CN115014693B - 一种大型风洞试验段车轮控制方法 - Google Patents

一种大型风洞试验段车轮控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种大型风洞试验段车轮控制方法，属于车轮控制技术领域。包括车轮纠偏方法、车轮定位方法和车轮转向方法；所述车轮纠偏方法为判断不同车轮轮缘与钢轨的缝隙偏差是否在允许的误差范围内，若超出预先设定的误差范围，则通过调整不同车轮的速度对应关系实现车轮纠偏控制；所述车轮定位方法为判断试验段到定位柱的距离偏差是否在允许的误差范围内，若超出预先设定的误差范围，则通过调整不同车轮的速度对应关系实现车轮定位控制；所述车轮转向方法通过耦合控制和扭矩设定方式实现车轮转向。本发明解决了现有技术中存在的试验段车轮和轨道磨损大、试验效率低的技术问题的同时，保证了试验段车轮转向的过程中各个车轮同时转动到位。

Description

一种大型风洞试验段车轮控制方法
技术领域
本申请涉及车轮控制方法，尤其涉及一种大型风洞试验段车轮控制方法，属于车轮控制技术领域。
背景技术
在大型风洞试验段移动过程中，因为负载不平衡及两个轨道和车轮的摩擦力不同，试验段在轨道上行进过程中，极易造成试验段偏离预设运动方向，进而造成轮缘侧面与轨道发生摩擦的现象，长时间运行会造成试验段车轮和轨道不必要的磨损，影响试验效率。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，为解决现有技术中存在的试验段车轮和轨道磨损大、试验效率低的技术问题，本发明提供一种大型风洞试验段车轮控制方法。
一种大型风洞试验段车轮控制方法，包括车轮纠偏方法、车轮定位方法和车轮转向方法；
所述车轮纠偏方法为在垂直于试验段前进方向的两个车轮支架上安装左激光位移传感器和右激光位移传感器，判断左车轮和右车轮轮缘与左轨道和右轨道的缝隙偏差是否在允许的误差范围内，若超出预先设定的误差范围，则通过调整不同车轮的速度对应关系实现车轮纠偏控制；若未超出预先设定的误差范围，不做动作；
所述车轮定位方法为在试验段前进方向竖直面与左定位柱和右定位柱的相对处安装有左竖直立面激光位移传感器和右竖直立面激光位移传感器，判断试验段到左定位柱和右定位柱的距离偏差是否在允许的误差范围内，若超出预先设定的误差范围，则通过调整左车轮和右车轮的速度对应关系实现车轮定位控制；若未超出预先设定的误差范围，不做动作；
所述车轮转向方法通过耦合控制和扭矩设定方式实现车轮转向，耦合控制的方法是：设定虚拟主动轴，使各个车轮转向电机作为从动轴，跟随主动轴运动；
扭矩设定方式为设置扭矩保护值小于电机的额定扭矩。
优选的，所述车轮纠偏方法具体为：
设左激光位移传感器距离左车轮外轮缘测量点的距离为
Figure 641881DEST_PATH_IMAGE001
，设右激光位移传感器距离右车轮外轮缘测量点的距离为
Figure 120267DEST_PATH_IMAGE002
；左激光位移传感器距离左轨道测量点的距离为
Figure 967000DEST_PATH_IMAGE003
，右激光位移传感器距离右轨道测量点的距离为
Figure 239850DEST_PATH_IMAGE004
；若左车轮和右车轮相对左轨道和右轨道没有沿轴向位移，则
Figure 404990DEST_PATH_IMAGE005
为左车轮轮缘与左轨道的间距，
Figure 687066DEST_PATH_IMAGE006
为右车轮轮缘与右轨道的间距；
设车轮的两个轮缘距离为
Figure 122727DEST_PATH_IMAGE007
，轨道宽度为
Figure 832057DEST_PATH_IMAGE008
，轮缘厚度为
Figure 218914DEST_PATH_IMAGE009
，则轨道在车轮中间时，轮缘与轨道边缘距离为
Figure 39102DEST_PATH_IMAGE010
；
设允许误差为e，e为一个大于0的常数；
当
Figure 860428DEST_PATH_IMAGE011
时，试验段左偏，向右调节车轮，则左侧车轮与右侧车轮速度比为1：
Figure 6238DEST_PATH_IMAGE012
；
当
Figure 381856DEST_PATH_IMAGE013
时，试验段右偏，向左调节车轮，左侧车轮与右侧车轮速度比为
Figure 504270DEST_PATH_IMAGE014
：1；
当
Figure 180102DEST_PATH_IMAGE015
