基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置及其控制方法，牽引機(jī)構(gòu)控制裝置包括開(kāi)度傳感器、左張力傳感器、右張力傳感器、融合控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)度傳感器實(shí)時(shí)采集門(mén)體位置信息，左張力傳感器實(shí)時(shí)采集左鋼索張力信息，右張力傳感器實(shí)時(shí)采集右鋼索張力信息，這些傳感器采集到的信息傳給融合控制電路，融合控制電路對(duì)這些傳感器信息進(jìn)行融合處理后給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，帶動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多傳感器信息融合控制，保證兩個(gè)門(mén)體同步平穩(wěn)對(duì)稱打開(kāi)閉合到指定位置，同時(shí)采用全模擬電路實(shí)現(xiàn)和最值選取方法，避免了復(fù)雜的數(shù)字程序計(jì)算，提高了整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，具有體積小重量輕，復(fù)雜度低，實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置及其控制方法，尤其涉及在弧形軌道上對(duì)稱打開(kāi)閉合兩個(gè)門(mén)體的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置及其控制方法，屬于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制方法領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在弧形軌道上對(duì)稱打開(kāi)閉合的門(mén)體，由于使用空間限制必須用空間布局靈活的鋼索牽引機(jī)構(gòu)，那么如何保證兩個(gè)門(mén)體同步平穩(wěn)對(duì)稱打開(kāi)閉合到指定位置，且在打開(kāi)和閉合過(guò)程中不會(huì)因?yàn)橐馔獬霈F(xiàn)系統(tǒng)損傷等不可修復(fù)的故障，是鋼索牽引機(jī)構(gòu)控制裝置需要解決的問(wèn)題。
[0003]多傳感器信息融合控制是指當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程可以用多種物理特征表示出來(lái)時(shí)，用多種傳感器分別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中各個(gè)物理特征，并使這些傳感器采集到的信息共同參與到系統(tǒng)的反饋控制中。發(fā)明專利“電梯鋼索張力在線控制系統(tǒng)及方法”(專利號(hào)為CN201110361164.3)涉及一種電梯鋼索張力在線控制系統(tǒng)，其特征在于包括控制器、張力測(cè)量裝置及張力調(diào)整裝置，張力測(cè)量裝置及張力調(diào)整裝置分別連接控制器；張力測(cè)量裝置包括鋼索股繞過(guò)的滑輪，滑輪軸上設(shè)有稱重傳感器，稱重傳感器連接接收器；張力調(diào)整裝置包括一端固定的拉力鋼索，拉力鋼索繞過(guò)工字輪，拉力鋼索子的另一端連接氣動(dòng)裝置。該發(fā)明由張力測(cè)量裝置在線測(cè)量鋼索股的張力，并通過(guò)控制器的模糊控制模塊處理后控制張力調(diào)整裝置在線調(diào)節(jié)鋼索股的張力，自動(dòng)檢測(cè)并調(diào)節(jié)各鋼索股的張力，保證鋼索股之間的張力的一致性。這種方法只是解決了兩個(gè)鋼索股之間張力的一致性，但無(wú)法保證兩個(gè)門(mén)體位置也是對(duì)稱一致的，無(wú)法完成驅(qū)動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)開(kāi)合兩個(gè)門(mén)體的控制要求。發(fā)明專利“控制裝置”(專利號(hào)為CN200710086176.3)公開(kāi)了一種控制裝置用來(lái)進(jìn)行零件加工，具體是在力控制電路的內(nèi)側(cè)具有位置控制電路，為了規(guī)定控制對(duì)象對(duì)于工件的相對(duì)位置和所述工件以及所述控制對(duì)象相互的接觸力，對(duì)所述控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)源進(jìn)行力控制，根據(jù)對(duì)于所述驅(qū)動(dòng)源的位置指令值和實(shí)測(cè)位置，取得所述位置控制電路的時(shí)間常數(shù)；根據(jù)所述控制對(duì)象接觸到所述工件時(shí)的力數(shù)據(jù)，取得所述控制對(duì)象和所述工件的剛性值，在所述位置控制電路的所述時(shí)間常數(shù)大于所述力控制電路的時(shí)間常數(shù)的條件下，根據(jù)位置控制電路的時(shí)間常數(shù)和剛性值，計(jì)算所述力控制電路的力控制增益。