一种无轨道分体式液压动车组实验平台转向控制策略的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于巷道用无轨道动车组模拟实验平台转向控制技术领域，涉及一种柔性连接分体式运输车实验平台转向控制策略。
【背景技术】
[0002]随着国家经济发展对煤矿需求量的日益增加，对煤矿的采掘效率提出更高的要求，其中井下巷道内的辅助运输是煤矿采掘的一个重要部分，而对连采机的快速搬运是辅助运输的一个关键环节，目前连采机主要依靠自身履带在巷道内外行走，速度缓慢而且对巷道路面破坏大，严重地降低了效率，而且长时间行走对自身寿命也有较大影响。目前国内外无轨井下巷道载重运输车普遍采用前后车铰接转向模式。采用这种模式，动力车牵引运输车，各行走轮胎与地面间滑转和滑移发生几率大，轮胎磨损严重，整车安全可靠性差、系统能耗大；同时，转向机构臃肿和转向结构限制，整车转向半径大，转向灵活性差，在急弯时存在安全隐患。因此针对巷道空间情况的限制和大型采煤设备重量沉、自行速度慢的特点，开发出适应井下巷道实际工况等特殊领域内的高效率，低车身的无轨运输车是当前的一个紧迫任务。
[0003]本申请人已申请了专利公开号为CN101498217A和公开号为CN201410027001.5的专利。专利公开号为CN101498217A的专利申请，是分体式遥操作超低巷道采煤设备运输平台。该专利申请动力源车与运输车之间采用铁链柔性连接，运输车前端设置可伸缩的拉杆，实现了动力车与运输车独立转向。专利公开号为CN201410027001.5的专利申请是无轨道分体式液压动车组实验平台及其转向控制系统，试验平台包括两节以上串联连接的车体，头节车体称为参照车，连接在参照车后车体称为运输车组，运输车组由一节以上串联连接的车体组成。
[0004]然而，对于现在的无轨运输车而言，还缺少一个系统的控制策略，尤其是缺少一种可模拟实际工况规划路径的转向控制策略。因此，将本发明轨迹跟踪策略运用到无轨道分体式液压动车组实验平台及其转向控制系统可以实现动车组轨迹跟踪与控制，参照车模拟实际工况规划路径，运输车组跟随参照车路线轨迹，并且理论上可以无限扩展动车组的数量，从而可以用于模拟液压动车组前后车柔性连接轨迹跟踪控制，为开发出适应井下巷道实际工况等特殊领域内的高效率、低车身的无轨运输车并实现单人驾驶提供理论及技术支持。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种无轨道分体式液压动车组实验平台转向控制策略，采用基于滞后跟随控制策略，通过电控系统实现“参照车规划路径，运输车组跟踪参照车”的动车组轨迹跟踪控制。
[0006]为实现上述目的，采用了以下技术方案:本发明中的动车组实验平台由主车和一节以上串联连接的从车组成，在主车的后端与一节从车前端之间通过柔性连杆连接，在从车后端通过另一柔性连杆连接下一节从车；两车体之间的柔性连杆是可以自由伸缩的，从而可以有效解决直线电机转速差异导致的车体之间差力差速问题；在主车和从车的车体上对应于每个车轮安装有一个直线电机，每个直线电机均通过一个四连杆车轮转向机构与相应车轮的驱动电机连接；在主车上安装主车控制器、四个主车继电器和蓄电池，在从车上安装从车控制器和四个从车继电器，直线电机的伸出量由控制器发送信号控制；在每个柔性连杆的前后两端分别安装旋转编码器，在主车和从车的前车轮旁也安装旋转编码器，在主车和从车的后车轮旁安装位移编码器；主车控制器分别与主车前车轮上的旋转编码器、四个主车继电器、主车后车轮上的位移编码器、柔性连杆连接端的旋转编码器和蓄电池通过通讯系统连接组成主车系统；每辆从车上的从车控制器分别与该辆车上的从车前车轮上的旋转编码器、四个从车继电器、从车后车轮上的位移编码器、柔性连杆连接端的旋转编码器通过通讯系统总线连接组成从车系统；所述主车系统与从车系统间通过通讯系统相互联系，实现数据实时的通讯和控制；通过旋转编码器检测到的模拟实验车体之间柔性连杆的角度数值与该柔性连杆对应后车前轮旋转编码器检测到的后车前轮转角数值经过编程运算比较之后，由PLC控制器控制该柔性连杆后车前轮的转向机构成比例跟随柔性连杆发生角度变化，实现相邻两节车体的转向协调控制轨迹跟踪控制。
[0007]本发明所使用的旋转编码器中，主车前车轮旁的旋转编码器判断主车转向的方向，主车后端的柔性连杆上的旋转编码器判断主车转向的大小，并将数据实时的通过通讯系统传送到主车控制器。
[0008]所述位移编码器，应用一个非接触式传感器，在主车和从车的后轮内固定磁环，在车架上固定编码器本身，后轮带动磁环转动，编码器实时感应磁环的角位置，实时感应后轮的角位置，经数学运算，通过通讯系统将后轮的速度与行走位移数据传输到主车控制器。
[0009]轨迹跟踪的实现是通过控制模拟实验运输车的前轮转角与柔性连杆后面一端的编码器测得的角度数值成一个比例系数；在控制程序编制过程中根据试验数据，该比例系数在调试过程中不断修改成可接受的轨迹跟踪精度。
