CN209336697U - 一种基于pid的车载方舱自动升降机构及方舱系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PID的车载方舱自动升降机构及方舱系统，升降机构包括用于支撑车载方舱的车载平台，车载平台上分别设置有用于调节其水平状态的调平单元和用于调节所述车载方舱上升或下降的升降单元，还包括检测单元和控制单元；车载方舱系统还包括运输平台和车载方舱；本实用新型通过自动控制技术、PID控制算法、传感器通信技术以及液压控制技术，解决了车载方舱的自动平稳升降问题，使车载方舱或者车载设备装置系统的正常高效运行的作用，实现了车载方舱的整车快速调平和方舱的快速自动平稳升降，本系统结构简单，实现过程精确，很大程度上提高了车载方舱的自动化水平、机动水平以及使用周期。

Description

一种基于PID的车载方舱自动升降机构及方舱系统

【技术领域】

本实用新型属于通讯系统辅助设备技术领域，具体涉及一种基于PID的车载方舱自动升降机构、方法及方舱系统。

【背景技术】

在信息化时代，通信技术起到了尤为重要的作用，尤其在车载雷达、车载通信设备得到了广泛的应用。车载通信设备通常需要机动到预定的地点后，快速的安装布置好车载基准平台以及车载设备，确保车载设备能够正常准确运行。

在系统运行时，需要对车载底盘进行支撑并调平，以确保车载设备在一个稳定的水平面上，否则在方舱在自动升降过程中，升降机构各部件之间的摩擦就会增大，随着方舱高度增加，系统的整体重心就会偏移，对整体系统的正常运行和设备安全带来隐患。

现有的车载方舱中存在较多不足，不能实现自动校平和自动升降功能，会使方舱在调整升降过程中整体重心不均，致使各部件损耗较大、寿命减少，给设备正常运行造成安全隐患。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种基于PID的方舱自动升降机构及方舱系统，以解决车载方舱在使用过程中不能实现自动校平和自动升降的问题。

本实用新型采用以下技术方案：一种基于PID的车载方舱自动升降机构，包括用于支撑车载方舱的车载平台，车载平台上分别设置有用于调节其水平状态的调平单元和用于调节车载方舱上升或下降的升降单元；

还包括检测单元，检测单元用于获取调平单元、升降单元、车载平台和车载方舱的状态信息，并发送至控制单元，控制单元用于接收检测单元发出的状态信息并根据状态信息计算出调节参数，还用于根据调节参数控制调平单元或升降单元的动作，以实现车载平台和车载方舱的自动调平和自动升降。

进一步的，调平单元由水平液压缸组和垂直液压缸组构成；

水平液压缸组包括分别水平设置在车载平台四角的四个水平调平液压缸；

垂直液压缸组包括四个垂直调平液压缸，每个垂直调平液压缸均对应设置于水平调平液压缸的液压杆的外端部，且每个垂直调平液压缸的液压柱均竖直向下。

进一步的，升降单元设置在车载平台上，由分别设置在车载平台四角的四个升降液压缸组成，每个升降液压缸的液压柱外端部均固定在车载方舱的底部。

进一步的，检测单元包括设置于车载方舱中部的双轴倾角传感器，双轴倾角传感器用于获取车载方舱的倾角信息并发送至控制单元；

还包括设置于每个水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的缸筒首末位置的接近开关传感器，每个接近开关传感器均连接至控制单元，并用于向控制单元发送对应的水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的伸缩状态信息；

还包括设置于每个垂直调平液压缸缸筒底部的力传感器，每个力传感器均连接至控制单元，并用于向控制单元发送对应的垂直调平液压缸的受力信息；

还包括设置于每个水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的缸筒内的测距传感器，每个测距传感器均连接至控制单元，并用于向控制单元发送对应的水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的液压柱的移动距离信息。

