探析平行轨行车智能纠偏控制系统设计

赵小卫

摘要：偏轨现象是平行轨行车在运行生产过程中常见的现象，一旦出现该问题，极易引发事故。现就平行轨行车出现偏移的原因进行分析，设计了一个智能纠偏控制系统，阐述位置与速度偏差纠正过程，基于增量式PH）控制算法，比较调试前后的纠偏效果，结果发现，此系统可自动纠正平行轨行车偏轨现象，促进自动化水平的提升。

关键词：智能纠偏控制系统；平行轨行车；设计

中图分类号：TH21文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）13-123-02

前言

行车指的是起重机，又被成为天车、吊车。主要分为两种，一种是集中驱动，另一种是分别驱动，被广泛应用于车间、工厂等大型制造业。在生产过程中，平行轨行车易出现问题，最常见的是偏移现象，行车运动过程中，两端未保持水平，或者行车两侧速度不一致是造成该现象的主要原因。因此，设计智能纠偏控制系统，对于纠正偏移现象，防止事故发生具有重要意义。

1.偏移现象发生原因分析

造成平行轨行车出现偏移现象的原因，包括以下几点：

其一，运行期间，平行轨行车两端受到的阻力存在偏差。在两端阻力不同的情况下，造成线速度出现偏差，导致两侧速度出现偏差，长期已久造成位移偏差。平行轨行车两端都安装吸泥设备，以对沉降水池中的污泥进行回收，污水处理过程中，受到处理工艺的影响，造成沉降水池两端的污泥浓度出现偏差，一般一侧超过另一侧，导致平行轨行车在行驶期间两侧的阻力存在差异，进而出现偏移现象。

其二，平行轨行车在运动期间，两端的滚轮出现打滑现象，致使平行轨行车偏轨运行。行车的工作环境大多是在露天环境，遭遇雨雪天气情况下，导轨上出现雨水、冰，使导轨和行车滚轮间的摩擦力大大减小，造成行车两侧安装的主动轮发生打滑。

其三，平行轨行车行驶到端点时，因失去动力，出现惯性运动，造成行车行驶出现位移偏差。接近开关分别安装于平行导轨的两端，到位信号被开关检测到后，平行轨行车会停止行驶，待数秒后，反方向行驶。惯性是大多数运动物体停止时出现的运动状态，平行轨行车在运动停止时，亦会出现惯性，加之两端受到不同的阻力，因此，造成平行轨行车反向运动时，出现位移偏差。

通过分析偏移现象出现的原因，可以发现，行车在运动期间产生的偏差分为两种，一种是位移偏差，另一种是速度偏差。就上述偏差，构建一个智能纠偏控制系统，以改善偏差问题。

2.设计智能纠偏控制系统

位置检测装置、速度检测装置、驱动与变频装置与工控机共同组成的纠偏控制系统。其工作原理为：行车运行期间，出现位移或速度偏差，位置与速度检测装置对偏移量进行检测，并转变为电信号。在ND转换卡的作用下，工控机获取电信号，之后纠偏控制系统运输、输出信号，板卡对输出值进行转换，使其变成变频驱动信号，对电动机进行控制，使其自动纠正偏移量，进而构成两个闭环控制系统。

2.1速度偏差纠正

速度偏差是行车运动期间存在的主要问题之一，如果不能及时调整，造成行车偏轨运行。造成该问题的原因包括很多，如电动机与行车两侧连接的减速装置出现机械磨损：受到外部信号扰动等相关因素的影响，造成两侧驱动电动机运行速度出现偏差等。速度偏差值指的是位移偏差（由行车启动至终止阶段）与运行时间的比值，公式为：

具体解决方案为：选取频率信号（由从动轮机上编码器产生）当作调速系统反馈信号，设定一端的反馈信号值为另一端的从动轮反馈信号当作比较值，用v1sp表示，在控制器中比较计算两种信号，输出信号选为频率调节信号，位于比较端的变频器，过才能一个闭环控制系统，由于行车速度相对较慢，因此，需要对输出部分变化趋势进行控制。运用PID控制调节法控制系统，设定微分、积分、比例参数值时，要以平缓状态下的频率输出变化率为宜，图1表示速度调偏回路。

主动轮与从动轮分别位于平行轨行车两侧，改造从动轮，并安装编码器，借助地下铺设的电缆，向控制器传输反馈值，选为编码器检测信号。

2.2位置偏差纠正

行车停止或者启动过程中，两侧相同的参考位置未处于相同水平线，出现偏差，即是运行期间平行轨行车出现的位置偏差。行车行驶状态下，即使两侧的速度相同，也仍然存在位置偏差。将两组接近开关假装到平行轨道上，是位置偏差纠正的重要方法。在导轨上，行车进行往返运动时，运行至加装组开关位置时，自动位置偏差纠正一致，驶至导轨端点的接近开关时，停留数秒，之后为反方向运行，运行至另一组开关位置时，自动微小纠偏。

调偏流程如下：自某一端端点位置，行车开始运行后，两侧出现位置偏差，到达第一组开关位置时，先到达的一段会终止动作，未到达的一段继续前进，待另一端与接近开关接触后，行车两侧全部停止，停留数秒，之后继续前进。通过另一组接近开关时，动作与上述一致。利用新安装的两组接近开关，自动纠正行车行驶期间出现的位置偏差。

3.增量式PlD控制算法简析

将增量式PID算法应用于速度纠偏控制器中。运行期间两侧电动机提供不同的动力是平行轨行车出现速度偏差的主要因

4.验证纠偏效果

改造、设计平行轨行车速度与位置自动纠偏系统后，可改善平行轨行车运行期间出现偏移现象。并对某污水处理厂中的设备运用此设计系统进行调试，比较平行轨行车设备纠偏前后运行情况。

将编码器安装于平行轨行车两侧，编码器可将反馈的频率信号实时展现出来，以展现行车两侧具体运行状况，通过比较纠偏前与纠偏后的效果图（图中的蓝色折线与红色折线，分别表示平行轨行车两侧编码器的变化趋势），可以发现，纠偏前效果图中蓝色与红色折线变化呈无规律特征，且跳动区间偏大，表明行车两侧的速度偏差较大，两端同步性较差。这种条件下极易造成平行轨行车偏轨运行，长期发展出现掉轨或啃轨问题。观察纠偏后效果图可以发现，图中蓝色与红色折线变化规律，跳动区间显著降低，两端同步性明显增强。比较纠偏前后的数据，表明此系统可改善运行生产中平行轨行车出现啃轨、偏轨问题。

5.结语

通过分析运行期间平行轨行车出现偏移问题的实际原因，可以发现，行车运动期间，两侧滚轮打滑，行车在停止时出现惯性，以及运行期间平行轨行车两侧承受不同的阻力，是造成平行轨行车出现偏移现象的重要原因，就上述原因设计了一个智能纠偏控制系统，通过验证纠偏效果，可以发现其可改善平行轨行车出现偏移现象，减少了平行轨行车运行生产期间故障的发生率，实现了平行轨行车安全运行生产。

通过对某污水处理厂的平行轨行车实施软件程序设计及硬件设备改造后，进行调试。结果表明，该系统成功调试，且具有较好的调偏效果。