CN115447997A - 一种装车站溜槽自适应装载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种装车站溜槽自适应装载方法，包括：构建模型；输入期望摆角；监控放料过程；计算偏差；自适应计算；跟踪调整。本发明通过溜槽角度传感器可以获取实时角度，采用模型参考自适应方法，引入一个响应较好的溜槽模型作为参考，使测得角度与参考模型的输出角度进行比较，即可实时获取到受外部干扰后的溜槽运动状态，将该偏差输入到自适应机构模块，通过自适应调节律自动更改控制器参数，使系统跟随参考模型的输出，在自适应律作用下能够很快恢复到原来的稳定值，对负载变化具有较强的自适应能力，且能保证良好的跟踪性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种装车站溜槽自适应装载方法，是一种运输机械的自动运行方法，是一种铁路运输散装物料的自动化装载方法。
背景技术
快速装车站在铁路运输中起着至关重要的作用，随着货运物料的种类逐渐多样化，对于装车系统就提出了更高的要求，由于装载的物料特性不同和物料流动性的影响，具备卸料功能的溜槽负载则会存在一定变化和波动，目前多采用传统PID控制方式，该方式的缺点是需要有一个准确的模型来描述系统的动态，通常是由精通计算机和装车站专业人士按照一组规则设置控制参数，而对于装载负载范围变化较大且时变的物料，就需要重新调整PID参数，此时如果没有人为干预，控制器参数就不能自主根据负载调节。这意味着负载的变化或对溜槽机构的任何修改都需要更新模型和随后更新控制器参数，这是一个耗时且成本增加的过程。如果不对控制参数进行更新，会导致轨迹跟踪精度降低，牵引绳索上的张力会存在不合理的情况，长此以往，易导致钢丝绳断绳，降低绳索的使用寿命。因此，如何能够适应负载变化的溜槽自适应控制是一个需要解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种装车站溜槽自适应装载方法。所述的方法通过建立一个响应较好的参考模型来获得实际过程中输出的偏差信号，进而可以表达出控制的性能和质量，基于此来调整控制参数。不仅可保证溜槽控制过程稳定，而且可减小跟踪误差，使溜槽对负载变化具有较强的自适应能力。
本发明的目的是这样实现的：一种装车站溜槽自适应装载方法，所述方法所使用的系统包括：安装在装车站摆动溜槽上的角度传感器和张力传感器、溜槽驱动机构、控制平台；所述的控制平台设有溜槽控制器、人机交互界面、跟踪监测装置、自适应调整机构、参考模型、溜槽模型，所述的方法包括如下步骤：
步骤1，构建模型：构建溜槽模型和构建参考模型：
构建溜槽模型：建立摆动溜槽的运动和动力学模型，模拟溜槽在多种状态下受物料流动对溜槽生成的载荷特征；
构建参考模型：根据以往的装车过程，建立溜槽放下角度数据和溜槽驱动机构所承受的张力数据参考模型；
步骤2，输入期望摆角：依照期望的溜槽动作任务，在人机交互界面中输入期望摆角，或根据装车的散料特性、以及车厢型号、尺寸计算出期望摆角；
步骤3，监控放料过程：在溜槽放下时，通过角度传感器和张力传感器对溜槽放下的角度和吊件的张力进行轮询监测；
步骤4，计算偏差：当前摆角输入至溜槽控制器和参考模型，参考模型输出比较当前摆角、期望摆角，并根据当前时段模型中的摆角修正值计算偏差e；
步骤5，自适应计算：利用偏差e和溜槽模型计算自适应控制率，利用溜槽模型模拟当前装车运行，并回到步骤4再次计算偏差，经反复计算使偏差e趋近于零；
步骤6，跟踪调整：将自适应控制率输出至溜槽控制器，进而启动溜槽驱动机构调整溜槽升降，实施溜槽的跟踪；
从溜槽放下开始放料至溜槽升起停止方案，不断重复步骤3-5，实现溜槽装车过程的自适应调整。
进一步的，所述的自适应调整的方法包括：当所述溜槽模型的状态变量全部可测时，采用参考和实际状态方程对应部分相等得到自适应控制率，利用该规律使实际系统输出与参考模型输出误差趋近于零。
进一步的，所述的自适应调整的方法包括：当所述溜槽模型的状态变量获取困难时，利用溜槽模型的输入-输出量设计自适应控制率，设计可调参数与系统未知时变参数数量相同，利用辅助信号产生器解决可用信息不足的问题，进而得到自适应调节规律。
本发明的优点和有益效果是：本发明通过溜槽角度传感器可以获取实时角度，采用模型参考自适应方法，引入溜槽模型作为参考，使测得角度与参考模型的输出角度进行比较，即可实时获取到受外部干扰后的溜槽运动状态，将该偏差输入到自适应机构模块，通过自适应调节律自动更改控制器参数，使系统跟随参考模型的输出，在自适应律作用下能够很快恢复到原来的稳定值，对负载变化具有较强的自适应能力，且能保证良好的跟踪性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一所述方法所使用的系统原理图；
