一种基于PID回路的运梁车多车组同步控制系统及方法与流程

本发明涉及一种多车组同步控制系统及方法，属于桥梁施工技术领域，尤其是涉及一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制系统及方法。

背景技术：

随着桥梁建设技术的不断进步，为确保工程质量、施工安全和工期，国内高速公路桥梁特别是跨海大桥越来越多的采取“箱梁整孔预制、跨线提梁机提升上桥、运梁车梁上运输、架桥机逐孔架设”的施工方案。跨海大桥采用的预应力混凝土箱梁一般为40m或50m跨，重量多为1200吨～1600吨，远远大于高速铁路900吨箱梁。为了降低箱梁运输作业中施工载荷对桥墩和已架箱梁的影响，实现箱梁在桥面上安全运输，应尽可能地均匀、大范围地分布载荷，运梁车必须跨双幅且在四片箱梁上运输作业，一般采用多组车共同运输的结构型式。

因此，对大吨位预应力混凝土箱梁运架过程中，多车组的同步控制提出了非常高的要求。基于现有的同步控制系统，很好的实现了运梁车作业过程中各车组同步。

技术实现要素：

本发明主要目的是解决现有技术所存在的多车组同步控制困难，不准确率高，各独立平车动作不同步的技术问题，提供了一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制系统及方法。该系统及方法综合转角传感器装置、拉线传感器装置、plc控制系统以及泵、马达、油缸等执行元件共同参与控制，改善了同步控制效果。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的同步控制时角度测量不精确的技术问题，提供了一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制系统及方法。该系统及方法提出了新的角度测量装置，通过测量球铰的转动角度来判断独立平车的转动情况，从而为同步控制提供更精确的角度参考数据。

本发明再有一目的是解决现有技术所存在的独立平车间距难以测量的技术问题，提出了新的拉线传感器装置，通过两车组两端拉线值的变化可以准确判断两车的位置姿态，进而判断出两车间距，从而为同步控制提供更精确的间距参考数据。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制系统，包括前车组、后车组，各车组内的两个独立平车之间通凹式曲梁连接，所述凹式曲梁与独立平车采用球铰联接并且所述球铰联接处设置转角传感器装置；所述凹式曲梁至少一端可相对独立平车滑动，同一车组内的两个独立平车之间设置拉线传感装置；所述转角传感器装置、拉线传感装置和连接各独立平车控制系统的pid闭环控制系统相连。

优选的，上述的一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制系统，所述拉线传感器包括：设置于一独立平车上的钢丝绳固定座(8-6)，设置于另一独立平车上的导向架(8-5)，所述导向架(8-5)内设置有可沿其上下移动的配重总成(8-4)，所述配重总成(8-4)与导向架(8-5)上设置的拉线传感器(8-1)连接。

优选的，上述的一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制系统，所述转角传感器装置包括：拨杆总成(7-1)，其上端连接凹式曲梁，下端连接拨叉(7-4)的一端，所述拨叉(7-4)的另一端与设置于独立平车上的转角传感器总成(7-2)的转轴相连。

优选的，上述的一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制系统，所述转角传感器总成(7-2)通过传感器总成支架(7-3)固定于过渡支架(7-10)上；所述拨叉(7-4)通过轴套(7-8)和调整垫片(7-7)与销轴(7-5)连接，且固定在拨叉支架(7-6)上；所述销轴(7-5)通过垫板(7-9)和开口销固定在拨叉支架(7-6)和过渡支架(7-10)上；并且，所述过渡支架(7-10)通过固定支架(7-11)连接于独立平车上。

优选的，上述的一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制系统，前车组、后车组内均设置有液压顶升支腿(9)。

优选的，上述的一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制系统，前车组内的凹式曲梁两端通过球铰连接于台车上，台车位于独立平车设置的走行轨道上并可沿走行轨道滑行；后车组内的凹式曲梁两端通过球铰固定连接于独立平车上。

一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制方法，包括：

初始标定步骤，标定4台单车的初始位置，即标定转角传感器装置和拉线传感器装置的零位，给定转角和拉线的偏差极限范围；

超限判定步骤，手柄发出指令速度，左右两车同时向指令速度靠近，在左右车运行过程中，通过plc控制系统判断转角传感器装置的转角和拉线传感器装置的拉线值是否超过设计值；

