停车距离控制

关键词： 停车 系统

停车距离控制

停车距离控制 篇1

自动位置控制(Automatic Position Control,简称APC)是现代轧机中最重要的技术之一,依靠APC对辊缝进行精确定位,能极大地提高钢板的轧制精度。但是对于同一套轧机,生产的钢板规格相同,外部条件基本一致,APC控制方法相同,有时APC控制后的钢板不能准确停车,会产生负阻尼的现象,由于负阻尼的作用, 在一定条件下,系统运动会变得异常复杂,出现混沌现象［１］。由于在钢板的轧制过程中,存在的未知负载扰动和系统参数变化等都会对轧机自动位置控制停车系统产生影响,传统的PID、自适应等方法往往难以满足其控制要求。因此,针对轧机APC停车系统这种非线性、 变参数的特点,设计一种能适应多种工况变化且具有较强鲁棒性的轧机APC停车控制系统是非常必要的。

自抗扰控制技术(Active Disturbance Rejection Controller,ADRC)［２］是由中国科学院韩京清研究员提出的一种不依赖于系统模型的新型控制技术,它能实时估计并补偿系统运行时受到的各种外扰和内扰的综合作用,并结合特殊的非线性反馈结构实现良好的控制品质,具有超调小、响应快、精度高、抗干扰能力强、算法简单等特点,并且适于数字化实现。

目前人们对自抗扰控制在电厂、机器人、电机调速、卫星姿态控制等领域的应用均取得了一定的研究成果［３－６］。本文针对轧机APC停车系统混沌控制问题,使用ADRC方法设计了轧机APC停车系统控制器,进行了仿真研究,获得了良好的控制效果。

1轧机自动位置控制停车系统数学模型

文献[1]分析APC系统综合受力情况,得到了APC系统停车后的运动方程为:

其中:x为钢板相对于中心线的位移;k１为摩擦因数; k２、k３分别为与弹性形变相关的系数;F、ω 为轧辊偏心力的幅值和角频率;m为钢板的质量。

假设τ=ω1t,其中,并且令:,可将式(1)化简为:

当α=0.05,β=0.08,γ=0.03,δ=0.05时,参数在0.005~10之间变化的最大Lyapunov指数图如图1所示。从图1可以看出:当和时,最大Lyapunov指数等于零,式(2)处于周期运动状态;当在其他范围时,最大Lyapunov指数大于零,式(2)处于混沌运动状态。

针对上述系统,本文提出自抗扰控制策略。

2自抗扰控制系统设计

考虑轧机APC停车系统,现给定一参考信号v0(t),要设计一控制器u,使系统输出跟踪参考信号。对式(2)令则自动位置控制停车系统数学模型进一步简化为式(3)所示的二阶系统:

其中:

这样,ADRC控制器可以采用如图2所示的标准结构。图2中w为外界扰动,z１、z２、z３为状态变量, ESO为扩张状态观测器。

ADRC由3部分组成:非线性跟踪—微分器、扩张状态观测器和非线性反馈控制律［７－１０］。

2.1跟踪微分器

图2中,跟踪微分器TD安排给定信号的过渡过程,对它给定一个输入信号v０(t),v１(t)跟踪v０(t), v２(t)为过渡过程v１(t)的微分信号。其离散实现为:

其中:T为采样周期;u(k)为第k个采样时刻的控制信号;r为跟踪参数;h为输入信号被噪声污染时决定滤波效果的参数,可先取h=T,即等于采样时间,然后再根据需要成倍调整;fst(r,h)为最速综合函数,用下面一组关系表达:

2.2扩张状态观测器

图2中,扩张状态观测器的离散实现为:

其中:状态变量z１、z２跟踪被控对象输出y及;状态变量z３对被控对象的综合扰动量进行估计,并反馈到控制量u;状态估计值与实际输出的误差e=z１(k)- y(k);β０１、β０２、β０３为观测器的增益,且:

其中:α′、δ1为控制参数。

2.3非线性反馈控制律

非线性反馈控制律的离散实现为:

其中:e１、e２分别为位移和位移的微分误差项;β１、β２为PI的增益系数;α１、α２为fal函数中非线性因子,α１≤ α２;u０为非线性控制律;控制量u中的-z３/b项对综合扰动和未建模动态特性进行补偿。

3仿真实验研究

3.1阶跃响应实验

根据实际情况,ADRC参数选取如下:r=10,h= 0.01,T=0.01,α１∈[0.75,1.25],α２∈[0.75,1.25], b=1,δ１=0.001,β０１=100,β０２=65,β０３=80,β１=100, β２=10。