且
Figure 965656DEST_PATH_IMAGE016
时，试验段车轮与轨道的偏移在允许误差范围内，左侧车轮与右侧车轮速度比为1:1。
优选的，所述车轮定位方法为具体为：
设激光位移传感器量程为
Figure 94149DEST_PATH_IMAGE017
，当试验段移动至
Figure 256140DEST_PATH_IMAGE018
范围内，m为常数，取值为5，单位为毫米，试验段自动停止，当再次启动试验段时，试验段按照恒定速度运动至距离定位柱设定距离以内，在试验段前进过程中，通过左竖直立面激光位移传感器和右竖直立面激光位移传感器测量得到的试验段距离左定位柱和右定位柱的距离自动定位，设试验段距离左定位柱和右定位柱的距离分别是
Figure 574030DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 796064DEST_PATH_IMAGE020
，试验段到左定位柱和右定位柱的距离允许的差值为
Figure 411853DEST_PATH_IMAGE021
；
当
Figure 111956DEST_PATH_IMAGE022
时，说明试验段右侧距离右定位柱近，加快左侧车轮运动速度抵消位移差，调整左侧车轮与右侧车轮速度比为1：0.9或根据实际情况整定的一个大于的比值；
当
Figure 496801DEST_PATH_IMAGE023
时，说明试验段左侧距离左定位柱近，加快右侧车轮运动速度抵消位移差，调整左侧车轮与右侧车轮速度比0.9：1或整定的一个小于1的比值。
当
Figure 653850DEST_PATH_IMAGE024
时，说明试验段左侧和右侧与左定位柱和右定位柱的距离在允许误差内，设定左车轮与右车轮速度比1：1。
优选的，当
Figure 491356DEST_PATH_IMAGE025
时，试验段左偏，向右调节车轮，则左侧车轮与右侧车轮速度比取典型值1:0.9。
优选的，当
Figure 260729DEST_PATH_IMAGE026
时，试验段1右偏，向左调节车轮，则左侧车轮与右侧车轮速度比取典型值0.9：1。
Figure 500081DEST_PATH_IMAGE027
Figure 329497DEST_PATH_IMAGE028
本发明的有益效果如下：本发明解决了现有技术中存在的试验段车轮和轨道磨损大、试验效率低的技术问题的同时，保证了试验段车轮转向的过程中各个车轮同时转动到位，当车轮转动超过设定扭矩时报错并及时停止，并可在系统界面上提醒操作人员注意，简化了系统的控制，减少试验段车轮和轨道不必要的磨损，提高试验效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为试验段车轮移动原理示意图；
图2为左侧车轮示意图；
图3为右侧车轮示意图；
图4为试验段精确定位原理俯视示意图。
其中，1-试验段，2-左车轮，3-右车轮，4-左轨道，5-右轨道，6-左激光位移传感器，7-右激光位移传感器，8-左竖直立面激光位移传感器，9-右竖直立面激光位移传感器，10-左定位柱，11-右定位柱。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1、参照图1-图4说明本实施方式，一种大型风洞试验段车轮控制方法，包括车轮纠偏方法、车轮定位方法和车轮转向方法；
所述车轮纠偏方法为在垂直于试验段前进方向的两个车轮支架上安装左激光位移传感器6和右激光位移传感器7，判断左车轮2和右车轮3轮缘与左轨道4和右轨道5的缝隙偏差是否在允许的误差范围内，若超出预先设定的误差范围，则通过调整不同车轮的速度对应关系实现车轮纠偏控制；若未超出预先设定的误差范围，不做动作；
试验段1前进方向左车轮2和右车轮3分别置于左轨道4和右轨道5之上，左激光位移传感器6和右激光位移传感器7安装在垂直于试验段前进方向左车轮2和右车轮3支架上；
所述车轮纠偏方法具体为：
设左激光位移传感器6距离左车轮2外轮缘测量点的距离为
Figure 152834DEST_PATH_IMAGE029
，设右激光位移传感器7距离右车轮3外轮缘测量点的距离为
Figure 460318DEST_PATH_IMAGE030
；左激光位移传感器6距离左轨道4测量点的距离为
Figure 554176DEST_PATH_IMAGE031
，右激光位移传感器7距离右轨道5测量点的距离为
Figure 554493DEST_PATH_IMAGE032