角度调整步骤，当转角传感器监测到承载横梁的转角超过设计转角时，通过差值算法调整从车变量泵的流量使从车的姿态与主车的姿态一致；当转角传感器监测到承载横梁的转角在设计值范围内时，通过差值算法各自调整左右车变量泵的流量，使各车的速度均与手柄发出的指令速度一致；

间距调整步骤，利用拉线传感器分别检测左右车前后端的距离，当前拉线传感器监测到前端距离大于或者小于设计偏差距离时，以主车为基准调整从车前轮组转向角度；当后拉线传感器监测到后端距离大于或者小于设计偏差距离时，以主车为基准调整从车后轮组转向角度；直至满足左右车间距要求。

优选的，上述的一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制系统，还包括：

曲线走行步骤，通过前后司机室的手柄指令，左右车的走行和转向同时响应，走行过程中也采用上述的运行自动纠偏系统进行自动调整。

因此，本发明具有如下优点：

1.采用传感器-plc-液压马达(油缸)控制系统，即转角传感器装置、拉线传感器装置、plc控制系统以及泵、马达、油缸等执行元件共同参与控制，解决了运梁车作业过程中各车组的同步控制问题，为运梁车多车组运输作业提供了更大的安全性和更高的效率；

2.提出了新的角度测量装置，通过测量球铰的转动角度，可以准确测出所需要的俯视图平面的球铰转动角度，从而可以准确判断左右车运行不同步情况。

3.提出了新的拉线传感器装置，通过钢丝绳连接转换将左右车前后端的水平方向距离的测量变成垂直方向距离的测量，通过两车组两端拉线值的变化可以准确判断两车的位置姿态，从而有效缩短拉了线传感器拉线的长度，减小拉线传感的型号，不仅测量准确，节省成本，且安全可靠。

附图说明

图1为运梁车多车组俯视结构示意图。

图2为图1的a-a剖视图。

图3为图2的b-b剖视图。

图4为运梁车多车组控制系统布置示意图。

图5为转角传感器装置结构示意图。

图6为图5的右视图。

图7为图5的局部放大视图。

图8为图6的局部放大视图。

图9为拉线传感器装置结构示意图。

图10为图9的c-c剖视图。

图11为图9的俯视图。

附图标记：1.前车体、2.后车体、3.前行走轮组及转向机构、4.后行走轮组及转向机构、5.前承载横梁、6.后承载横梁、7.转角传感器装置、8.拉线传感器装置、9.液压顶升支腿、10.动力系统、11.电气系统、12.液压系统、13.前司机室、14.后司机室、15.数据通讯线、7-1.拨杆总成、7-2.转角传感器总成、7-3.转角传感器总成支架、7-4.拨叉、7-5.销轴、7-6.拨叉支架、7-7.调整垫片、7-8.轴套、7-9.垫板、7-10.过渡支架、7-11.固定支架、8-1.拉线传感器、8-2.钢丝绳导向座、8-3.钢丝绳、8-4.配重总成。8-5.导向架、8-6.钢丝绳固定座、8-7.导向架连接座。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本发明的目的在于公开一种采用分组模块化设计的1300t级运梁车，具体涉及一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制系统及方法，1300t级运梁车采用四个单车成矩形分布结构，动力系统分布式布置在四个单车上，ⅰ、ⅳ号车通过前承载横梁联接组成前车组，ⅱ、ⅲ号车通过后承载横梁联接组成后车组，前后车组分别有可旋转的司机室，每个车组配有一个无线遥控装置，各车组之间通过pid闭环控制系统实现“软刚性”联接。1300t级运梁车主要由前车体、后车体、前行走轮组及转向机构、后行走轮组及转向机构、前承载横梁、后承载横梁、转角传感器装置、拉线传感器装置、液压顶升支腿、动力系统、电气系统、液压系统、前司机室、后司机室等组成。

其中，前后承载横梁均采用下凹式曲梁结构，与左右独立平车一端采用球铰联接，一端采用滑块加球铰联接，既可以旋转，又可横向动态调整。前承载横梁为轮轨走行移动式，可沿前车组上设有的走行轨道运行，而后承载横梁为固定式，当运梁车运输箱梁到架桥机尾部时，运梁车前车组支撑不动，后车组推动箱梁和前承载横梁作二次纵移。前承载横梁上的两个支座底部设置有互通式液压油缸，后承载横梁上的两个支座直接固定于横梁顶面，形成“三支点”系统，从而避免所运箱梁承受附加弯扭载荷。