图2是本发明实施例一所述方法流程图。
具体实施方式
实施例一：
本实施例是一种装车站溜槽自适应装载方法，所述方法所使用的系统，如图1所示。这一系统包括：安装在装车站摆动溜槽1上的角度传感器2和张力传感器3、溜槽驱动机构4、控制平台5；所述的控制平台设有溜槽控制器、人机交互界面、跟踪监测装置、自适应调整机构、参考模型、溜槽模型。
角度传感器用于监测摆动溜槽的下降或升起的角度，可以安装在摆动溜槽的摆动轴上。而张力传感器用于监测摆动溜槽驱动机构上的张力，所述的溜槽驱动机构是指带动溜槽摆动部分下降或上升的油缸或钢丝绳和绞车。张力传感器可以安装在钢丝绳上，或钢丝绳、油缸与溜槽升降部分的连接件上。通过角度传感器和张力传感器实时检测及反馈，控制平台的自适应调整机构实现人机的远程控制及监控，使溜槽驱动装置输出驱动信号，最终完成溜槽在外界干扰及时变负载工况下仍准确稳定地跟踪用户设定的输入。溜槽控制器可以是PID控制室，用于提供低级控制回路，而自适应调整机构充当更高级别的层，为较低级别的控制提供自适应性调节。
所述的方法的具体步骤如下，流程见图2所示：
步骤1，构建模型：构建溜槽模型和构建参考模型：
构建溜槽模型：建立摆动溜槽的运动和动力学模型，模拟溜槽在多种状态下受物料流动对溜槽生成的载荷特征。
构建参考模型：根据以往的装车过程，建立溜槽放下角度数据和溜槽驱动机构所承受的张力数据参考模型。
参考数据模型与溜槽模型的区别在参考模型主要关注的是溜槽放下的角度参数和溜槽驱动机构所承受的张力数据，而溜槽模型关注的是溜槽的运动位置和和各个运动位置的各部位所承受的载荷。溜槽模型可以是传统的PID控制模型。两个模型即相关又侧重点不同，溜槽模型主要模拟溜槽放下的某个位置，而参考模型模拟溜槽在这个位置时角度参数和溜槽驱动机构所承受的张力数据，这两个数据的数据组可以用曲线或图表表达。构建参考模型所使用的数据可以是以往人工操作时所积累的溜槽放下角度和张力数据，以及在放料过程中不断调整的调整数据，也可以是在自适应调整机构在长时间的生产实践中所积累的数据。因此可以在控制平台中设置自适应模型学习装置，对各种散料的特性和溜槽放下数据进行不断的学习和积累，最终使标准模型更加完善。
步骤2，输入期望摆角：依照期望的溜槽动作任务，在人机交互界面中输入期望摆角，或根据装车的散料特性、以及车厢型号、尺寸计算出期望摆角。
期望摆角是指摆动溜槽在放料时不考虑冲击、物料载荷的情况下，所需要溜槽下降的摆动角度，这个角度通常与放料速度相关，并影响溜槽在放料过程中所承受的物料重量的大小。摆动角度大（溜槽接近竖直），则承受的物料重量小，如果溜槽完全竖直，物料直接下落，则溜槽完全不承受物料的重量。反之，溜槽摆动角度较小，下滑的物料就有可能堆积在溜槽中，使溜槽承担一部分物料的重量。在通常情况下，为放料均匀装载一节火车车厢的过程中溜槽放下的角度应当是不变的，但在实际情况下由于物料对溜槽的冲击，溜槽中堆积的物料重量等因素，在溜槽放料过程中，摆动角度会不断变化（主要是变大），因此需要不断调整。
步骤3，监控放料过程：在溜槽放下时，通过角度传感器和张力传感器对溜槽放下的角度和吊件的张力进行轮询监测。
期望摆角输入控制平台，车厢到达装料工位之后，溜槽放下开始放料，同时控制平台对角度传感器和张力传感器的数据进行轮询采集。开始放料是由于是初始，溜槽放下的角度根据期望摆角放下，由运动学关系可以得到绳索长度也即绞车的转角，由于外部环境、物料流动性、物料种类的影响，作用于溜槽上的负载大小是时变的，当负载变化后，假设控制参数尚未调整，溜槽实际摆角与输入的期望摆角会出现偏差e，控制精度不再满足设定。
步骤4，计算偏差：当前摆角输入至溜槽控制器和参考模型，参考模型输出比较当前摆角、期望摆角，并根据当前时段模型中的摆角修正值计算偏差e。
当前摆角是现实溜槽在冲击、载荷的情况下的摆角，而期望摆角则是在不考虑载荷和冲击情况下的装车理想摆角，而摆角修正值则是以往类似装车的经验修正值，因此根据这几方面的综合考虑计算当前溜槽的下降摆角与期望摆角之间的偏差。
步骤5，自适应计算：利用偏差e和溜槽模型计算自适应控制率，利用溜槽模型模拟当前装车运行，并回到步骤4再次计算偏差，经反复计算使偏差e趋近于零。
所述自适应调整机构的设计采用稳定性方法，具体分为下述两种自适应控制率计算方法，均以参考模型与当前状态的完全匹配为目标。
方法一：当所述溜槽模型的状态变量全部可测时，可采用参考和实际状态方程对应部分相等得到自适应控制率，利用该规律使当前系统输出与参考模型输出误差趋近于零。