~在α=0.05,β=0.08,γ=0.03,δ=0.05,ω =0.4时系统(2)是周期的,在t=80s时加入阶跃响应值0.02,经自抗扰控制后其响应如图3所示。由图3可见超调量很小,而且系统很快就达到稳定状态。

~在α=0.05,β=0.08,γ=0.03,δ=0.05,ω =4时系统(2)是混沌的,在t=80s时加入阶跃响应值0.2, 经过自抗扰控制后其响应如图4所示。由图4可见通过自抗扰控制后,系统很快就达到稳定状态,使系统不再是混沌状态。

3.2抗干扰实验

~在α=0.05,β=0.08,γ=0.03,δ=0.05,ω =0.4时系统(2)是周期的,在t=6s时加入阶跃扰动,得到的性能测试如图5所示。

~在α=0.05,β=0.08,γ=0.03,δ=0.05,ω =4时系统(2)是混沌的,在t=6s时加入阶跃扰动,得到性能测试如图6所示。

由图5、图6可见,系统能很快克服较大的干扰, 说明抗干扰性能良好。

4结论

多层停车场升降电梯控制系统 篇2

随着社会经济的发展和城市化发展的步伐,城市特别是一线城市人口剧增,而生活水平的提高使汽车的保有量越来越多,无论是家庭还是商业场所,车位的供给却十分紧缺,车辆停放问题便变成市政管理中棘手的一大难题,利用升降电梯建设多层停车场能充分利用好使用空间,有效节约土地资源,同时具有造价较低、存取车辆方便快捷、安全防盗性能好等优势。

1 升降电梯的系统组成

多层停车场建设的关键因素是升降设备控制系统的设计,升降控制系统的对象主要是升降电梯。升降电梯主要是由机械系统和电气控制系统两部分组成:机械部分由曳引系统、轿厢和门系统、平衡系统、导向系统以及机械安全保护装置等部分组成;电气控制部分则由电力拖动系统、运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。

2 电气控制系统硬件组成

硬件采用罗克韦尔自动化产品:1785PLC-5/40E处理器、1784-KTX通信接口卡、1771-SIM输入输出模块、1794-ASB柔性I/O适配器、1794-OW8输出模块、160SSC变频控制器及电动机。

2.1 系统网络

升降电梯监控系统采用远程I/O链路进行信息通讯,PLC处理器对远程I/O链路进行存取,I/O产品在链路上与PLC处理器的通信是通过独立的适配器模块FLEX I/O上的1794-ASB进行的。1794-OW8输出模块直接与160SSC变频控制器相连,实现对终端设备(电动机)的变速控制。PLC和SLC处理器对远程I/O链路的存取,是通过处理器内置的扫描端口或通过独立的扫描器模块进行的。I/O产品在链路上与这些扫描器的通信,是通过独立的适配器模块进行或通过内置的适配器进行[1],如图1所示。

2.2 硬件配置及接线图

硬件配置及接线图如图2所示。

3 电气控制系统软件设计

采用Rockwell系统软件进行设计,包括RSLinx、RSLogix500、RSView32。其中RSLinx用来将本次设计所涉及的设备通过网络连接起来;RSLogix500编辑系统的控制程序;RSView32作为界面设计工具,通过设计的界面来控制电机的运行[2]。

3.1 RSLinx选定通讯接口

RSLinx运行于Windows9x和Windows NT环境下,它为工厂级的通讯提供了全方的解决方案。它强大的DDE(动态数据交换)接口使得MPU(微处理器)与不同类型的其他软件、人机界面和应用程序可以方便地通讯。当系统中的各种网络被驱动起来以后,整个网络通信就能够被激活,基于各种网络的软件才能运转起来,它们通过DDE(动态数据交换)接口与RSLinx交换数据。

3.2 控制程序的设计

根据升降电梯的运行逻辑功能要求设计控制程序,从功能上可以分为指层环节、轿内指令控制环节、厅外召唤控制环节、选向环节、换速控制环节、轿门开关控制环节、指示灯环节等几个模块。用编程软件RSLogix编写梯形图,打开RSLogix5,先配置好Controller Properties,确认Controller Communications栏当前的Driver和Processor是RSLinx的配置。配置好后,就可以直接在LAD窗口上编写梯形图。编写好后,用Download将梯形图下载到处理器进行测试。

3.3 控制界面的设计

用软件RSView32设计控制界面,RS-View32可通过与RSLinx的直接相连以达到与A-B大部分设备的通讯。通讯链路一般包括channels、communication devic-es、communication driver soft(RSLinx)、nodes(PLC)。在进行界面设计前,须先将RSView Project建立起与A-B设备和底层PLC的直接驱动通讯。设计的主界面如图3所示。