該發(fā)明雖然也應(yīng)用了位置反饋和力反饋信息融合，但屬于數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)復(fù)雜度高，實(shí)時(shí)性受限，在驅(qū)動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)上要求高度實(shí)時(shí)性的場(chǎng)合并不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置及其控制方法，控制弧形軌道上打開(kāi)閉合的門(mén)體的牽引機(jī)構(gòu)，保證兩個(gè)門(mén)體同步平穩(wěn)對(duì)稱打開(kāi)閉合到指定位置。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是:一種基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置，牽引機(jī)構(gòu)包括左右兩扇門(mén)體以及分別牽引兩扇門(mén)體的電機(jī)、強(qiáng)力彈簧、鋼索和滑輪組，其特征是:包括融合控制電路、開(kāi)度傳感器、左張力傳感器、右張力傳感器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)度傳感器實(shí)時(shí)采集門(mén)體位置信息，左張力傳感器與左門(mén)鋼索相連，實(shí)時(shí)采集左門(mén)鋼索張力信息，右張力傳感器與右門(mén)鋼索相連，實(shí)時(shí)采集右門(mén)鋼索張力信息，開(kāi)度傳感器、左張力傳感器和右張力傳感器采集到的信息傳給融合控制電路，融合控制電路對(duì)這些傳感器信息進(jìn)行融合處理后輸出給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，以此帶動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
[0006]融合控制電路包括三路信號(hào)調(diào)理電路、自動(dòng)切換電路、五路預(yù)運(yùn)算電路、最大值選取電路和最小值選取電路，其中，第一路預(yù)運(yùn)算電路是開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值/下限值參與的預(yù)運(yùn)算電路，第二路和第五路預(yù)運(yùn)算電路都是張力上限值參與的預(yù)運(yùn)算電路，第三路和第四路預(yù)運(yùn)算電路都是張力下限值參與的預(yù)運(yùn)算電路；自動(dòng)切換電路的輸入端連接開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)控制指令和開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值 /下限值，第一路信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接開(kāi)度傳感器信號(hào)，第一路預(yù)運(yùn)算電路的輸入端連接自動(dòng)切換電路的輸出端和第一路信號(hào)調(diào)理電路的輸出端；第二路信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接左張力傳感器信號(hào)，輸出端與第二路預(yù)運(yùn)算電路和第三路預(yù)運(yùn)算電路的輸入端連接；第三路信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接右張力傳感器信號(hào)，輸出端與第四路預(yù)運(yùn)算電路和第五路預(yù)運(yùn)算電路的輸入端連接；第二路和第五路預(yù)運(yùn)算電路的輸出端連接最小值選取電路，第三路和第四路預(yù)運(yùn)算電路的輸出端連接最大值選取電路；最小值選取電路輸出的信號(hào)、最大值選取電路輸出的信號(hào)和第一路預(yù)運(yùn)算電路輸出的信號(hào)疊加融合后輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