[0010]如果柔性连杆前端编码器传输数据为正值，则模拟实验主车向右转向，反之向左转向；柔性连杆后端编码器数值的大小直接反应模拟实验主车转向程度，如果模拟实验参照车转向的程度比较大，则柔性连杆后面的旋转编码器数值的绝对值肯定也比较大。
[0011]工作过程大致如下:
[0012]主车控制器采用专用控制器，运用本专利所涉及的具体控制策略控制动车组的转向模式，由通讯总线采集主车上的旋转编码器和位移编码器的数据通过向4个继电器发送数字开关量对主车的动作进行控制。从车控制器均采用专用控制器，通过通讯总线采集从车上的旋转编码器和位移编码器的数据通过向4个继电器发送数字开关量对从车的动作进行控制。主车控制器与从车控制器通过特定针脚相连构成通讯网络，实时的完成主车与从车的通讯。各个旋转编码器、位移编码器与控制器通过通讯总线将数据实时传递到主车控制器。主车和从车以及从车后方连接的其他从车之间均采用柔性连杆连接形成串联模式。主控制器通过比较从各连杆后端旋转编码器采集到的转角数值与对应连杆后车前轮旋转编码器采集到的转角数值，根据编程运算控制两个数值成一定比例从而实现后车跟随前车运动轨迹的要求。
[0013]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0014]1、涉及的电器设备数量和种类较少，方便控制和操作，可靠性高，控制策略简单易tx，容易实现和扩展；
[0015]2、轨迹跟踪效果良好，跟踪偏差可接受；
[0016]3、该控制策略属于闭环控制，不存在误差的积累，控制策略使运动的从车时刻都在减小轨迹跟踪偏差。此外，闭环控制对机械机构的精度要求不高，实验条件比较简单；
[0017]4、模拟实验平台在模拟巷道内的行驶效果好，可通过模拟巷道中的直角弯道；
[0018]5、两车体之间的柔性连杆是可以自由伸缩的，从而可以有效解决直线电机转速差异导致的车体之间差力差速问题。
[0019]6、在实际的应用中可利用模糊控制的思想，实现更为精准的控制，更好的控制轨迹跟踪偏差。
【附图说明】
[0020]图1为本发明控制策略中动车组模拟实验平台的结构示意图。
[0021]图2为本发明可伸缩柔性连杆示意图。
[0022]图3为本发明控制策略的控制流程图。
[0023]图4为本发明控制策略中动车组模拟实验平台主车电气原理图。
[0024]图5为本发明控制策略中动车组模拟实验平台从车电气原理图。
[0025]图6为根据本发明控制策略可实现的各种转向模式示意图。
[0026]图7为本发明控制策略中动车组模拟实验平台主车的操作面板示意图。
[0027]图8为本发明控制策略在角度转化函数求解得到的绝对坐标下轨迹跟踪曲线。
[0028]图1中:1-主车、2-从车、3-下一节从车、4-主车前轮旋转编码器、5-主车直线电机、6-主车转向机构、7-主车继电器A、8-主车继电器B、9-蓄电池、10-主控制器、11_主车继电器C、12-主车继电器D、13-主车位移编码器、14-主车与柔性连杆连接处的旋转编码器、15-从车前轮旋转编码器、16-从车与柔性连杆连接处的旋转编码器、17-从车继电器A、18-从车继电器B、19-从车控制器、20-从车继电器C、21-从车继电器D、22_从车位移编码器、23-从车与下一节从车之间柔性连杆的连接处的旋转编码器。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明做进一步说明:
[0030]如图1所示，本发明中的所述动车组实验平台由主车I和一节以上串联连接的从车2组成，在主车的后端与一节从车前端之间通过柔性连杆连接，在从车后端通过另一柔性连杆连接下一节从车3 ;在主车和从车的车体上对应于每个车轮安装有一个直线电机5，每个直线电机均通过一个四连杆车轮转向机构6与相应车轮的驱动电机连接；在主车上安装主车控制器10、主车继电器A7、主车继电器B8、主车继电器C11、主车继电器D12和蓄电池9，在从车上安装从车控制器19和从车继电器A17、从车继电器B18、从车继电器C20、从车继电器D21，直线电机的伸出量由控制器发送信号控制；在主车和从车之间柔性连杆的前后两端分别安装旋转编码器14和旋转编码器16，从车之间的柔性连杆的前后两端也安装由旋转编码器，此处的旋转编码器16和旋转编码器23是同一概念不同标号；在主车和从车的前车轮旁也安装旋转编码器4和旋转编码器15，在主车和从车的后车轮旁安装位移编码器13和位移编码器22 ;主车控制器分别与主车前车轮上的旋转编码器、四个主车继电器、主车后车轮上的位移编码器、柔性连杆连接端的旋转编码器和蓄电池通过通讯总线连接组成主车系统；每辆从车上的从车控制器分别与该辆车上的从车前车轮上的旋转编码器、四个从车继电器、从车后车轮上的位移编码器、柔性连杆连接端的旋转编码器通过通讯总线连接组成从车系统；所述主车系统与从车系统间通过通讯总线连接形成通讯网络，实现数据通讯和控制。
[0031]图2为本发明控制策略所使用的可自由伸缩的柔性连杆。柔性连杆两端分别安装在两个车体上，通过滑道可以自由伸缩，从而有效解决直线电机转速差异导致的车体之间差力差速冋题。
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