所述的，状态变量包括：溜槽摆角的角度和角速度、油缸位移和速度等参数。
方法二：当所述溜槽模型的状态变量获取困难时，利用溜槽模型的输入-输出量设计自适应控制率。计算调参数与系统未知时变参数数量相同，利用辅助信号产生器解决可用信息不足的问题，进而得到自适应调节规律。
所述的辅助信号产生器是利用已知量推导出所需量的一种装置（程序），可以嵌入到采集检测程序中，用于自主的产生所需要的参数，补足缺失的信息。
步骤6，跟踪调整：将自适应控制率输出至溜槽控制器，进而启动溜槽驱动机构调整溜槽升降，实施溜槽的跟踪。
从溜槽放下开始放料至溜槽升起停止方案，不断重复步骤3-5，实现溜槽装车过程的自适应调整。
当溜槽上负载出现变化波动时，通过传感器实时反馈位置信号，将其与参考模型进行比较，此时自适应调整机构根据该位置偏差在自适应调节律的驱动下自动调整溜槽控制器的参数，进而不断调节溜槽的跟踪性能，未达到期望的跟踪指标时进行不断循环调整参数，直到满足目标循环结束，得到期望的跟踪效果。
实施例二：
本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于自适应调整的细化，本实施例所述的自适应调整的方法包括：当所述溜槽模型的状态变量全部可测时，采用参考和实际状态方程对应部分相等得到自适应控制率，利用该规律使实际系统输出与参考模型输出误差趋近于零。
实施例三：
本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于自适应调整的细化，本实施例所述的自适应调整的方法包括：当所述溜槽模型的状态变量获取困难时，利用溜槽模型的输入-输出量设计自适应控制率。设计可调参数与系统未知时变参数数量相同，利用辅助信号产生器解决可用信息不足的问题，进而得到自适应调节规律。
最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如装车站的形式、溜槽的样式、步骤的先后顺序等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种装车站溜槽自适应装载方法，所述方法所使用的系统包括：安装在装车站摆动溜槽上的角度传感器和张力传感器、溜槽驱动机构、控制平台；所述的控制平台设有溜槽控制器、人机交互界面、跟踪监测装置、自适应调整机构、参考模型、溜槽模型，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
步骤1，构建模型：构建溜槽模型和构建参考模型：
构建溜槽模型：建立摆动溜槽的运动和动力学模型，模拟溜槽在多种状态下受物料流动对溜槽生成的载荷特征；
构建参考模型：根据以往的装车过程，建立溜槽放下角度数据和溜槽驱动机构所承受的张力数据参考模型；
步骤2，输入期望摆角：依照期望的溜槽动作任务，在人机交互界面中输入期望摆角，或根据装车的散料特性、以及车厢型号、尺寸计算出期望摆角；
步骤3，监控放料过程：在溜槽放下时，通过角度传感器和张力传感器对溜槽放下的角度和吊件的张力进行轮询监测；
步骤4，计算偏差：当前摆角输入至溜槽控制器和参考模型，参考模型输出比较当前摆角、期望摆角，并根据当前时段模型中的摆角修正值计算偏差e；
步骤5，自适应计算：利用偏差e和溜槽模型计算自适应控制率，利用溜槽模型模拟当前装车运行，并回到步骤4再次计算偏差，经反复计算使偏差e趋近于零；
步骤6，跟踪调整：将自适应控制率输出至溜槽控制器，进而启动溜槽驱动机构调整溜槽升降，实施溜槽的跟踪；
从溜槽放下开始放料至溜槽升起停止方案，不断重复步骤3-5，实现溜槽装车过程的自适应调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的自适应调整的方法包括：当所述溜槽模型的状态变量全部可测时，采用参考和实际状态方程对应部分相等得到自适应控制率，利用该规律使实际系统输出与参考模型输出误差趋近于零。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的自适应调整的方法包括：当所述溜槽模型的状态变量获取困难时，利用溜槽模型的输入-输出量设计自适应控制率，设计可调参数与系统未知时变参数数量相同，利用辅助信号产生器解决可用信息不足的问题，进而得到自适应调节规律。
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| GR01 | Patent grant | ||
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