进一步的，控制单元由控制器、电机驱动器和触摸显示屏组成；

控制器用于根据倾角信息、伸缩状态信息、受力信息和移动距离信息计算并生成控制信息；还用于将控制信息发送至电机驱动器；

电机驱动器用于根据控制信息控制对应的每个水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的伸缩；

触摸显示屏用于显示每个水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的伸缩位置及运行偏差；还用于显示车载方舱自动升降机构的运行状态；还用于获取外部输入信息，并发送至控制器。

本实用新型的另一种技术方案：一种基于PID的车载方舱系统，包括上述的一种基于PID的车载方舱自动升降机构，车载方舱自动升降机构设置于运输平台上，车载方舱自动升降机构上设置有车载方舱。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过自动控制技术、PID控制算法、传感器通信技术以及液压控制技术，解决了车载方舱的自动平稳升降问题，使车载方舱或者车载设备装置系统的正常高效运行的作用，实现了车载方舱的整车快速调平和方舱的快速自动平稳升降，本系统结构简单，实现过程精确，很大程度上提高了车载方舱的自动化水平、机动水平以及使用周期。

【附图说明】

图1为本实用新型实施例1中的一种基于PID的车载方舱自动升降机构结构示意图；

图2为本实用新型的调平调节原理图；

图3为本实用新型的升降调节原理图；

图4为本实用新型实施例1中触摸显示屏显示状态信息参考图。

其中：1.车载方舱；2.运输平台；3.升降单元；4.调平单元；5.控制单元。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

实施例1：

本实施例公开了一种基于PID的车载方舱自动升降机构，如图1所示，包括用于支撑车载方舱1的车载平台，车载平台上分别设置有用于调节其水平状态的调平单元4和用于调节车载方舱1上升或下降的升降单元3。本实施例中调平单元4安装于车载平台的下方，以实现对车载平台调平和支撑。

调平单元4由水平液压缸组和垂直液压缸组构成。水平液压缸组包括分别水平设置在车载平台1四角的四个水平调平液压缸；垂直液压缸组包括四个垂直调平液压缸，每个垂直调平液压缸均对应设置于水平调平液压缸的液压杆的外端部，且每个垂直调平液压缸的液压柱均竖直向下，压在地面上或建筑物上，或其他用于支撑的平台上。通过水平液压缸组和垂直液压缸组可以实现车载平台的水平调节以及支撑，可将运输平台支撑离开地面，并根据传感器自动调平承载平台。

升降单元3设置在车载平台上，由分别设置在车载平台四角的四个升降液压缸组成，每个升降液压缸的液压柱外端部均固定在车载方舱1的底部。

该自动升降机构还包括检测单元，检测单元用于获取调平单元4、升降单元 3、车载平台和车载方舱1的状态信息，并发送至控制单元5，控制单元5用于接收检测单元发出的状态信息并根据状态信息计算出调节参数，还用于根据调节参数控制调平单元4或升降单元3的动作，以实现车载平台和车载方舱1的自动调平和自动升降。

检测单元包括设置于车载方舱1中部的双轴倾角传感器，双轴倾角传感器用于获取车载方舱1的倾角信息并发送至控制单元5。

检测单元还包括设置于每个水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的缸筒首末位置的接近开关传感器，每个接近开关传感器均连接至控制单元5，并用于向控制单元5发送对应的水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的伸缩状态信息，即液压缸中液压柱的运动位置。

检测单元还包括设置于每个垂直调平液压缸缸筒底部的力传感器，每个力传感器均连接至控制单元5，并用于向控制单元5发送对应的垂直调平液压缸的受力信息。

检测单元还包括设置于每个水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的缸筒内的测距传感器，每个测距传感器均连接至控制单元5，并用于向控制单元5发送对应的水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的液压柱的移动距离信息。

控制单元5由控制器、电机驱动器和触摸显示屏组成。控制器选用嵌入式控制器，和各个传感器及电机驱动器连接，其用于根据倾角信息、伸缩状态信息、受力信息(受力信息需要和预设受力阈值进行比较，当受力信息大于预设受力阈值时说明支撑牢固)和移动距离信息计算并生成控制信息，还用于将控制信息发送至电机驱动器，以对整个系统的液压控制、调平控制、方舱升降控制，即根据车载方舱不同液压缸升降幅度的偏差，用PID控制率消除偏差，使方舱能够自动平稳升降。

