专利名称：一种多自由度轨道小车的速度控制跟踪方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明属于机动游乐设施领域，尤其涉及一种多自由度轨道小车的速度控制跟踪系统和方法。
背景技术：
在游乐场所，当游客乘小车观看影片时或做特技动作时，游客可以将根据影片场景或特技情节做各种仿真动作，而做各种动作的准确实时性，将使游客身心与视觉感受同步，使其达到身临其景的感受。轨道小车利用轨道设定好小车的行驶路线，使小车在轨道上可多自由度的行驶， 通过PLC可编程逻辑控制器来控制小车的运行，PLC是一种数字运算操作的电子系统，它采用可编程程序的储存器用来在其内部存储执行逻辑运算，控制，计数和算术运算等操作命令，并通过输入输出接口，控制外围设备的运行和操作。目前轨道小车控制系统一般是通过上位机(后台主机)与PLC可编程逻辑控制器进行连接，系统控制软件都是由上位机生成角本文件，通过与PLC通迅从而实现对小车运动控制，由于系统控制需要通过PLC调用后台上位机的控制软件，PLC执行上位机发出的控制指令来控制小车的运行，这样使其通迅时间延迟较长，故无法真正实现对小车快速跟踪控制。所以现有技术存在不足，需要改进和提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多自由度轨道小车的速度控制跟踪方法和系统，针对现有技术的控制缺陷，实现与小车通讯无延迟，快速跟踪控制的目的。本发明是这样实现的，一种多自由度轨道小车速度控制跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤
A、预先设定运行轨迹目标参数，将所述运行轨迹目标参数并保存在可编程控制器的存储单元内；
B、编制所述可编程控制器的算法程序；
C、小车启动时，所述可编程控制器采集由输入检测单元送来的状态或数据信号，所述可编程控制器根据所述预定运行轨迹目标参数，实时计算出所述小车运行时实际运行参数与所述目标参数之间差值；
D、根据所述差值，按比例输出电压值给所述小车伺服输出控制单元，控制所述小车马达速度来实现小车快速跟踪。其中，所述步骤A具体处理为生成一个运行轨迹技术参数文挡，所述文档时间以秒为单位，并列出每一秒所述小车的行走距离，旋转角度和倾斜角度的运行轨迹目标参数， 根据所述技术参数文档，生成所述可编程控制器可识别的技术参数，并保存在所述存储单元内。其中，所述可编程控制器的算法程序包括小车运行时行走距离算法程序、旋转角度算法程序和倾斜角 度算法程序。其中，所述算法程序或直接写入可编程控制器内或由上位机编制后一次性写入至所述可编程控制器的存储单元内。其中，所述小车运行时行走距离算法程序具体包括如下步骤
521、设定所述可编程控制器每1秒钟读取所述存储单元内数据区中下一步运行距离和运行时间参数；
522、检测所述小车在行走过程中的实际运行时间和实际运行距离；
523、根据如下公式(a)
V= (Sn-Snx)/(Tn-Tnx)(a)
公式(a)中Sn为下一步距离参数，Tn为下一步时间参数 Snx为实际运行距离，Tnx为实际运行时间
524、所述可编程控制器计算出所述小车将要的运行速度V。其中，所述实际运行距离Snx通过如下公式(b)计算得到 Snx = nXA(b)
公式(b)中n为所述小车行走的横梁数，A为相邻两个横梁间的间距。其中，所述小车运行时旋转角度算法程序算法程序具体包括如下步骤
5211、所述可编程控制器预先设定每1秒读取所述存储单元内数据区中下一步旋转角度和时间参数；
5212、检测所述小车在旋转过程中的实际运行时间和实际旋转角度；
5213、根据如下公式(c)
VR = (Rn-Rnx) / (Tn-Tnx)(c)
公式(c)中Rn为下一步旋转角度参数，Tn为下一步时间参数
Rnx为实际旋转角度，Tnx为实际运行时间
5214、所述可编程控制器计算出所述小车将要旋转的角速度VR。其中，所述小车运行时倾斜角度算法程序算法程序具体包括如下步骤
5221、所述可编程控制器预先设定每1秒读取存储单元内内数据区中下一步倾斜角度和时间参数；
5222、检测所述小车在倾斜过程中的实际运行时间和实际倾斜角度；
5223、根据如下公式(d)
VI= (In-Inx) / (Tn-Tnx)(d)
公式(d)中1η为下一步倾斜角度参数，Tn为下一步时间参数 Inx为实际倾斜角度，Tnx为实际运行时间
