一种特种车辆发射筒起竖调直过程中的容错控制方法与流程

本发明涉及特种车辆技术领域，更为具体来说，本发明为一种特种车辆发射筒起竖调直过程中的容错控制方法。

背景技术：

特种车辆车控系统用于实现发射筒起竖并调直，起竖调直流程是实现发射准备流程的重要环节，因此，必须保证车控系统中的电气系统、液压系统、机械系统顺利工作，对控制的安全性和可靠性有非常高的要求。在起竖调直过程中，起竖角度编码器和调直传感器均起着至关重要的作用，当二者之一发生故障时，传统解决方法只能是停止起竖调直过程，然后对相应的传感器进行维修或更换，当起竖角度编码器和调直传感器均无故障时再进行起竖。但是，这种中止起竖调直流程进行维修的方式严重影响了发射筒的起竖调直工作，在具体的工况下其往往难以满足特种车辆的实际需要。

因此，如何在起竖角度编码器或调直传感器故障的情况下可靠地完成特种车辆发射筒的起竖调直，从而保证发射准备流程的顺利完成，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

技术实现要素：

为解决现有特种车辆发射筒起竖调直过程中在起竖角度编码器故障或者调直传感器故障时必须中止起竖调直流程的问题，本发明创新设计了起竖容错控制流程和调直容错控制流程，作为一种冗余控制策略，本发明实现了在起竖角度编码器异常情况下或者在调直传感器异常情况下起竖调直流程不终止，平稳安全地完成特种车辆发射筒的起竖调直工作，从而保证了发射准备流程的顺利完成。

为实现上述的技术目的，本发明公开了一种特种车辆发射筒起竖调直过程中的容错控制方法，该容错控制方法包括如下步骤，

起竖初始阶段：开启第一液压泵和第二液压泵，打开起竖多路阀a、起竖多路阀b以及起竖多路阀c，将所述起竖多路阀a、起竖多路阀b、起竖多路阀c均设置为全开状态；其中，所述第一液压泵和第二液压泵均与主控制器连接，所述起竖多路阀a、起竖多路阀b、起竖多路阀c均与多路阀控制器连接，所述多路阀控制器通过can总线与主控制器连接；

起竖监测阶段：监测起竖角度编码器的状态，判断起竖角度编码器的状态是否符合第一预设故障状态，并在符合时进入起竖异常阶段；其中，所述起竖角度编码器通过can总线与主控制器连接；

起竖异常阶段：读取起竖角度编码器在异常前检测的有效角度；

如果所述有效角度小于60°，则依次关闭起竖多路阀a和起竖多路阀b，调小起竖多路阀c流量、关闭第一液压泵，然后读取调直传感器检测的垂直度，如果所述垂直度在-5°与5°之间，则调低起竖调直液压系统的压力后进入调直控制阶段；其中，所述调直传感器通过can总线与主控制器连接；

如果所述有效角度大于或等于60°，则调小起竖多路阀b流量、关闭第一液压泵，读取调直传感器检测的垂直度，如果所述垂直度在-5°与5°之间，则调低起竖调直液压系统的压力后进入调直控制阶段；

调直控制阶段：通过闭环调直控制方法对特种车辆发射筒进行调直。

本发明创新地设计了起竖角度编码器故障时的容错控制方法，实现在起竖角度编码器故障时发射筒的平稳、安全起竖，从而有效的克服了传统方法在起竖角度编码器故障时必须中止起竖流程的问题，提高了特种车辆发射筒的起竖效率，满足了现场工况的实际需求。

进一步地，在起竖监测阶段，如果起竖角度编码器无故障，则进入起竖正常阶段；

起竖正常阶段：根据起竖角度编码器检测到的角度对起竖多路阀a、起竖多路阀b、起竖多路阀c、起竖调直液压系统的压力以及第一液压泵进行控制，并且在起竖角度编码器检测到的角度大于85°时进入调直控制阶段。

本发明将起竖角度编码器有故障和无故障两种控制策略有机地结合，实现对特种车辆发射筒起竖过程的安全、平稳控制。

进一步地，经过起竖正常阶段之后进入调直控制阶段时，判断调直传感器是否符合第二预设故障状态，并在符合时进入调直异常阶段；

调直异常阶段：读取调平传感器采集的前后水平度，并根据下述方式计算垂直度，进行调直传感器故障下的调直，其中，所述调平传感器通过can总线与主控制器连接；

an2＝un1+an1–90°；

其中，an2为垂直度，un1为起竖角度编码器检测到的角度，an1为调平传感器采集的前后水平度。

基于上述改进的技术方案，本发明创新地设计了调直传感器故障时的容错控制方法，实现在调直传感器故障时发射筒的平稳、安全调直，从而有效克服了传统方法在调直传感器故障时必须中止调直流程的问题，提高了特种车辆发射筒的调直效率，满足了现场工况的实际需求。