本发明涉及一种基于pid回路的运梁车多车组同步控制系统及方法，该系统主要由转角传感器装置、拉线传感器装置、plc控制系统以及泵、马达、油缸等执行元件组成。采用传感器-plc-液压马达(油缸)控制系统，通过数据通信线将4台单车结合成一个整体。左右平车前后端分别安装拉线传感器，两根承载横梁同一侧各安装转角传感器装置，单车车体中心下面安装激光测距仪。

其中，转角传感器装置至少包括拨杆总成、转角传感器总成、转角传感器总成支架、拨叉、销轴、拨叉支架、调整垫片、轴套、垫板、过渡支架、固定支架。转角传感器装置为角度放大装置，转角传感器输出的角度为球铰转动角度放大多倍后的值，测量球铰的转动角度，为多车组同步控制提供依据；将球铰的三个转动平面分为主视图平面、俯视图平面以及右视图平面，转角传感器装置可以准确测出所需要的俯视图平面的球铰转动角度，而球铰在其他两个平面的转动角度不影响其测量值，从而可以准确判断左右车运行不同步情况。

其中，拉线传感器装置至少包括拉线传感器、钢丝绳导向座、钢丝绳、配重、导向架、钢丝绳固定座、连接座，前拉线传感器装置检测左右车前端中心距离，后拉线传感器装置检测左右车后端中心距离，通过钢丝绳连接转换将左右车前后端的水平方向距离的测量变成垂直方向距离的测量，可以有效缩短拉线传感器拉线的长度，减小拉线传感的型号，不仅测量准确，节省成本，且安全可靠。

如图1至图4所示，采用四个单车成矩形分布结构，动力系统10分布式布置在四个单车上，前车组左右通过前承载横梁5联接，后车组左右通过后承载横6梁联接，前、后车组分别有可旋转的前司机室13和后司机室14，每个车组配有一个无线遥控装置，转角传感器装置7分别安装在前承载横梁5和后承载横梁6的同一侧且靠近球铰附近，拉线传感器装置8分别安装在左右平车前后端，各车组之间通过pid闭环控制系统实现“软刚性”联接。

前承载横梁5和后承载横梁6均采用下凹式曲梁结构，与左右独立平车一端采用球铰联接，一端采用滑块加球铰联接，既可以旋转，又可横向动态调整。前承载横梁5为轮轨走行移动式，可沿前车体1上设有的走行轨道运行，而后承载横梁6两端分别固定后车组的后车体2上，前承载横梁5上的两个支座底部设置有互通式液压油缸，后承载横梁6上的两个支座直接固定于横梁顶面，形成“三支点”系统，从而避免所运箱梁承受附加弯扭载荷。

在前车体1前端和后车体2中后端均设置一组液压顶升支腿9，液压顶升支腿9分别与前车体1和后车体2通过高强度螺栓加抗剪块的连接。当运梁车进入架桥机尾部，在一次纵移到位后，打好前车组的液压顶升支腿9，解开前承载横梁5与前车体1的固定连接，后车组与前承载横梁5同步驮梁进行二次纵移；在二次纵移到位后，打好后车组的液压顶升支腿9，架桥机后内支腿支撑在后车组上，继续架梁作业。

前行走轮组及转向机构3和后行走轮组及转向机构4分别位于前车体1和后车体2两侧，为整个运梁车组提供驱动和转向。

如图5至图8所示，转角传感器装置7中的拨杆总成7-1上端与后承载横梁6下盖板固定连接，下端通过销轴与拨叉7-4一端连接，拨叉7-4的另一端与转角传感器总成7-2上的转轴连接，转角传感器总成7-2固定在7-3转角传感器总成支架上，拨叉7-4通过轴套7-8和调整垫片7-7与销轴7-5连接，且固定在拨叉支架7-6，并通过过渡支架7-10与固定支架7-11连接，销轴7-5通过垫板7-9和开口销固定在拨叉支架7-6和过渡支架7-10上。