其通过控制线缆连接各个设备，不操作时，将其放置在车载平台的控制箱中，需要操作时，将其从控制箱中取出，远离车载平台一段距离后进行操作控制，避免在操作控制过程中产生意外而对操作人员造成伤害。

控制单元5是整个系统的控制核心，通过串口RS485、串口RS422分别和双轴倾角传感器和电机驱动器连接。用户通过触摸显示器输入指令，通过控制器向各个执行机构输出控制指令，并进行闭环控制执行结果，并通过显示器将整个机构的状态信息呈现给操作人员。

电机驱动器用于根据控制信息控制对应的每个水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的伸缩；

如图4所示，触摸显示屏用于显示每个水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的伸缩位置及运行偏差，还用于显示车载方舱1自动升降机构的运行状态，还用于通过触摸屏获取外部操作人员输入的信息，并将该信息发送至控制器，以使控制器进行实时运算，实时对整个机构进行调节控制，使车载方舱能够平稳自动升降。

在本实施例中还包括有电源管理单元，电源管理单元包括柴油发电机， 220V-50Hz交流供电模块、24V直流供电模块、12V直流供电模块、5V直流供电模块、滤波器，可以分别为控制单元和个调节单元供电。

上述的一种基于PID的车载方舱自动升降机构的自动工作过程如下：

接收到外部输入信息后，先进行调平调节：

控制器通过检测单元获取调平单元4的调平状态信息，根据调平状态信息计算并生成调平单元4控制信息，将调平单元4控制信息发送至调平单元4，以控制调平单元4运动，直至车载平台为水平状态。

该调平调节的具体方法为：

控制器通过每个水平调平液压缸和垂直调平液压缸上的接近开关传感器获取对应的水平调平液压缸和垂直调平液压缸的伸缩状态，本实施例中，启动车调平调节后，控制器首选获取各个接近开关传感器的状态，以获取水平调平液压缸和垂直调平液压缸的伸缩状态，获取信息的周期设定为100ms，不断获取状态才能根据实时状态进行实时调整。

当控制器检测到有垂直调平液压缸未完全收缩时，其通过电机驱动器控制对应的垂直调平液压缸完全收缩(电机驱动器驱动液压泵供液压油量来实现对液压缸的伸缩调节)，直至所有的垂直调平液压缸均完全收缩。

下一步，控制器通过电机驱动器控制每个水平调平液压缸完全伸出，直至收到水平调节液压缸末端的接近开关传感器的反馈信息，得到每个水平调平液压缸完全伸出反馈。

控制器通过电机驱动器控制每个垂直调平液压缸伸出，直至控制器收到每个力传感器检测到的受力值均大于等于预设阈值，或者是收到垂直调节液压缸末端的接近开关传感器的反馈信息。

下一步，选定任一的垂直调平液压缸为基准垂直调平液压缸，如图2所示，本实施例中选定2号垂直调平液压缸为基准垂直调平液压缸，选定后，控制器通过双轴倾角传感器获取车载方舱1的纵向倾角α和横向倾角β，由于车辆方舱1 是安装在车载平台上的，因此，车载方舱1的倾角信息和车载平台的倾角信息相同。

根据纵向倾角α计算出对应的垂直调平液压缸伸出或收缩距离L₁,当α＞0 时，L₁＝-tanα*x；当α＜0时，L₁＝tan|α|*x；当α＝0时，L₁＝0；其中，x为两个纵向垂直调平液压缸之间的距离。距离L₁即为对应的1号垂直调平液压缸需要伸缩的距离，控制器通过电机驱动器控制1号油缸进行伸缩后，具体伸缩距离可以通过测距传感器来具体测量，如此，车载平台的纵向倾角就消除了。