4 升降电梯运行曲线设计

考虑到电梯的实际控制过程,虚拟电梯试验可以在RSView32的界面模型动画和控制柜硬件控制的基础上实现。RSView32人机界面主要是现实虚拟电梯模型运动过程、提供电梯控制和调速的操作面板;控制柜的PLC实现电梯虚拟信号的映射以及电梯的逻辑控制;变频器和电动机则接受PLC的控制,以自身参数和运动情况的变化来反映虚拟电梯曳引系统的运行状况,并与RSView32界面动画保持一致。

4.1 升降电梯运行速度给定曲线

升降电梯在运行时,伴随着频繁的启动加速和制动减速过程,对升降电梯的电力拖动系统首先要考虑运行效率。其次,升降电梯是垂直运行的运输设备,与乘坐水平方向运动的交通工具相比,人对电梯运行速度的变化显得更为敏感。因此,对升降电梯拖动系统的控制,还必须要考虑乘坐舒适感。为此,需要给出既能提高升降电梯运行效率又能改善乘坐舒适感的升降电梯运行速度给定曲线,以使升降电梯跟踪该预期给定的速度特性运行。

设升降电梯运行距离为S,升降电梯以加速度a启动加速。当匀加速到最大运行速度V′m时,再以V′m匀减速运行,直到零速停靠,即以三角形速度曲线运行,如图4所示。若与其他形状的速度曲线相比,可发现三角形速度曲线的运行效率最高。

对升降电梯的运行,需要选择恰当的加速度a和加加速度ρ的数值,使其既能满足乘坐舒适感的要求,又能使电梯运行时间尽可能地缩短,从而提高运行效率。这样,升降电梯在启动时,应该是逐渐加速的过程,并要逐渐地过渡到稳定运行阶段。因此,理想速度曲线通常是抛物线-直线型曲线(S曲线)。本次设计设定Vm=1.5;a=0.6;ρ=0.72。

4.2 升降电梯触发信号的虚拟实现

触发信号的虚拟现实是整个设计的关键环节,可以根据升降电梯速度曲线的积分来求出位移曲线,然后把所需的每一个触发信号都确定为电梯位移的函数,根据升降电梯不同位置来触发不同的信号。在实验中,升降电梯曲线选用“S”型曲线,如图5所示。

在RSView32[3]中,设定对应于PLC虚拟电梯触发信号的tag。同时设定了一个Floating Point的标签distance来存储电梯的位移,根据升降电梯位移计算的时序图,在Derived tags的Expression计算出升降电梯位移的tag值。

(1)平层信号的实现。很明显,升降电梯每层的位移是(n-1)×3.3(n=1~10),考虑到存在误差,必须把平层位置加上一个微小的区间位移Δd。即当distance在(n-1)×3.3-Δd和(n-1)×3.3+Δd之间时,则触发第n层的平层信号。调解Δd我们就可以调节系统的平层精度。

(2)指层信号的实现。同理,当distance在(n-1)×3.3和n×3.3之间时,则触发第n层的指层信号,表示当前电梯正在第n层的空间里。

(3)减速信号的实现。减速信号分为上减速和下减速信号。根据升降电梯位移公式可计算出升降电梯的减速运行距离hd,则第n层的上减速点是(n-1)×3.3-hd,加上区间位移,则上减速区间为(n-1)×3.3-hd-Δd和(n-1)×3.3-hd+Δd之间;同理,第n层下减速区间为(n-1)×3.3+hd-Δd和(n-1)×3.3+hd+Δd。改变Δd可调节减速精度。

5 总结

本设计主要是利用ROCKWELL软件实现对升降控制系统的逻辑控制及人机界面远程控制。介绍了控制系统的基本结构功能,并在此基础上,叙述了整个系统的设计思路和软件使用及编程思想。最后,编写出人机界面来实现升降系统的控制。

摘要：叙述了实现多层停车场升降电梯控制方式及调速的设计。升降电梯在线监控系统运用罗克韦尔自动化网络的远程I/O链路,采用RSView32软件设计界面以及RSLogix5进行系统逻辑程序的编制,然后用RSLinx进行通讯,对系统进行监控与在线调速。

关键词：电梯控制,变频调速,远程I/O,自动化网络

参考文献

[1]赵强.可编程序控制器系统[M].杭州:浙江大学出版社,2000.

[2]钱晓龙.MicroLogix控制器实用实例[M].北京:机械工业出版社,2003.