5224、所述可编程控制器计算出所述小车将要倾斜的角速度VI。一种多自由度轨道小车速度控制跟踪系统，其特征在于，包括可编程控制器，输入检测单元和伺服输出控制单元，所述可编程控制器分别与所述输入检测单元和伺服输出控制单元连接，所述可编程控制器用于计算所采集的当前小车运行参数与预先设定的运行轨迹目标参数之间的差值，按比例输出电压值给所述伺服输出控制单元；输入检测单元用于传送所述小车行走时的不同状态信号至所述可编程控制器；所述伺服输出控制单元用于根据所述可编程控制器实时校正后的不同控制命令，控制所述小车马达速度实现所述小车快速跟踪。本发 明的有益效果为本发明所提供的一种多自由度轨道小车速度控制跟踪系统和方法，由于对小车的控制不是通过现有技术的上位机发出控制指令，而是直接将运行轨迹技术参数文挡生成为PCL所能识别的技术参数，编制PLC算法程序，通过执行PLC执行算法程序，对小车的运行速度做出及时的跟踪处理；由于小车在运动过程中算法、执行动作全部由PLC完成，且PLC处理速度相当快，可实现及时准确的控制小车运行，小车达到理想运动轨迹。
图1是本发明简化系统控制框图； 图2为本发明控制方法流程框图3为本发明小车行走时的位置关系简图。
具体实施例方式本发明提供了一种多自由度轨道小车的速度控制跟踪方法和系统，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。为了解决现有技术中所存在的系统控制时所发生的通迅时间延迟，不能对小车快速跟踪控制的问题，本发明提供了一种多自由度轨道小车的速度控制跟踪方法和系统，本发明的核心思想为直接将运行轨迹技术参数文挡生成为PLC所能识别的技术参数，并保存在PLC存储单元内，通过PLC内部的CPU编制小车运行时行走距离、旋转角度和倾斜角度的PLC算法程序，小车启动后，PLC根据传感器检测轨道位置信号并执行不同的算法程序， 根据存储单元内保存的预定运行轨迹参数，实时计算出小车运行时实际运行参数与目标参数(即为预先设定的运行轨迹目标参数)之间的差值，按比例输出电压值给小车伺服输出控制单元，控制小车马达速度来实现小车快速跟踪，达到理想运动轨迹。根据上面所述的设计思想，结合附图1对本发明的系统做进一步的描述，本发明的小车速度控制跟踪系统，包括PLC可编程控制器100，分别与输入检测单元200和伺服输出控制单元300相连接，其中PLC可编程控制器100用于将技术参数文档数据保存在存储单元内，预先设定运行轨迹参数，编制PLC算法程序，并采集由输入检测单元200送来的状态或数据信号，CPU根据保存在存储单元内的预定运行轨迹参数对采集来的不同状态的参数信号进行运算，校正和处理，并发出命令通过输出单元至伺服输出控制单元300，控制小车马达的转速，实现对运行中的小车进行跟踪处理；PLC可编程控制器100主要包括输入单元101，中央处理器CPU 102、存储单元103和输出单元104，输入单元101通过接口与输入检测单元200相连，用于接收小车的状态或数据信号；中央处理器CPU 102，用于按PLC 的系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集有输入单元送来的状态和数据信号，并根据保存在存储单元103内的预定运行轨迹参数对采集来的不同状态的参数信号进行运算，发出相应的控制指令通过输出单元104去指挥相关的控制电路。输入检测单元200被设置在小车上，输入检测单元200分别包括三个检测部件(包括行走检测、旋转检测和倾斜检测)，输入检测单元200用于根据设置在不同位置的检测器件将小车运行时的不同状态信号(包括行走检测、旋转检测和倾斜检测等信号)通过输入单元101传送至PLC可编程控制器100内。伺服输出控制单元300与PLC可编程控制器100 的输出单元104相连，当PLC可编程控制器100通过输出单元104将实时校正后的不同控制命令，按比例输出电压值给小车伺服输出控制单元300，控制小车的马达速度来实现小车快速跟踪，达到理想运动轨迹。 下面结合附图2和附图3对本发明的小车速度控制跟踪方法做进一步详细的描述，如2所示为控制方法流程框图，本发明的控制方法步骤主要包括如下描述 Si、预先设置小车 运行轨道参数，并存入PLC存储单元内；
其中，设置小车运行轨道参数是根据小车运行现场各种情节，由工程人员生成一个运行轨迹技术参数文挡(如表1)，该文档以秒为单位，列出每一秒行走距离，旋转角度，倾斜角度等(在车辆行使过程中，车辆倾斜角度为0，或者程序根本就不考虑倾斜角度问题；而在停止状态时，车辆的倾斜角度是控制车厢做符合影片要求的动作) 表权利要求