进一步地，在调直控制阶段中调直传感器无故障；

如果垂直度≥-5°，则将起竖调直液压系统的压力调节为全开状态的10％，闭环调直速度规划值为20′/s；

如果所述垂直度在-5°与-80′之间或者80′与5°之间，则闭环调直速度规划值为8′/s；

如果所述垂直度在8′与80′之间，则将起竖调直液压系统的压力调节为全开状态的90％，将起竖多路阀c流量调节为全开状态的20％；

如果如果所述垂直度在-80′与-8′之间，则将起竖调直液压系统的压力调节为全开状态的10％，将起竖多路阀c流量调节为全开状态的20％；

如果所述垂直度在-8′与8′之间，则关闭起竖多路阀c，且如果2s后垂直度仍在-8′与8′之间，则结束调直控制阶段。

本发明将调直传感器有故障和无故障两种控制策略有机地结合，实现对特种车辆发射筒调直过程的安全、平稳控制。

进一步地，所述闭环调直控制方法为包括如下步骤，令w为每隔100ms进行一次计算实际调直角速度与闭环调直速度规划值的差；

当0＜w＜5′/s时，则将起竖多路阀c流量减小1％；

当-5′/s＜w＜0时，则将起竖多路阀c流量增大1％；

当5′/s＜w＜10′/s时，则将起竖多路阀c流量减小2％；

当-10′/s＜w＜-5′/s时，则将起竖多路阀c流量增大2％；

当10′/s＜w＜20′/s时，则将起竖多路阀c流量减小3％；

当-20′/s＜w＜-10′/s时，则将起竖多路阀c流量增大3％；

当20′/s＜w＜30′/s时，则将起竖多路阀c流量减小4％；

当-30′/s＜w＜-20′/s时，则将起竖多路阀c流量增大4％；

当w＞30′/s时，则将起竖多路阀c流量减小6％；

当w＜-30′/s时，则将起竖多路阀c流量增大6％。

基于上述改进的技术方案，本发明有效地提高了特种车辆发射筒调直过程中的精度，从而实现对发射筒的平稳、安全调直。

进一步地，所述第一预设故障状态包括：起竖角度编码器连续2s内无信号、起竖角度编码器连续2s内信号无变化、起竖角度编码器检测的起竖速度大于5°/s中的至少一种。

进一步地，所述第二预设故障状态包括：起竖角度编码器检测到的角度大于85°后调直传感器连续2s内无信号、起竖角度编码器检测到的角度大于85°后调直传感器连续2s内信号无变化。

进一步地，在特种车辆发射筒起竖调直过程中，如果发生左右水平度变化超过15′、前后水平度变化超过2°、起竖角度编码器检测到的角度大于90.5°、前后水平度大于3°、起竖角度编码器检测到的角度在78°和93°之间且起竖调直液压系统的流量大于150l/min、调直传感器检测到的垂直度在-210′和-80′之间且调直角速度大于等于100′/s、调直传感器检测到的垂直度在-80′和80′之间且调直角速度大于等于40′/s中的任一种情况，则起竖调直过程急停并报警。

进一步地，在起竖初始阶段，开启第一液压泵和第二液压泵后延时500ms，然后在2s内将起竖调直液压系统的压力调节到全开状态的80％，然后打开起竖多路阀a、起竖多路阀b、起竖多路阀c且三者初始流量为各自全开状态的20％，然后以每200ms增加10％的速度逐渐提高起竖多路阀a、起竖多路阀b、起竖多路阀c的流量，直至三者处于全开状态。

进一步地，在起竖正常阶段，

如果un1≤60°，则保持起竖调直液压系统的压力和各个起竖多路阀的流量；

如果60°＜un1≤68°，关闭起竖多路阀a，将起竖多路阀b、起竖多路阀c流量调节为各自全开状态的60％，起竖调直液压系统的压力调节至全开状态的70％；；

如果68°＜un1≤75°，将起竖多路阀b流量调节为全开状态的30％；

如果75°＜un1≤80°，关闭起竖多路阀b，则开始闭环起竖控制，闭环调直速度规划值为75′/s；

如果80°＜un1≤85°，闭环调直速度规划值为50′/s，关闭第一液压泵；

其中，un1为起竖角度编码器检测到的角度。

基于上述改进的技术方案，本发明有效地提高了特种车辆发射筒起竖过程中的精度，从而实现对发射筒的平稳、安全起竖。

本发明的有益效果为：为了解决因起竖角度编码器或调直传感器故障而终止起竖调直流程的问题，本发明创新地设计了起竖角度编码器和调直传感器故障时的容错控制方法，达到了起竖角度编码器或调直传感器失效情况下起竖调直流程不中止、平稳且安全的完成起竖流程的目的，以保证发射准备流程的顺利完成。

