec进行模糊处理输出EC，根据模糊控制规则得到模糊控制量U，对U进行反模糊化得到实际模糊控制器12的控制量。
行车4位置模糊控制的原理如下，模糊控制主要包含三个过程：模糊化、模糊推理、反模糊化。首先是根据设定值与实际值之间的偏差和偏差的变化率进行模糊化。模糊化的隶属度函数选用三角形函数。根据控制输入的隶属度和模糊控制规则可以得到输出的隶属度，再通过反模糊化得到模糊控制器12的输出。反模糊化采用加权平均化。
位置偏差E、位置偏差的变化率EC、控制量U的模糊论域取{-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5}。位置偏差和速度偏差(位置偏差的变化率)的基本论域为e＝[-emax,emax]，emax为减速距离e1。Δe＝[-Vmax,Vmax],Vmax为行车4的最大走行速度。位置偏差和速度偏差的量化因子分别是控制器输出的基本论域为u＝[umin,umax]，控制器的比例因子实际输出对于行车4umin＝4mA,umax为最大运行速度时对应的控制量。
模糊控制规则如下表1所示。
表1模糊控制规则
所述PID控制算法为增量型PID控制算法，
为k时刻PID控制器13的控制量输出，e(k)为k时刻的位置偏差，Kp、Ki和Kd分别为比例参数、积分参数和微分参数，其具体值通过试凑法等方法确定。
本发明的控制流程图如图3所示。

Claims (4)

1.一种行车定位控制方法，其特征在于，使用行车定位控制系统，其中行车定位控制系统包括制动器(1)、走行变频器(2)和走行电机(3)，所述走行变频器(2)的输出端与走行电机(3)的输入端相连，还包括用于测量行车(4)走行的实际距离y的距离定位传感器(5)；行车控制器(6)，所述行车控制器(6)包括求差模块(8)、第一选择单元(9)、加速控制器(11)、减速控制器(7)、制动控制器(10)，距离定位传感器(5)的输出端与求差模块(8)的输入端相连，求差模块(8)的输出端分别与制动控制器(10)和第一选择单元(9)的输入端相连，制动控制器(10)的输出端与制动器(1)相连，第一选择单元(9)的输出端分别与加速控制器(11)和减速控制器(7)的输入端相连，加速控制器(11)和减速控制器(7)的输出端均与走行变频器(2)相连；
包括以下步骤：
A.利用距离定位传感器(5)测量行车(4)走行的实际距离y；
B.利用求差模块(8)对行车(4)走行的实际距离y和设定距离ys进行求差，并输出位置偏差e＝ys-y；
C.当e＞e1时，第一选择单元(9)对加速控制器(11)施加激励信号，加速控制器(11)通过走行变频器(2)和走行电机(3)控制行车(4)加速；当e≤e1时，第一选择单元(9)将位置偏差e送至减速控制器(7)，减速控制器(7)通过走行变频器(2)和走行电机(3)控制行车(4)减速；其中e1为减速距离；
D.当当前及过去的m个控制周期内|e|均小于e3时，制动控制器(10)通过制动器(1)对行车(4)进行制动，其中m为非负整数，e3为制动距离。
2.如权利要求1所述的行车定位控制方法，其特征在于，所述减速控制器(7)包括模糊控制器(12)、PID控制器(13)和第二选择单元(14)，第一选择单元(9)的输出端分别与减速控制器(7)中的模糊控制器(12)和PID控制器(13)的输入端相连，模糊控制器(12)和PID控制器(13)的输出端均通过第二选择单元(14)与走行变频器(2)相连；
在步骤C中模糊控制器(12)接收第一选择单元(9)输出的位置偏差e，经过模糊控制算法输出控制量至第二选择单元(14)，该模糊控制器(12)的控制量用于通过走行变频器(2)和走行电机(3)控制行车(4)减速；PID控制器(13)接收第一选择单元(9)输出的位置偏差e，经过PID控制算法输出控制量至第二选择单元(14)，该PID控制器(13)的控制量用于通过走行变频器(2)和走行电机(3)控制行车(4)减速；当e2≤e≤e1时，第二选择单元(14)将模糊控制器(12)的控制量输送至走行变频器(2)，当当前及过去的n个控制周期内e的绝对值的均值小于e2时，第二选择单元(14)将PID控制器(13)的控制量输送至走行变频器(2)，其中n为非负整数，e2为由PID控制器(13)控制的距离，e2根据需要和经验设定，e1＞e2＞e3＞0。
3.如权利要求2所述的行车定位控制方法，其特征在于，所述模糊控制算法为：对位置偏差e进行模糊处理输出E,对位置偏差的变化率ec进行模糊处理输出EC，根据模糊控制规则得到模糊控制量U，对U进行反模糊化得到实际模糊控制器(12)的控制量。
4.如权利要求2或3所述的行车定位控制方法，其特征在于，所述PID控制算法为增量型PID控制算法，其中u(k)为k时刻PID控制器(13)的控制量输出，e(k)为k时刻的位置偏差，Kp、Ki和Kd分别为比例参数、积分参数和微分参数。
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李涛.桥式起重机定位控制系统的研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》.2012,(第04期),I104-401. *
游谊.塔式起重机智能防摆控制研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》.2014,(第02期),C029-127. *

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CN105446335A (zh) 2016-03-30

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