1.一种多自由度轨道小车速度控制跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤A、预先设定运行轨迹目标参数，将所述运行轨迹目标参数并保存在可编程控制器的存储单元内；B、编制所述可编程控制器的算法程序；C、小车启动时，所述可编程控制器采集由输入检测单元送来的状态或数据信号，所述可编程控制器根据所述预定运行轨迹目标参数，实时计算出所述小车运行时实际运行参数与所述目标参数之间差值；D、根据所述差值，按比例输出电压值给所述小车伺服输出控制单元，控制所述小车马达速度来实现小车快速跟踪。
2.根据权利要求1所述的小车速度控制跟踪方法，其特征在于，所述步骤A具体处理为生成一个运行轨迹技术参数文挡，所述文档时间以秒为单位，并列出每一秒所述小车的行走距离，旋转角度和倾斜角度的运行轨迹目标参数，根据所述技术参数文档，生成所述可编程控制器可识别的技术参数，并保存在所述存储单元内。
3.根据权利要求1所述的小车速度控制跟踪方法，其特征在于，所述可编程控制器的算法程序包括小车运行时行走距离算法程序、旋转角度算法程序和倾斜角度算法程序。
4.根据权利要求1或3所述的小车速度控制跟踪方法，其特征在于，所述算法程序或直接写入可编程控制器内或由上位机编制后一次性写入至所述可编程控制器的存储单元内。
5.根据权利要求3所述的小车速度控制跟踪方法，其特征在于，所述小车运行时行走距离算法程序具体包括如下步骤设定所述可编程控制器每1秒钟读取所述存储单元内数据区中下一步运行距离和运行时间参数；检测所述小车在行走过程中的实际运行时间和实际运行距离； 根据如下公式(a):V = (Sn-Snx)/(Tn-Tnx)(a)其中，Sn为下一步距离参数，Tn为下一步时间参数 Snx为实际运行距离，Tnx为实际运行时间所述可编程控制器计算出所述小车将要的运行速度V。
6.根据权利要求6所述的小车速度控制跟踪方法，其特征在于，所述实际运行距离Snx 通过如下公式(b)计算得到Snx = nXA(b)其中n为所述小车行走的横梁数，A为相邻两个横梁间的间距。
7.根据权利要求3所述的小车速度控制跟踪方法，其特征在于，所述小车运行时旋转角度算法程序具体包括如下步骤所述可编程控制器预先设定每1秒读取所述存储单元内数据区中下一步旋转角度和时间参数；检测所述小车在旋转过程中的实际运行时间和实际旋转角度； 根据如下公式(C):VR = (Rn-Rnx) / (Tn-Tnx)(c)其中Rn为下一步旋转角度参数，Tn为下一步时间参数Rnx为实际旋转角度，Tnx为实际运行时间所述可编程控制器计算出所述小车将要旋转的角速度VR。
8.根据权利要求3所述的小车速度控制跟踪方法，其特征在于，所述小车运行时倾斜角度算法程序具体包括如下步骤所述可编程控制器预先设定每1秒读取存储单元内内数据区中下一步倾斜角度和时间参数；检测所述小车在倾斜过程中的实际运行时间和实际倾斜角度； 根据如下公式(d):VI = (In-Inx) / (Tn-Tnx)(d)其中1η为下一步倾斜角度参数，Tn为下一步时间参数 Inx为实际倾斜角度，Tnx为实际运行时间所述可编程控制器计算出所述小车将要倾斜的角速度VI。
9.一种多自由度轨道小车速度控制跟踪系统，其特征在于，包括可编程控制器，输入检测单元和伺服输出控制单元，所述可编程控制器分别与所述输入检测单元和伺服输出控制单元连接，其中，所述输入检测单元用于传送所述小车行走时的不同状态信号至所述可编程控制器； 所述可编程控制器用于计算所采集的当前小车运行参数与预先设定的运行轨迹目标参数之间的差值，按比例输出电压值给所述伺服输出控制单元；所述伺服输出控制单元用于根据所述可编程控制器实时校正后的不同控制命令，控制所述小车马达速度实现所述小车快速跟踪。
全文摘要
本发明属于机动游乐设施领域，提供了一种多自由度轨道小车的速度控制跟踪系统和方法，包括将运行轨迹技术参数文挡生成为PLC所能识别的技术参数，并保存在PLC存储单元内，通过PLC内部的CPU编制小车运行时行走距离、旋转角度和倾斜角度的PLC算法程序，小车启动后，PLC根据传感器检测轨道位置信号，执行不同的算法程序，并根据存储单元内保存的预定运行轨迹目标参数，实时计算出小车运行时实际运行参数与目标参数之间的差值，按比例输出电压值给小车伺服输出控制单元，控制小车马达速度来实现小车快速跟踪，达到理想运动轨迹。
文档编号G05D1/02GK102385385SQ20111027142
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者张志彬, 杨兵, 章乐平 申请人:深圳市远望淦拓科技有限公司