附图说明

图1为本发明特种车辆发射筒起竖调直过程中的容错控制方法简略流程示意图。

图2为起竖编码器异常时的起竖流程示意图。

图3为起竖编码器正常时的起竖流程示意图。

图4为特种车辆发射筒起竖调直过程的监测流程示意图。

图5为本发明特种车辆发射筒起竖调直过程中的容错控制方法详细流程示意图。

图6为特种车辆车控系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明一种特种车辆发射筒起竖调直过程中的容错控制方法进行详细的解释和说明。

如图1-6所示，本发明公开了一种特种车辆发射筒起竖调直过程中的容错控制方法，该容错控制方法包括如下步骤。

起竖初始阶段：开启第一液压泵和第二液压泵，打开起竖多路阀a、起竖多路阀b以及起竖多路阀c，将起竖多路阀a、起竖多路阀b、起竖多路阀c均设置为全开状态；具体来说，如图5所示，在起竖初始阶段，开启第一液压泵和第二液压泵后延时500ms，然后在2s内将起竖调直液压系统的压力调节到全开状态的80％，然后打开起竖多路阀a、起竖多路阀b、起竖多路阀c且三者初始小流量为各自全开状态的20％，然后以每200ms增加10％的速度逐渐提高起竖多路阀a、起竖多路阀b、起竖多路阀c的流量，直至三者处于全开状态其中，第一液压泵和第二液压泵均与主控制器连接，起竖多路阀a、起竖多路阀b、起竖多路阀c均与多路阀控制器连接，多路阀控制器通过can总线与主控制器连接；如图6所示，本实施例中，对于具体的特种车辆，第一液压泵为液压大泵，第二液压泵为液压中泵；具体地，特种车辆车控系统中的主控制器通过can总线向多路阀控制器发送控制命令，以控制液压系统阀件实现起竖油缸动作方向和动作速度的控制；通过流量传感器实现对起竖调直流程中液压系统流量的采集，通过起竖角度编码器实现对起竖过程中发射筒角度的采集，通过调直传感器实现对调直过程中垂直度的采集，通过调平传感器实现对车体前后水平度和左右水平度的采集。本实施例中，调直传感器和调平传感器均为双轴倾角传感器。

起竖监测阶段：监测起竖角度编码器的状态，判断起竖角度编码器的状态是否符合第一预设故障状态，并在符合时进入起竖异常阶段；在本阶段，如果起竖角度编码器无故障，则进入起竖正常阶段；其中，起竖角度编码器通过can总线与主控制器连接。第一预设故障状态可为起竖角度编码器离线、角度变化过快、角度变化过慢、连续2秒角度无变化等，本实施例中，第一预设故障状态包括：起竖角度编码器连续2s内无信号、起竖角度编码器连续2s内信号无变化、起竖角度编码器检测的起竖速度大于5°/s中的至少一种。

起竖异常阶段：作为起竖过程中的一种冗余控制策略，读取起竖角度编码器在异常前检测的有效角度；本实施例中，主控制器读取2秒前保存的起竖角度，应理解为：在起竖过程中起竖角度编码器器出现故障时，主控制器报警但不急停，并自动切换至起竖编码器故障时控制策略分支进行起竖控制，由于无法预知编码器何时故障，本发明中的主控制器实时存储最近时间2秒内的起竖角度编码器的角度，具体说明如图2所示。

如果有效角度小于60°，则依次关闭起竖多路阀a和起竖多路阀b，调小起竖多路阀c流量、关闭第一液压泵，具体地，先关闭起竖多路阀a，延时5s后再关闭起竖多路阀b、起竖多路阀c流量调节为全开状态的30％、关闭第一液压泵，然后读取调直传感器检测的垂直度，如果垂直度在-5°与5°之间，则调低起竖调直液压系统的压力后进入调直控制阶段。

如果有效角度大于或等于60°，则调小起竖多路阀b流量、关闭第一液压泵，具体地，调小起竖多路阀b流量至全开状态的30％，延时5s后关闭第一液压泵，读取调直传感器检测的垂直度，如果垂直度在-5°与5°之间，则调低起竖调直液压系统的压力后进入调直控制阶段；其中，调直传感器通过can总线与主控制器连接；

