四轴驱动电动小车多电机定位协调控制系统，比较器、速度控制器、驱动器、伺服电机、位移传感器、速度估计器和偏差补偿器等构成了控制系统的速度控制内环，位移比较器、位移控制器、等构成了位置控制外环，相对于传统的多电机协调控制系统，本发明专利技术提供的控制系统结构简单，控制有效，对控制量检测装置的要求较低，成本低，易于实现，使用方便，能够保证在拖动轮打滑或存在干扰等情况下对电动小车运行参数的检测和运动状态的控制，并能够同时实现四轴电动小车的精确定位和速度协调控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自动控制系统，尤其是涉及用于码头集装箱转运的四轴驱动电动小车 多电机定位协调控制系统。
技术介绍
随着世界经贸的不断发展，集装箱港口吞吐量急剧增加，新一代的智能化集装箱 装卸技术得到了快速发展。新型高效自动化集装箱码头装卸机械系统由岸桥起重机、立体 分配系统、场桥起重机以及智能集卡等集装箱运输设备构成。岸桥系统和场桥系统之间的 立体分配系统直接决定了自动化码头的运行效率，成为新型高效智能型自动化码头装卸系 统的核心。高速轨道式四轴驱动电动小车是立体分配系统中重要的集装箱转运设备，它的控 制系统由滑触线供电，电动小车有八只独立车轮，由四台三相异步电机分别驱动。立体轨道 输送系统不仅要求各组高速电动小车相互之间的高精度定位，而且要求它们的泊位点相对 于岸桥和场桥而言也必须保证高精度定位，同时克服车轮与轨道的滑动摩擦和各种干扰， 这就要求针对不同的工况(环境情况、接收指令时与定位点的距离以及高速小车所载运的 集装箱等情况)提供相应的制动力，保证电动小车在每个要求的泊位点高精度定位。现有 的多电机协调控制方案大都针对多电机速度的协调控制，都不能很好地解决多电机的速度 和位置同时协调控制的问题。
技术实现思路
为了解决四轴驱动电动小车多电机的速度和位置同时协调控制的问题，本专利技术提 供一种四轴驱动电动小车多电机定位协调控制系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是，四轴驱动电动小车多电机定位协调控制系统，包括比较器、速度控制器、驱动器、 伺服电机、位移传感器、速度估计器、位移比较器、偏差补偿器和位移控制器，其特征在于， 所述控制系统包括前部系统和后部系统，前部系统中，比较器111、速度控制器112、驱动器113、伺服电机114、位移传感器 115、位移比较器131、偏差补偿器132顺次连接成闭合环路，位移传感器115通过速度估计 器116分别连接至速度控制器112和偏差补偿器132 ；比较器121、速度控制器122、驱动器 123、伺服电机124、位移传感器125、位移比较器131、偏差补偿器132顺次连接成闭合环路， 位移传感器125通过速度估计器126分别连接至速度控制器122和偏差补偿器132 ；后部系统中，比较器211、速度控制器212、驱动器213、伺服电机214、位移传感器 215、位移比较器231、偏差补偿器232顺次连接成闭合环路，位移传感器215通过速度估计 器216分别连接至速度控制器212和偏差补偿器232 ；比较器221、速度控制器222、驱动器 223、伺服电机224、位移传感器225、位移比较器231、偏差补偿器232顺次连接成闭合环路， 位移传感器225通过速度估计器226分别连接至速度控制器222和偏差补偿器232 ；前部系统和后部系统之间，位移比较器131和位移比较器231分别连接至位移比 较器400，位移比较器400通过位移控制器300分别接连接至比较器111、比较器121、比较 器211和比较器221。上述主要部件的具体情况如下，比较器是一个运算单元，其功能是对若干输入信号进行类型转换(比如D/A (数 字/模拟)变换)和标度变换，然后进行数值运算，得到一个输出信号，供给控制器或驱动 器使用。比较器的输入信号主要有给定信号、现场检测信号和补偿器输出信号等。比较器 由一个单片机系统(也可以是一个PLC(可编程逻辑控制器)单元)来实现，由D/A或A/D 器件、隔离器件、单片机或片上系统、存储单元、1/0(输入/输出)总线单元和电源系统组 成，属于弱电电路，它一般安装在电动小车控制器上。位移控制器/速度控制器/偏差补偿器是一种数字运算单元，其功能是可以运行 各种不同的控制算法，比如普通PID (比例微分积分)算法、模糊自整定PID算法、单神经元 PID控制等，可设置调整控制参数，然后将运算结果，即控制量，输出到比较器/驱动器上。 位移控制器/速度控制器/偏差补偿器由一个单片机系统(或片上单元或PLC模块或工控 机)实现，其核心是CPU(中央处理器)部件，实现控制数字运算功能。本专利技术中的位移控 制器、速度控制器和偏差补偿器其控制算法和控制参数均不同，控制算法和控制参数需要 根据现场情况设计和整定。在电路结构上，位移控制器/速度控制器/偏差补偿器一般由 CPU单元、存储单元(ROM(只读内存)和RAM(随机存取存储器))、1/0接口、逻辑器件、时钟 单元、电源等构成，形成了一种复合双闭环控制结构，这是本控制系统的核心部件之一。位 移控制器/速度控制器/偏差补偿器安装在电动小车的控制箱中。在本专利技术中，位移控制 器/速度控制器/偏差补偿器可以灵活选择各种现有的控制方法，本专利技术不作具体限定。速度估计器116、126、216、226 是一种数值运算单元，其功能是对位移传感器 115、125、215、225传来的前/后轮电机组的位移量信号Pi(i = 1，...