探析平行軌行車智能糾偏控制系統設計

趙小衛

摘要：偏軌現象是平行軌行車在運行生產過程中常見的現象，一旦出現該問題，極易引發事故。現就平行軌行車出現偏移的原因進行分析，設計了一個智能糾偏控制系統，闡述位置與速度偏差糾正過程，基于增量式PH）控制算法，比較調試前后的糾偏效果，結果發現，此系統可自動糾正平行軌行車偏軌現象，促進自動化水平的提升。

關鍵詞：智能糾偏控制系統；平行軌行車；設計

中圖分類號：TH21文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）13-123-02

前言

行車指的是起重機，又被成為天車、吊車。主要分為兩種，一種是集中驅動，另一種是分別驅動，被廣泛應用于車間、工廠等大型制造業。在生產過程中，平行軌行車易出現問題，最常見的是偏移現象，行車運動過程中，兩端未保持水平，或者行車兩側速度不一致是造成該現象的主要原因。因此，設計智能糾偏控制系統，對于糾正偏移現象，防止事故發生具有重要意義。

1.偏移現象發生原因分析

造成平行軌行車出現偏移現象的原因，包括以下幾點：

其一，運行期間，平行軌行車兩端受到的阻力存在偏差。在兩端阻力不同的情況下，造成線速度出現偏差，導致兩側速度出現偏差，長期已久造成位移偏差。平行軌行車兩端都安裝吸泥設備，以對沉降水池中的污泥進行回收，污水處理過程中，受到處理工藝的影響，造成沉降水池兩端的污泥濃度出現偏差，一般一側超過另一側，導致平行軌行車在行駛期間兩側的阻力存在差異，進而出現偏移現象。

其二，平行軌行車在運動期間，兩端的滾輪出現打滑現象，致使平行軌行車偏軌運行。行車的工作環境大多是在露天環境，遭遇雨雪天氣情況下，導軌上出現雨水、冰，使導軌和行車滾輪間的摩擦力大大減小，造成行車兩側安裝的主動輪發生打滑。

其三，平行軌行車行駛到端點時，因失去動力，出現慣性運動，造成行車行駛出現位移偏差。接近開關分別安裝于平行導軌的兩端，到位信號被開關檢測到后，平行軌行車會停止行駛，待數秒后，反方向行駛。慣性是大多數運動物體停止時出現的運動狀態，平行軌行車在運動停止時，亦會出現慣性，加之兩端受到不同的阻力，因此，造成平行軌行車反向運動時，出現位移偏差。

通過分析偏移現象出現的原因，可以發現，行車在運動期間產生的偏差分為兩種，一種是位移偏差，另一種是速度偏差。就上述偏差，構建一個智能糾偏控制系統，以改善偏差問題。

2.設計智能糾偏控制系統

位置檢測裝置、速度檢測裝置、驅動與變頻裝置與工控機共同組成的糾偏控制系統。其工作原理為：行車運行期間，出現位移或速度偏差，位置與速度檢測裝置對偏移量進行檢測，并轉變為電信號。在ND轉換卡的作用下，工控機獲取電信號，之后糾偏控制系統運輸、輸出信號，板卡對輸出值進行轉換，使其變成變頻驅動信號，對電動機進行控制，使其自動糾正偏移量，進而構成兩個閉環控制系統。

2.1速度偏差糾正

速度偏差是行車運動期間存在的主要問題之一，如果不能及時調整，造成行車偏軌運行。造成該問題的原因包括很多，如電動機與行車兩側連接的減速裝置出現機械磨損：受到外部信號擾動等相關因素的影響，造成兩側驅動電動機運行速度出現偏差等。速度偏差值指的是位移偏差（由行車啟動至終止階段）與運行時間的比值，公式為：

具體解決方案為：選取頻率信號（由從動輪機上編碼器產生）當作調速系統反饋信號，設定一端的反饋信號值為另一端的從動輪反饋信號當作比較值，用v1sp表示，在控制器中比較計算兩種信號，輸出信號選為頻率調節信號，位于比較端的變頻器，過才能一個閉環控制系統，由于行車速度相對較慢，因此，需要對輸出部分變化趨勢進行控制。運用PID控制調節法控制系統，設定微分、積分、比例參數值時，要以平緩狀態下的頻率輸出變化率為宜，圖1表示速度調偏回路。

主動輪與從動輪分別位于平行軌行車兩側，改造從動輪，并安裝編碼器，借助地下鋪設的電纜，向控制器傳輸反饋值，選為編碼器檢測信號。

2.2位置偏差糾正

行車停止或者啟動過程中，兩側相同的參考位置未處于相同水平線，出現偏差，即是運行期間平行軌行車出現的位置偏差。行車行駛狀態下，即使兩側的速度相同，也仍然存在位置偏差。將兩組接近開關假裝到平行軌道上，是位置偏差糾正的重要方法。在導軌上，行車進行往返運動時，運行至加裝組開關位置時，自動位置偏差糾正一致，駛至導軌端點的接近開關時，停留數秒，之后為反方向運行，運行至另一組開關位置時，自動微小糾偏。

調偏流程如下：自某一端端點位置，行車開始運行后，兩側出現位置偏差，到達第一組開關位置時，先到達的一段會終止動作，未到達的一段繼續前進，待另一端與接近開關接觸后，行車兩側全部停止，停留數秒，之后繼續前進。通過另一組接近開關時，動作與上述一致。利用新安裝的兩組接近開關，自動糾正行車行駛期間出現的位置偏差。

3.增量式PlD控制算法簡析

將增量式PID算法應用于速度糾偏控制器中。運行期間兩側電動機提供不同的動力是平行軌行車出現速度偏差的主要因

4.驗證糾偏效果

改造、設計平行軌行車速度與位置自動糾偏系統后，可改善平行軌行車運行期間出現偏移現象。并對某污水處理廠中的設備運用此設計系統進行調試，比較平行軌行車設備糾偏前后運行情況。

將編碼器安裝于平行軌行車兩側，編碼器可將反饋的頻率信號實時展現出來，以展現行車兩側具體運行狀況，通過比較糾偏前與糾偏后的效果圖（圖中的藍色折線與紅色折線，分別表示平行軌行車兩側編碼器的變化趨勢），可以發現，糾偏前效果圖中藍色與紅色折線變化呈無規律特征，且跳動區間偏大，表明行車兩側的速度偏差較大，兩端同步性較差。這種條件下極易造成平行軌行車偏軌運行，長期發展出現掉軌或啃軌問題。觀察糾偏后效果圖可以發現，圖中藍色與紅色折線變化規律，跳動區間顯著降低，兩端同步性明顯增強。比較糾偏前后的數據，表明此系統可改善運行生產中平行軌行車出現啃軌、偏軌問題。

5.結語

通過分析運行期間平行軌行車出現偏移問題的實際原因，可以發現，行車運動期間，兩側滾輪打滑，行車在停止時出現慣性，以及運行期間平行軌行車兩側承受不同的阻力，是造成平行軌行車出現偏移現象的重要原因，就上述原因設計了一個智能糾偏控制系統，通過驗證糾偏效果，可以發現其可改善平行軌行車出現偏移現象，減少了平行軌行車運行生產期間故障的發生率，實現了平行軌行車安全運行生產。

通過對某污水處理廠的平行軌行車實施軟件程序設計及硬件設備改造后，進行調試。結果表明，該系統成功調試，且具有較好的調偏效果。