下一步，根据横向倾角β计算出其对应的垂直调平液压缸的伸出或收缩距离 L₂，当β＞0时，L₂＝-tanβ*y；当β＜0时，L₁＝tan|β|*y；当β＝0时，L₂＝0；其中，y为两个横向垂直调平液压缸之间的距离。距离L₂即为对应的3号垂直调平液压缸需要伸缩的距离，具体伸缩距离可以通过测距传感器来具体测量，控制器通过电机驱动器控制3号油缸进行伸缩后，车载平台的纵向倾角就消除了。

当1号和3号的垂直调平液压缸伸缩调节后，整个车载平台即为水平状态，但是，有可能4号垂直调平液压缸此时是滞空状态，因此，控制4号垂直调平液压缸伸出或收缩，直至其对应的力传感器检测到的受力值均大于等于预设阈值，此时，车载平台即为水平状态。

当车载平台处于水平状态，需要收回时，先收回垂直调平液压缸在收回水平调平液压缸即可，收回期间，通过对应的接近开关传感器来判断是否收回完全。

车载平台调平调节后再进行升降调节：

控制器控制升降单元3启动并带动车载方舱1升降，控制器通过检测单元获取升降单元3的升降状态信息，根据升降状态信息计算并生成升降单元3控制信息，将升降单元3控制信息发送至升降单元3，以控制升降单元3运动，直至车载方舱1为水平状态且升降至指定高度。

升降调节的具体方法为：

当车载方舱1升降时，选定任一的升降液压缸为基准升降液压缸，本实施例中选取1号升降液压缸为基准升降液压缸。如图3所示，两个纵向升降液压缸之间的间距定为b(即1号和2号间距)，纵向倾角为a1，两个横向升降液压缸之间的间距定为a(即1号和4号间距)，横向倾角为a3，两个斜向升降液压缸之间的间距定为c(即1号和3号间距)，斜向倾角为a2，且有

控制器通过双轴倾角传感器获取车载方舱1的纵向倾角a1和横向倾角a3，根据纵向倾角a1和横向倾角a3计算得出斜向倾角a2。

根据纵向倾角a1计算出对应的升降液压缸伸出或收缩距离L₃,当a1＞0时， L₃＝-tana1*b；当a1＜0时，L₃＝tan|a1|*b；当a1＝0时，L₃＝0；距离L₃即为对应的2号升降液压缸需要伸缩的距离，具体伸缩距离可以通过测距传感器来具体测量，控制器通过电机驱动器控制2号油缸进行伸缩后，车载方舱的纵向倾角就消除了。

根据横向倾角a3计算出其对应的升降液压缸的伸出或收缩距离L₄，当a3＞ 0时，L₄＝-tana3*a；当a3＜0时，L₄＝tan|a3|*a；当a3＝0时，L₄＝0；其中，a 为两个横向升降液压缸之间的距离；距离L₄即为对应的4号升降液压缸需要伸缩的距离，具体伸缩距离可以通过测距传感器来具体测量，控制器通过电机驱动器控制4号油缸进行伸缩后，车载方舱的横向倾角就消除了。

根据横向倾角a2计算出其对应的升降液压缸的伸出或收缩距离L₅，当a2＞ 0时，L₅＝-tana2*c；当a2＜0时，L₅＝tan|a2|*c；当a2＝0时，L₅＝0；其中，c 为两个斜向升降液压缸之间的距离。距离L₅即为对应的3号升降液压缸需要伸缩的距离，具体伸缩距离可以通过测距传感器来具体测量，控制器通过电机驱动器控制3号油缸进行伸缩后，车载方舱的斜向倾角就消除了。