，4)进行滤波、标度变 换，然后进行微分运算，从而得到电机的角速度信号= 1，...，4)。速度估计器可以使 用现有的各种微分算法，比如，一种简单的情况，若位移检测信息Pi (i = 1，. . .，4)没有扰动且经过光滑处理，则电机转速辟=先#，其中&(1 = 1，...，4)是一个常数，此外，速度at估计器的功能也可采用各种微分器来实现。速度估计器硬件上由CPU、RAM/R0M、I/0接口芯 片、A/D转换模块等组成。速度估计器安装在电动小车控制器上，实时计算电动小车各电机 的速度信息。驱动器113、123、213、223 根据四轴驱动电动小车驱动电机的不同，可以选择不同的驱动器。对于目前比较流行的感应式电机，电动小车驱动器一般采用交流变频器。驱 动器安装在电动小车底盘上。位移传感器是一种模拟量检测器件，可以采用码盘或感应同步器等装置实现，它 安装在双吊具桥吊小车运行机构的特定位置。本专利技术的有益效果是，相对于传统的多电机协调控制系统，本专利技术提供的控制系 统结构简单，控制有效，对控制量检测装置的要求较低，成本低，易于实现，使用方便，能够 保证在拖动轮打滑或存在干扰等情况下对电动小车运行参数的检测和运动状态的控制，并 能够同时实现四轴电动小车的精确定位和速度协调控制。附图说明图1是四轴驱动电动小车多电机定位协调控制系统的结构示意图。 具体实施例方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本专利技术。四轴电动小车控制系统的速度控制闭环采用了两个综合偏差补偿器，完成对速度 控制环的速度控制量进行补偿，实现速度协调控制。位置控制外环由位移比较器、位移控制 器构成。图1为四轴驱动电动小车定位协调控制系统组成结构图。其中，比较器、速度控制 器、驱动器、伺服电机、位移传感器、速度估计器和偏差补偿器等构成了控制系统的速度控 制内环，位移比较器、位移控制器、等构成了位置控制外环。其具体控制过程如下，由于小车前后部控制系统的结构和功能相似，仅以前部控制过程为例来说明。小 车位置控制给定信号Pd由立体分配系统根据现场集装箱装卸任务由集装箱计划调度系统 等提供。首先位移比较器400接收到电动小车的位移控制指令pd，给出电动小车运行的目 标位置，在第一个采样周期内，该指令经过位移本文档来自技高网...
【技术保护点】
四轴驱动电动小车多电机定位协调控制系统，包括比较器、速度控制器、驱动器、伺服电机、位移传感器、速度估计器、位移比较器、偏差补偿器和位移控制器，其特征在于，所述控制系统包括前部系统和后部系统，前部系统中，比较器（１１１）、速度控制器（１１２）、驱动器（１１３）、伺服电机（１１４）、位移传感器（１１５）、位移比较器（１３１）、偏差补偿器（１３２）顺次连接成闭合环路，位移传感器（１１５）通过速度估计器（１１６）分别连接至速度控制器（１１２）和偏差补偿器（１３２）；比较器（１２１）、速度控制器（１２２）、驱动器（１２３）、伺服电机（１２４）、位移传感器（１２５）、位移比较器（１３１）、偏差补偿器（１３２）顺次连接成闭合环路，位移传感器（１２５）通过速度估计器（１２６）分别连接至速度控制器（１２２）和偏差补偿器（１３２）；后部系统中，比较器（２１１）、速度控制器（２１２）、驱动器（２１３）、伺服电机（２１４）、位移传感器（２１５）、位移比较器（２３１）、偏差补偿器（２３２）顺次连接成闭合环路，位移传感器（２１５）通过速度估计器（２１６）分别连接至速度控制器（２１２）和偏差补偿器（２３２）；比较器（２２１）、速度控制器（２２２）、驱动器（２２３）、伺服电机（２２４）、位移传感器（２２５）、位移比较器（２３１）、偏差补偿器（２３２）顺次连接成闭合环路，位移传感器（２２５）通过速度估计器（２２６）分别连接至速度控制器（２２２）和偏差补偿器（２３２）；前部系统和后部系统之间，位移比较器（１３１）和位移比较器（２３１）分别连接至位移比较器（４００），位移比较器（４００）通过位移控制器（３００）分别接连接至比较器（１１１）、比较器（１２１）、比较器（２１１）和比较器（２２１）。...
【技术特征摘要】
四轴驱动电动小车多电机定位协调控制系统，包括比较器、速度控制器、驱动器、伺服电机、位移传感器、速度估计器、位移比较器、偏差补偿器和位移控制器，其特征在于，所述控制系统包括前部系统和后部系统，前部系统中，比较器(111)、速度控制器(112)、驱动器(113)、伺服电机(114)、位移传感器(115)、位移比较器(131)、偏差补偿器(132)顺次连接成闭合环路，位移传感器(115)通过速度估计器(116)分别连接至速度控制器(112)和偏差补偿器(132)；比较器(121)、速度控制器(122)、驱动器(123)、伺服电机(124)、位移传感器(125)、位移比较器(131)、偏差补偿器(132)顺次连接成闭合环路，位移传感器(125)通过速度估计器(126)分别连接至速度控制器(122)和偏差补偿器(132)；后部系统中，比较器...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐为民，褚建新，康伟，沈爱弟，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：31
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