CN112068479A - 一种基于伺服电动缸和倾角传感器的自动调平控制系统 - Google Patents

一种基于伺服电动缸和倾角传感器的自动调平控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于伺服电动缸和倾角传感器的自动调平控制系统，包括：伺服电动缸、伺服驱动器、PLC和倾角传感器；三个以上伺服电动缸分别设置在可移动平台的设定位置处，作为执行机构；每个伺服电动缸通过CAN总线与一个伺服驱动器对应连接，伺服驱动器作为控制媒介；所述PLC作为控制中枢，通过CAN总线分别与倾角传感器及三个以上伺服驱动器连接，倾角传感器用于实时监测可移动平台处于触地位的倾角，并反馈给PLC，PLC将倾角信息存储在其地址中；PLC能够根据各个伺服驱动器反馈的对应伺服电动缸的初始伸缩量以及存储在其地址中的倾角信息进行计算，得到各个伺服电动缸的校正伸缩量，并将各个伺服电动缸的校正伸缩量传输给对应伺服驱动器。

Description

一种基于伺服电动缸和倾角传感器的自动调平控制系统
技术领域
本发明涉及调平技术领域，具体涉及一种基于伺服电动缸和倾角传感器的自动调平控制系统。
背景技术
自动调平出现在很多工业制造的电液控制系统(简称电控系统)中，且基本都是安装在固定式设备上，其中，以通过传感器配合液压油缸的调平装置为主，因为液压油缸移动速度快，精度低，因此会导致角度误差较大，很难在高效率下实现自动调平；而可移动式车载调平系统虽然也会用到电控系统，但往往体积较小，对于装备的负载能力也有一定的限制，应用场景有一定的局限性；而通过人工的手动调平方式是：操作人员通过观察操作盒上的倾角传感器测量的X-Y倾角数值，通过观察数值的正负及大小，单独控制一个以上电动缸进行适当的位移调整，当平台的横倾或纵倾小于设定角度(如0.5度)时再进行下一步的作业流程。采用这种方法时，要求操作人员具备丰富的操作经验，而且手动调整平台水平度的工作效率低下。因此需要一个既能应用于移动设备又能满足较大负载工况的自动调平控制系统。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于伺服电动缸和倾角传感器的自动调平控制系统，能够实现可移动平台的自动调平。
本发明的技术方案为：一种基于伺服电动缸和倾角传感器的自动调平控制系统，包括：伺服电动缸、伺服驱动器、PLC和倾角传感器；
三个以上伺服电动缸分别设置在可移动平台的设定位置处，作为执行机构；每个伺服电动缸通过CAN总线与一个伺服驱动器对应连接，伺服驱动器作为控制媒介，用于监控对应的伺服电动缸，进而控制对应伺服电动缸动作，以及监测对应伺服电动缸触地位的初始伸缩量，并反馈给PLC；
所述PLC作为控制中枢，通过CAN总线分别与倾角传感器及三个以上伺服驱动器连接，倾角传感器用于实时监测可移动平台处于触地位的倾角，并反馈给PLC，PLC将倾角信息存储在其地址中；PLC能够根据各个伺服驱动器反馈的对应伺服电动缸的初始伸缩量以及存储在其地址中的倾角信息进行计算，得到各个伺服电动缸的校正伸缩量，并将各个伺服电动缸的校正伸缩量传输给对应伺服驱动器，用于控制对应伺服电动缸伸缩动作，使可移动平台达到设定精度的水平姿态。
优选地，每个所述伺服电动缸内部设置限位开关和绝对值编码器，当伺服电动缸伸缩动作时，带动其内的绝对值编码器进行位置标定，用于检测伺服电动缸的初始伸缩量或调平对应的实际伸缩量，并反馈给对应的伺服驱动器，伺服驱动器能够在伺服电动缸的实际伸缩量达到设定值时，触发限位开关为其限位。
优选地，还包括：遥控器；所述遥控器通过CAN总线与PLC连接，遥控器作为操作端，其上设置自动调平按钮，能够通过PLC控制对应的伺服驱动器，进而控制对应的伺服电动缸的伸缩动作，每个伺服电动缸的初始伸缩量能够依次通过伺服驱动器和PLC反馈到遥控器中，遥控器能够进行实时显示。