；若左车轮2和右车轮3相对左轨道4和右轨道5没有沿轴向位移，则
Figure 865127DEST_PATH_IMAGE033
为左车轮2轮缘与左轨道4的间距，
Figure 976302DEST_PATH_IMAGE034
为右车轮3轮缘与右轨道5的间距；
设车轮的两个轮缘距离为
Figure 190246DEST_PATH_IMAGE035
，轨道宽度为
Figure 95885DEST_PATH_IMAGE036
，轮缘厚度为
Figure 395279DEST_PATH_IMAGE037
，则轨道在车轮中间时，轮缘与轨道边缘距离为
Figure 277522DEST_PATH_IMAGE038
；
设允许误差为e，e为一个大于0的常数；
当
Figure 611552DEST_PATH_IMAGE039
时，试验段左偏，向右调节车轮，则左侧车轮与右侧车轮速度比为1：
Figure 953671DEST_PATH_IMAGE040
或左侧车轮与右侧车轮速度比取典型值1:0.9；
当
Figure 5941DEST_PATH_IMAGE041
时，试验段右偏，向左调节车轮，左侧车轮与右侧车轮速度比为
Figure 193340DEST_PATH_IMAGE042
：1或左侧车轮与右侧车轮速度比取典型值0.9：1；
当
Figure 614832DEST_PATH_IMAGE015
且
Figure 393432DEST_PATH_IMAGE016
时，试验段车轮与轨道的偏差在允许误差范围内，左侧车轮与右侧车轮速度比为1:1。
所述车轮定位方法为在试验段1前进方向竖直面与左定位柱10和右定位柱11的相对处安装有左竖直立面激光位移传感器8和右竖直立面激光位移传感器9，判断试验段1到左定位柱10和右定位柱11的距离偏差是否在允许的误差范围内，若超出预先设定的误差范围，则通过调整左车轮2和右车轮3的速度对应关系实现车轮定位控制；若未超出预先设定的误差范围，不做动作；
所述车轮定位方法具体为：
设激光位移传感器量程为
Figure 667418DEST_PATH_IMAGE043
，当试验段移动至
Figure 658508DEST_PATH_IMAGE044
范围内，m为常数，取值为5，单位为毫米，试验段1自动停止，当再次启动试验段时，试验段1按照恒定速度运动至距离定位柱设定距离以内，在试验段前进过程中，通过左竖直立面激光位移传感器8和右竖直立面激光位移传感器9测量得到的试验段1距离左定位柱10和右定位柱11的距离自动定位，设试验段距离左定位柱和右定位柱的距离分别是
Figure 701550DEST_PATH_IMAGE045
和
Figure 884008DEST_PATH_IMAGE046
，试验段到左定位柱和右定位柱的距离允许的差值为
Figure 379711DEST_PATH_IMAGE047
；
当
Figure 174492DEST_PATH_IMAGE048
时，说明试验段1右侧距离右定位柱11近，加快左侧车轮运动速度抵消位移差，调整左侧车轮与右侧车轮速度比为1：0.9或整定的一个大于1的比值；
当
Figure 72041DEST_PATH_IMAGE049
时，说明试验段1左侧距离左定位10柱近，加快右侧车轮运动速度抵消位移差，调整左侧车轮与右侧车轮速度比0.9：1或整定的一个小于1的比值。
当
Figure 926864DEST_PATH_IMAGE050
时，说明试验段1左侧和右侧与左定位柱10和右定位柱11的距离在允许误差内，设定左车轮1与右车轮2速度比1：1；因为试验段为大型设备，惯量较大，这种方式可以保证试验段每次移动到位后左右侧距离定位柱的距离在允许误差范围内，可保证设备安全和定位精度。
所述车轮转向方法通过耦合控制和扭矩设定方式实现车轮转向，耦合控制的方法是：通过设定虚拟主动轴，使各个车轮转向电机作为从动轴，跟随主动轴运动，确保各个车轮可以同步运动到位。扭矩设定方式为设置扭矩保护值小于电机的额定扭矩。
具体的，实际使用过程中，扭矩保护的典型值可取电机额定扭矩的80%。
设置扭矩保护值小于电机的额定扭矩既可以保护电机和驱动系统，也可以延长车轮旋转机构、电机及驱动系统的使用寿命。通过耦合控制和扭矩设定方式，保证4个试验段车轮可以同时转动到位，当有一个车轮没有到位或扭矩超限时，会提示错误。
本发明的工作原理：
本实施例包括车轮纠偏方法、车轮定位方法和车轮转向方法；
所述车轮纠偏方法通过左激光位移传感器6和右激光位移传感器7，判断左车轮2和右车轮3轮缘与左轨道4和右轨道5的缝隙偏差是否在允许的误差范围内，通过调整不同车轮的速度对应关系实现车轮纠偏控制；