通过控制器控制对应的升降液压缸伸出或收缩距离L₃、L₄和L₅后车载方舱达到水平状态，之后控制4个升降液压缸同步运动，直至车载方舱1升降至指定高度。

实施例2：

本实施例公开了一种基于PID的车载方舱系统，包括实施例1的一种基于 PID的车载方舱自动升降机构，车载方舱自动升降机构设置于运输平台2上，本实施例中运输平台选用DFL1160BX5二类底盘车，在底盘车合置配备电缆箱、土木工具箱，电缆箱用于存放电缆和控制线缆，以保证在控制器取出进行控制时与各个设备的连接。土木工具箱，存放的是用来垫板或其他工具，以保证在调平的时候，垂直调平液压缸液压柱外端部与地面的充分接触，保证整个系统的安全，车载方舱自动升降机构上设置有车载方舱1，本实施例中的车载方舱1为防止通讯设备的车载方舱。

Claims (6)

1.一种基于PID的车载方舱自动升降机构，其特征在于，包括用于支撑车载方舱(1)的车载平台，所述车载平台上分别设置有用于调节其水平状态的调平单元(4)和用于调节所述车载方舱(1)上升或下降的升降单元(3)；

还包括检测单元，所述检测单元用于获取所述调平单元(4)、升降单元(3)、车载平台和车载方舱(1)的状态信息，并发送至控制单元(5)，所述控制单元(5)用于接收所述检测单元发出的状态信息并根据所述状态信息计算出调节参数，还用于根据所述调节参数控制所述调平单元(4)或升降单元(3)的动作，以实现所述车载平台和车载方舱(1)的自动调平和自动升降。

2.如权利要求1所述的一种基于PID的车载方舱自动升降机构，其特征在于，所述调平单元(4)由水平液压缸组和垂直液压缸组构成；

所述水平液压缸组包括分别水平设置在所述车载平台四角的四个水平调平液压缸；

所述垂直液压缸组包括四个垂直调平液压缸，每个所述垂直调平液压缸均对应设置于所述水平调平液压缸的液压杆的外端部，且每个所述垂直调平液压缸的液压柱均竖直向下。

3.如权利要求2所述的一种基于PID的车载方舱自动升降机构，其特征在于，所述升降单元(3)设置在所述车载平台上，由分别设置在所述车载平台四角的四个升降液压缸组成，每个所述升降液压缸的液压柱外端部均固定在所述车载方舱(1)的底部。

4.如权利要求3所述的一种基于PID的车载方舱自动升降机构，其特征在于，所述检测单元包括设置于所述车载方舱(1)中部的双轴倾角传感器，所述双轴倾角传感器用于获取所述车载方舱(1)的倾角信息并发送至所述控制单元(5)；

还包括设置于每个所述水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的缸筒首末位置的接近开关传感器，每个所述接近开关传感器均连接至所述控制单元(5)，并用于向所述控制单元(5)发送对应的所述水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的伸缩状态信息；

还包括设置于每个所述垂直调平液压缸缸筒底部的力传感器，每个所述力传感器均连接至所述控制单元(5)，并用于向所述控制单元(5)发送对应的所述垂直调平液压缸的受力信息；

还包括设置于每个所述水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的缸筒内的测距传感器，每个所述测距传感器均连接至所述控制单元(5)，并用于向所述控制单元(5)发送对应的所述水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的液压柱的移动距离信息。

5.如权利要求4所述的一种基于PID的车载方舱自动升降机构，其特征在于，所述控制单元(5)由控制器、电机驱动器和触摸显示屏组成；

所述控制器用于根据所述倾角信息、伸缩状态信息、受力信息和移动距离信息计算并生成控制信息；还用于将所述控制信息发送至所述电机驱动器；

所述电机驱动器用于根据所述控制信息控制对应的每个所述水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的伸缩；

所述触摸显示屏用于显示每个所述水平调平液压缸、垂直调平液压缸和升降液压缸的伸缩位置及运行偏差；还用于显示所述车载方舱(1)自动升降机构的运行状态；还用于获取外部输入信息，并发送至所述控制器。

6.一种基于PID的车载方舱系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的一种基于PID的车载方舱自动升降机构，所述车载方舱自动升降机构设置于运输平台(2)上，所述车载方舱自动升降机构上设置有车载方舱。