优选地，所述遥控器能够读取PLC地址中的倾角信息，进而显示可移动平台的水平姿态。
有益效果：
1、本发明的自动调平控制系统，既结合了伺服电动缸的高精度特点，又结合PLC的使用灵活性和通用性强的特点，对于作为其载体和调节对象的可移动平台的种类以及大小没有太大的限制和要求，也可以根据工况选择合适的伺服电动缸型号，该自动调平控制系统的可移动平台所应用的设备范围比较广泛；既可以解决手动调平带来的操作繁琐、效率低下的问题，又可以实现自动化控制，且调平时间短、智能化程度高，有利于电控设备或车载设备等平台逐渐实现无人化控制。
2、本发明中伺服电动缸内部设置限位开关和绝对值编码器，绝对值编码器能够准确检测伺服电动缸初始伸缩量或校正伸缩量，限位开关能够在伺服电动缸的校正伸缩量达到设定值时，触发限位开关为其限位。
3、本发明中遥控器的设置，能够实现远程一键调平控制，不需要在可移动平台上进行操作，既提高了工作人员操作的便携性，也极大的增加了安全性，且遥控器的操作只需要按键即可实现，很容易上手操作，降低了学习成本。
附图说明
图1为安装有本发明自动调平控制系统的可移动平台的实施例示意图。
图2为本发明自动调平控制系统的组成框图。
图3为本发明自动调平控制系统的控制原理图。
图4为本发明中PID调节闭环的原理示意图。
图5为本发明中动态水平姿态控制环的原理示意图。
其中，1-伺服电动缸，2-伺服驱动器，3-PLC，4-遥控器，5-倾角传感器。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种基于伺服电动缸和倾角传感器的自动调平控制系统，能够实现可移动平台的自动调平。
如图1所示，该自动调平控制系统安装于可移动平台(电控设备或车载设备等平台)上，如图2所示，该自动调平控制系统包括：伺服电动缸1、伺服驱动器2、PLC3(指可编程逻辑控制器，本实施例所采用的型号为TD8020，具有可靠性高、性能稳定、运行速度快等优点)、遥控器4和倾角传感器5(采用双轴倾角传感器，本实施例中双轴指X轴和Y轴)。
如图3-5所示，该自动调平控制系统的连接关系为：四个伺服电动缸1分别设置在可移动平台的设定位置处，作为自动调平控制系统的执行机构(即作为可调节支腿)；每个伺服电动缸1通过CAN总线与一个伺服驱动器2对应连接，伺服驱动器2作为控制媒介，用于监控对应的伺服电动缸1，即控制对应伺服电动缸1动作，以及检测对应伺服电动缸1动作的速度和伸缩量(伸出量或缩回量)等数据；其中，每个伺服电动缸1内部设置限位开关和绝对值编码器，当伺服电动缸1伸出或缩回时，带动绝对值编码器进行位置标定(通过圈数来记录伺服电动缸1的伸缩量)，用于检测伺服电动缸1的速度和伸缩量(初始伸缩量或实际伸缩量)，并能够反馈给对应的伺服驱动器2，伺服驱动器2以预设伸缩量反馈给PLC3，PLC3能够根据伺服电动缸1的伸缩量判断其是否达到上下限位，当达到上下限位时，触发限位开关为其限位，以保证伺服电动缸1的伸缩量不超过伺服驱动器2预设伸缩量；
PLC3作为控制中枢，通过CAN总线分别与遥控器4、倾角传感器5及两个以上伺服驱动器2连接；倾角传感器5(可以安装在可移动平台角度变化较为明显的位置处)用于实时监测可移动平台相对于水平状态的倾斜角度(即倾角)信息，并通过CAN总线反馈给PLC3，PLC3将倾角信息存储在其地址中；PLC3能够根据伺服驱动器2反馈的各个伺服电动缸1的初始伸缩量和实际伸缩量以及存储在其地址中的倾角信息进行计算，得到各个伺服电动缸1的校正伸缩量，并将各个伺服电动缸1的校正伸缩量传输给对应伺服驱动器2，用于控制对应伺服电动缸1的伸缩动作，使可移动平台达到设定精度的水平姿态；