起竖正常阶段：根据起竖角度编码器检测到的角度对起竖多路阀a、起竖多路阀b、起竖多路阀c、起竖调直液压系统的压力以及第一液压泵进行控制，并且在起竖角度编码器检测到的角度大于85°时进入调直控制阶段，具体说明如下，如图3所示。

如果un1≤60°，则保持起竖调直液压系统的压力和各个起竖多路阀的流量；

如果60°＜un1≤68°，关闭起竖多路阀a，将起竖多路阀b、起竖多路阀c流量调节为各自全开状态的60％，起竖调直液压系统的压力调节至全开状态的70％；；

如果68°＜un1≤75°，将起竖多路阀b流量调节为全开状态的30％；

如果75°＜un1≤80°，关闭起竖多路阀b，则开始闭环起竖控制，闭环调直速度规划值为75′/s；

如果80°＜un1≤85°，闭环调直速度规划值为50′/s，关闭第一液压泵；其中，un1为起竖角度编码器检测到的角度，单位记为度。

调直控制阶段：进一步通过闭环调直控制方法对特种车辆发射筒进行调直。

更为具体地，经过起竖正常阶段之后进入调直控制阶段时，判断调直传感器是否符合第二预设故障状态，并且在符合时进入调直异常阶段，应理解为：调直传感器出现故障时，主控制器判断起竖角度传感器无故障时，主控制器报警不急停，并自动切换至调直传感器故障时控制分支进行调直控制；若调直传感器和起竖角度传感器均故障，则起竖流程自动急停终止；如果调直传感器无故障，则根据该调直传感器检测的垂直度进行闭环调直控制。本实施例中，第二预设故障状态包括两种：起竖角度编码器检测到的角度大于85°后调直传感器连续2s内无信号、起竖角度编码器检测到的角度大于85°后调直传感器连续2s内信号无变化。

调直异常阶段：作为调直过程中的一种冗余控制策略，本实施例读取调平传感器采集的前后水平度，并根据下述方式计算垂直度，然后根据该计算的垂直度进行在调直传感器故障下的调直，如图4所示，其中，调平传感器通过can总线与主控制器连接。

an2＝un1+an1–90°；

其中，an2为垂直度，un1为起竖角度编码器检测到的角度，an1为调平传感器采集的前后水平度，an2、un1、an1的单位均记为度。

在调直控制阶段中，如果调直传感器无故障，则具体按照调直传感器检测的垂直度进行调直，具体如下。

如果垂直度≥-5°，则将起竖调直液压系统的压力调节为全开状态的10％，闭环调直速度规划值为20′/s；

如果垂直度在-5°与-80′之间或者80′与5°之间，则闭环调直速度规划值为8′/s；

如果垂直度在8′与80′之间(前高)，则将起竖调直液压系统的压力调节为全开状态的90％，将起竖多路阀c流量调节为全开状态的20％；

如果如果垂直度在-80′与-8′之间(前低)，则将起竖调直液压系统的压力调节为全开状态的10％，将起竖多路阀c流量调节为全开状态的20％；

如果垂直度在-8′与8′之间，则关闭起竖多路阀c，且如果2s后垂直度仍在-8′与8′之间，则结束调直控制阶段。

更为具体地，闭环调直控制方法为包括如下步骤，令w为每隔100ms进行一次计算实际调直角速度与闭环调直速度规划值的差；

当0＜w＜5′/s时，则将起竖多路阀c流量减小1％；

当-5′/s＜w＜0时，则将起竖多路阀c流量增大1％；

当5′/s＜w＜10′/s时，则将起竖多路阀c流量减小2％；

当-10′/s＜w＜-5′/s时，则将起竖多路阀c流量增大2％；

当10′/s＜w＜20′/s时，则将起竖多路阀c流量减小3％；

当-20′/s＜w＜-10′/s时，则将起竖多路阀c流量增大3％；

当20′/s＜w＜30′/s时，则将起竖多路阀c流量减小4％；

当-30′/s＜w＜-20′/s时，则将起竖多路阀c流量增大4％；

当w＞30′/s时，则将起竖多路阀c流量减小6％；

当w＜-30′/s时，则将起竖多路阀c流量增大6％。

另外，需要说明的是，为了保证起竖调直过程的可靠性，在特种车辆发射筒起竖调直过程中，如果发生左右水平度变化超过15′、前后水平度变化超过2°、起竖角度编码器检测到的角度大于90.5°、前后水平度大于3°、起竖角度编码器检测到的角度在78°和93°之间且起竖调直液压系统的流量大于150l/min、调直传感器检测到的垂直度在-210′和-80′之间且调直角速度大于等于100′/s、调直传感器检测到的垂直度在-80′和80′之间且调直角速度大于等于40′/s中的任一种情况，则起竖调直过程急停并报警。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。