当球铰在俯视图平面转动时，球铰转动带动拨杆总成7-1转动，从而带动拨叉7-4绕着销轴7-5转动，拨叉7-4的另一端带动转角传感器总成7-2上的转轴转动，通过一定的比例关系从而可以准确的检测球铰在俯视图平面内的转动角度。由于拨杆总成7-1下端销轴的中心线在右视图平面内与球铰转动中心重合，所以球铰在右视图平面内转动不会带动拨叉的转动；又由于拨杆总成7-1下端销轴与拨叉7-4一端的连接位置上下留有间隙，所以球铰在主视图平面内转动也不会带动拨叉7-4的转动；根据上述原理转角传感器装置7能准确检测出所需要平面内的球铰转动角度，从而判断出两车组的不同步情况。

如图9至图11所示，拉线传感器装置8中钢丝绳固定座8-6固定在车体上，钢丝绳8-3一端与钢丝绳固定座8-6连接，另一端通过钢丝绳导向座8-2与配重总成8-4连接，配重总成8-4在钢丝绳8-3的牵引下可以在导向架8-5内上下移动，导向架8-5与导向架连接座8-7法兰连接，导向架连接座8-7固定在另一车体上，拉线传感器8-1固定在导向架8-5上，拉线传感器8-1上的拉线环通过连接扣与配重总成8-4上的耳环连接。

当两车组横向距离变化或者两车组变成八字形态时，配重总成8-4在钢丝绳8-3的牵引下可以在导向架8-5内上下移动，从而使拉线传感器8-1上拉线值产生垂直方向的读数变化，通过两车组两端拉线值的变化可以准确判断两车的位置姿态。

采用上述结构后，本实施例的运梁车多车组同步控制方法包括以下步骤：

1.标定四台单车的初始位置，即标定转角传感器装置和拉线传感器装置的零位，给定转角和拉线的偏差极限范围。

2.手柄发出指令速度，左右两车同时向指令速度靠近，在左右车运行过程中，通过plc控制系统不停的判断转角传感器装置的转角和拉线传感器装置的拉线值是否超过设计值。

3.当转角传感器监测到承载横梁的转角超过设计转角时，表明本车组中的左右车运行不同步，因此在液压性能平稳的情况下，通过差值算法调整从车变量泵的流量使从车的姿态与主车的姿态一致，从而修正承载横梁的转角满足设计要求；当转角传感器监测到承载横梁的转角在设计值范围内时，通过差值算法各自调整左右车变量泵的流量，使各车的速度均与手柄发出的指令速度一致。

4.采用先进的can总线绝对值编码器，精确测量每组轮胎的转向角度。前后拉线传感器分别检测左右车前后端的距离，当前拉线传感器监测到前端距离大于或者小于设计偏差距离时，以主车为基准调整从车前轮组转向角度；当后拉线传感器监测到后端距离大于或者小于设计偏差距离时，以主车为基准调整从车后轮组转向角度；直至满足左右车间距要求。

5.速度调整和转向调整采用并行模式，互不干涉，各自执行。

6.曲线走行时，通过前后司机室的手柄指令，左右车的走行和转向同时响应，走行过程中也采用上述的运行自动纠偏系统进行自动调整。

通过上述描述可知，本发明的特点在于：

1.采用传感器-plc-液压马达(油缸)控制系统，即转角传感器装置、拉线传感器装置、plc控制系统以及泵、马达、油缸等执行元件共同参与控制，通过数据通信线将四台单车结合成一个整体，结合运梁车多车组同步控制方法，能实现四车同步运输箱梁，很好地解决了运梁车作业过程中各车组的同步控制问题，结合运梁车多车组同步控制方法，为运梁车多车组运输作业提供了更大的安全性和更高的效率。

2.转角传感器装置为角度放大装置，转角传感器输出的角度为球铰转动角度放大多倍后的值，测量球铰的转动角度，为多车组同步控制提供依据；将球铰空间三个转动平面分为主视图平面、俯视图平面以及右视图平面，转角传感器装置可以准确测出所需要的俯视图平面的球铰转动角度，而球铰在其他两个平面的转动角度不影响其测量值，从而可以准确判断左右车运行不同步情况。

3.拉线传感器装置分别检测左右车前后端的距离，通过钢丝绳连接转换将左右车前后端的水平方向距离的测量变成垂直方向距离的测量，通过两车组两端拉线值的变化可以准确判断两车的位置姿态。另外，可以有效缩短拉线传感器拉线的长度，减小拉线传感的型号，不仅测量准确，节省成本，且安全可靠。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。