遥控器4作为操作端，其上设置的自动调平按钮，能够通过PLC3控制对应的伺服驱动器2，进而控制对应的伺服电动缸1的伸缩动作，每个伺服电动缸1的伸缩量能够依次通过伺服驱动器2和PLC3反馈到遥控器4中，以便于遥控器4实时显示四个伺服电动缸1的伸缩量；遥控器4能够读取PLC3地址中的倾角信息，以便于显示可移动平台的水平姿态信息(水平度及倾角信息)；
该自动调平控制系统的工作原理为：在可移动平台作业过程中，由于可移动平台移动到特定位置且处于结构支撑状态时会产生一定的倾角，而可移动平台在后续作业过程中需要一个水平或接近水平状态的位置作为技术条件，此时可移动平台的自动调平控制成为亟待解决的问题；
自动调平控制是通过控制设置在可移动平台四个不同位置处的伺服电动缸1的伸出量，以达到四个伺服电动缸1之间水平度的自动调整，从而使整个可移动平台达到水平或接近水平的状态(取决于可移动平台水平度的精度)；自动调平控制的动作主要发生在四个伺服电动缸1伸出并触地以后；
在自动调平控制前，由于四个伺服电动缸1触地位的初始伸缩量不同，导致四个伺服电动缸1的高度不一致，进而造成可移动平台倾斜，且存在不同倾角的倾斜情况，即倾角传感器5测量的倾角值可能出现以下四种情况：①(X，Y)②(-X，Y)③(X，-Y)④(-X，-Y)，其中X、Y均为非负数，对应为四个伺服电动缸1分别伸出量最大情况下可移动平台的倾角信息，因此每个伺服电动缸1的伸缩量都是影响可移动平台倾角信息的关键因素；
每个伺服电动缸1对应一个PID调节闭环，每个PID调节闭环由倾角传感器5、PLC3、伺服驱动器2和伺服电动缸1形成；
根据每种倾角值的情况可以判断伸缩量最大的伺服电动缸1在可移动平台上所处的位置，此时，伺服驱动器2将该伺服电动缸1以及其他伺服电动缸1的伸缩量信息反馈给PLC3，然后通过PID调节闭环，将可移动平台的倾角信息转换成其中一个伺服电动缸1的伸缩量，并乘以设定的比例系数，形成一个附加补偿值，作为校正伸缩量，以修正公式表达如下：
Sout＝Sin+KΔx，其中，Sout为伺服电动缸1的校正伸缩量，Sin为达到触地位后伺服电动缸1的初始伸缩量，K为比例系数，Δx为修正位移；
通过PLC3的调平算法计算得出差值最大的伺服电动缸1需要的校正伸缩量，将此数值传输给伺服驱动器2，伺服驱动器2控制伺服电动缸1伸出对应的预设伸缩量，使可移动平台达到动态水平姿态；
对于任意一个PID调节闭环，当可移动平台上的倾角传感器5测量出可移动平台的横倾或纵倾角度超过设定值(如1度)时，按下遥控器4上的自动调平按钮，遥控器4发出触发指令，PLC3接收到遥控器4的触发指令后，向伺服驱动器2发出伸缩指令；同时，伺服驱动器2将采集到的伺服电动缸1的初始伸缩量或实际伸缩量反馈给PLC3，PLC3通过对伺服电动缸1的初始伸缩量或实际伸缩量进行分析计算，以及将其地址中存储的倾角信息按照预设的调平算法进行计算，然后将计算处理得到的各个伺服电动缸1需要的校正伸缩量传输给伺服驱动器2，并由伺服驱动器2向伺服电动缸1下达伸缩信号(包括伸缩量和方向)，伺服电动缸1结合伸缩指令和伸缩信号进行调平控制；当将当前的伺服电动缸1调整到设定位置后，PLC3会继续读取调整后可移动平台的倾角信息，并判断是否满足调平的倾角要求，满足则进入下一步作业，不满足则继续进行计算和调整，每次可移动平台上对应的伺服电动缸1移动后都会选择高度差最大的那一个伺服电动缸1(以伸缩量最大的伺服电动缸1为基准，伸缩量最小的伺服电动缸1的高度差最大)，这样四台伺服电动缸1会不断地进行调整并通过伺服驱动器2向PLC3反馈伸缩量，而PLC3则根据对倾角信息和伸缩量的判断不断进行计算和调整，直至可移动平台的水平度达到设定的精度；