所述车轮定位方法在试验段前进过程中通过左竖直立面激光位移传感器8和右竖直立面激光位移传感器9，判断试验段到定位柱的距离误差是否在允许的误差范围内，通过调整不同车轮的速度对应关系实现车轮定位控制；
所述车轮转向方法通过耦合控制和扭矩设定方式实现车轮转向；通过本实施例的控制方法不仅解决了现有技术中存在的试验段车轮和轨道磨损大、试验效率低的技术问题还具有操作简单、易操作的效果。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (3)

1.一种大型风洞试验段车轮控制方法，其特征在于，包括车轮纠偏方法、车轮定位方法和车轮转向方法；
所述车轮纠偏方法为在垂直于试验段前进方向的两个车轮支架上安装左激光位移传感器和右激光位移传感器，判断左车轮与左轨道的缝隙偏差和右车轮轮缘与右轨道的缝隙偏差是否在允许的误差范围内，若超出预先设定的误差范围，则通过调整不同车轮的速度对应关系实现车轮纠偏控制；若未超出预先设定的误差范围，不做动作；
所述车轮定位方法为在试验段前进方向竖直面与左定位柱和右定位柱相对处安装有左竖直立面激光位移传感器和右竖直立面激光位移传感器，判断试验段到左定位柱和右定位柱的距离偏差是否在允许的误差范围内，若超出预先设定的误差范围，则通过调整左车轮和右车轮的速度对应关系实现车轮定位控制；若未超出预先设定的误差范围，不做动作；
所述车轮转向方法通过耦合控制和扭矩设定方式实现车轮转向，耦合控制的方法是：设定虚拟主动轴，使各个车轮转向电机作为从动轴，跟随主动轴运动；
扭矩设定方式为设置扭矩保护值小于电机的额定扭矩；
所述车轮纠偏方法具体为：
设左激光位移传感器距离左车轮外轮缘测量点的距离为d10，设右激光位移传感器距离右车轮外轮缘测量点的距离为d20；左激光位移传感器距离左轨道测量点的距离为d1，右激光位移传感器距离右轨道测量点的距离为d2；若左车轮和右车轮相对左轨道和右轨道没有沿轴向位移，则d1-d10为左车轮轮缘与左轨道的间距，d2-d20为右车轮轮缘与右轨道的间距；
设车轮的两个轮缘距离为l1，轨道宽度为l2，轮缘厚度为l0，则轨道在车轮中间时，轮缘与轨道边缘距离为(l1-l2)/2；
设允许误差为e，e为一个大于0的常数；
当[(d1-d10)-(l1-l2)/2-l0]＞e时，试验段左偏，向右调节车轮，则左侧车轮与右侧车轮速度比为
Figure FDA0003865288870000011
当[(d2-d20)-(l1-l2)/2-l0]＞e时，试验段右偏，向左调节车轮，左侧车轮与右侧车轮速度比为
Figure FDA0003865288870000021
当[(d1-d10)-(l1-l2)/2-l0]≤e且[(d2-d20)-(l1-l2)/2-l0]≤e时，试验段车轮与轨道的偏移在允许误差范围内，左侧车轮与右侧车轮速度比为1∶1；
所述车轮定位方法为具体为：
设激光位移传感器量程为l50，当试验段移动至l50-m范围内，m取值为5，单位为毫米，试验段自动停止，当再次启动试验段时，试验段按照恒定速度运动至距离定位柱设定距离以内，在试验段前进过程中，通过左竖直立面激光位移传感器和右竖直立面激光位移传感器测量得到的试验段距离左定位柱和右定位柱的距离自动定位，设试验段距离左定位柱和右定位柱的距离分别是l3和l4，试验段到左定位柱和右定位柱的距离允许的差值为e2；
当l3-l4＞e2时，说明试验段右侧距离右定位柱近，加快左侧车轮运动速度抵消位移差，调整左侧车轮与右侧车轮速度比为1∶0.9或整定一个大于1的比值；
当l4-l3＞e2时，说明试验段左侧距离左定位柱近，加快右侧车轮运动速度抵消位移差，调整左侧车轮与右侧车轮速度比0.9∶1或整定一个小于1的比值；
当|l3-l4|≤e2时，说明试验段左侧和右侧与左定位柱和右定位柱的距离在允许误差内，设定左车轮1与右车轮速度比1∶1。
2.根据权利要求1所述的一种大型风洞试验段车轮控制方法，其特征在于，当[(d1-d10)-(l1-l2)/2-l0]＞e时，试验段左偏，向右调节车轮，则左侧车轮与右侧车轮速度比取典型值1∶0.9。
3.根据权利要求1所述的一种大型风洞试验段车轮控制方法，其特征在于，当[(d2-d20)-(11-l2)/2-10]＞e时，试验段右偏，向左调节车轮，则左侧车轮与右侧车轮速度比取典型值0.9∶1。
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