具体地，该自动调平控制系统的控制方法为：
第一步：当可移动平台处于移出状态时，操作遥控器4来控制四台伺服电动缸1伸出到触地位，此时遥控器4的显示屏会显示到位信息；
第二步：通过安装在可移动平台上的倾角传感器5检测可移动平台的倾角信息，并反馈给遥控器4，遥控器4的显示屏上能够显示此时可移动平台X轴和Y轴的倾角信息，判断可移动平台是否处于水平状态，能否满足下一步的作业要求，满足则进行下一步作业，不满足则转入第三步；
第三步：按动遥控器4上的自动调平按钮，PLC3开始对可移动平台的倾角信息和各个伺服电动缸1的伸缩量进行判断和计算，计算得到校正伸缩量，并传输给伺服驱动器2；
当开始自动调平操作时，倾角传感器5将其检测的可移动平台的倾角信息发送到PLC3中，PLC3进行逻辑判断并读取处于触地位状态下的各个伺服电动缸1的绝对值编码器反馈来的数值，PLC3结合角度的正负判断各个伺服电动缸1的伸缩量及方向，并计算每个伺服电动缸1需要的校正伸缩量，进而将各个校正伸缩量逐一发送给对应的伺服驱动器2中，从而控制对应伺服电动缸1执行这个校正伸缩量，直至完成可移动平台的自动调平，此时，遥控器4的显示屏会随之显示自动调平状态为：已完成。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于伺服电动缸和倾角传感器的自动调平控制系统，其特征在于，包括：伺服电动缸(1)、伺服驱动器(2)、PLC(3)和倾角传感器(5)；
三个以上伺服电动缸(1)分别设置在可移动平台的设定位置处，作为执行机构；每个伺服电动缸(1)通过CAN总线与一个伺服驱动器(2)对应连接，伺服驱动器(2)作为控制媒介，用于监控对应的伺服电动缸(1)，进而控制对应伺服电动缸(1)动作，以及监测对应伺服电动缸(1)触地位的初始伸缩量，并反馈给PLC(3)；
所述PLC(3)作为控制中枢，通过CAN总线分别与倾角传感器(5)及三个以上伺服驱动器(2)连接，倾角传感器(5)用于实时监测可移动平台处于触地位的倾角，并反馈给PLC(3)，PLC(3)将倾角信息存储在其地址中；PLC(3)能够根据各个伺服驱动器(2)反馈的对应伺服电动缸(1)的初始伸缩量以及存储在其地址中的倾角信息进行计算，得到各个伺服电动缸(1)的校正伸缩量，并将各个伺服电动缸(1)的校正伸缩量传输给对应伺服驱动器(2)，用于控制对应伺服电动缸(1)伸缩动作，使可移动平台达到设定精度的水平姿态。
2.如权利要求1所述的基于伺服电动缸和倾角传感器的自动调平控制系统，其特征在于，每个所述伺服电动缸(1)内部设置限位开关和绝对值编码器，当伺服电动缸(1)伸缩动作时，带动其内的绝对值编码器进行位置标定，用于检测伺服电动缸(1)的初始伸缩量或调平对应的实际伸缩量，并反馈给对应的伺服驱动器(2)，伺服驱动器(2)能够在伺服电动缸(1)的实际伸缩量达到设定值时，触发限位开关为其限位。
3.如权利要求1所述的基于伺服电动缸和倾角传感器的自动调平控制系统，其特征在于，还包括：遥控器(4)；所述遥控器(4)通过CAN总线与PLC(3)连接，遥控器(4)作为操作端，其上设置自动调平按钮，能够通过PLC(3)控制对应的伺服驱动器(2)，进而控制对应的伺服电动缸(1)的伸缩动作，每个伺服电动缸(1)的初始伸缩量能够依次通过伺服驱动器(2)和PLC(3)反馈到遥控器(4)中，遥控器(4)能够进行实时显示。
4.如权利要求3所述的基于伺服电动缸和倾角传感器的自动调平控制系统，其特征在于，所述遥控器(4)能够读取PLC(3)地址中的倾角信息，进而显示可移动平台的水平姿态。
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