[0007]預(yù)運(yùn)算電路包括電平線性化電路和比例微分運(yùn)算電路，比例微分運(yùn)算電路包括集成運(yùn)算放大器、反饋電阻、輸入電阻和電容，電容和反饋電阻并聯(lián)后一端連接集成運(yùn)算放大器的反相輸入端，另一端連接集成運(yùn)算放大器的輸出端，預(yù)先設(shè)定的參考電壓經(jīng)過(guò)輸入電阻連接集成運(yùn)算放大器的同相輸入端，電平線性化電路由兩個(gè)負(fù)極相連的穩(wěn)壓管組成，穩(wěn)壓管的兩個(gè)正極分別與集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端連接，集成運(yùn)算放大器的輸出端即為預(yù)運(yùn)算電路的輸出端。
[0008]自動(dòng)切換電路包括自動(dòng)切換預(yù)處理電路和切換控制電路，自動(dòng)切換預(yù)處理電路由三極管V15、V16和電阻1?40、1?41、1?48、1?49、1?50組成，三極管V15的集電極通過(guò)電阻R48與電源VCC連接，三極管V16的集電極通過(guò)電阻R49與電源VCC連接，三極管V15的集電極通過(guò)電阻R50與三極管V16的基極連接，電阻R41的一端與三極管V15的基極連接，另一端與三極管V15的發(fā)射極、三極管V16的發(fā)射極共同連接后接地，開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)控制指令經(jīng)過(guò)電阻R40輸入三極管V15的基極，三極管V15的集電極為關(guān)門(mén)信號(hào)SHUT的輸出，三極管V16的集電極為開(kāi)門(mén)信號(hào)OPEN的輸出；切換控制電路包括模擬開(kāi)關(guān)通道UlC和模擬開(kāi)關(guān)通道U1B，切換控制電路接收自動(dòng)切換預(yù)處理電路輸出的關(guān)門(mén)信號(hào)SHUT和開(kāi)門(mén)信號(hào)OPEN，其中開(kāi)門(mén)信號(hào)OPEN連接切換控制電路的模擬開(kāi)關(guān)通道U1C，關(guān)門(mén)信號(hào)SHUT連接切換控制電路的模擬開(kāi)關(guān)通道U1B，模擬開(kāi)關(guān)通道UlC連接開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，模擬開(kāi)關(guān)通道UlB連接開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值，模擬開(kāi)關(guān)通道UlC和模擬開(kāi)關(guān)通道UlB的輸出端經(jīng)過(guò)輸入電阻連接第一路預(yù)運(yùn)算電路的集成運(yùn)算放大器的反相輸入端。
[0009]最小值選取電路由兩個(gè)二極管組成，兩個(gè)二極管的負(fù)極分別連接第二路和第五路預(yù)運(yùn)算電路的輸出端，兩個(gè)二極管正極相連接，正極連接點(diǎn)為最小值選取電路的輸出端；最大值選取電路由兩個(gè)二極管組成，兩個(gè)二極管的正極分別連接第三路和第四路預(yù)運(yùn)算電路的輸出端，兩個(gè)二極管負(fù)極相連接，負(fù)極連接點(diǎn)為最大值選取電路的輸出端。
[0010]信號(hào)調(diào)理電路由低通濾波電路和電壓跟隨器組成，低通濾波器由電阻R5、R6、R39和電容C3、C4組成，電阻R5的一端與電容C3的一端連接之后通過(guò)電阻R6與電容C4連接，電阻R5、電容C3和電容C4的另一端共同連接后接地，電壓跟隨器由集成運(yùn)算放大器U2B和反饋電阻R47組成，集成運(yùn)算放大器U2B的同相輸入端與電阻R6和電容C4的連接點(diǎn)連接，集成運(yùn)算放大器U2B的反相輸入端經(jīng)過(guò)反饋電阻R47與輸出端連接，電阻R39的一端連接輸入的傳感器信號(hào)，另一端與電容C3和電阻R6的連接點(diǎn)連接，集成運(yùn)算放大器U2B的輸出端即為信號(hào)調(diào)理電路的輸出端。
[0011]開(kāi)度傳感器包括一個(gè)帶轉(zhuǎn)軸的位置電位計(jì)搖臂和一個(gè)與該轉(zhuǎn)軸固定連接的角位移電位計(jì)，且角位移電位計(jì)以該轉(zhuǎn)軸為同心軸，所述搖臂的前端與門(mén)體相連。
[0012]張力傳感器包括一個(gè)鋼索張力電位計(jì)搖臂，該搖臂前端裝有導(dǎo)向滑輪，且導(dǎo)向滑輪與鋼索接觸，搖臂后端連接轉(zhuǎn)軸，在轉(zhuǎn)軸上設(shè)有角位移電位計(jì)和一個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧。
[0013]本發(fā)明還提供了一種基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制方法，控制過(guò)程為: O融合控制電路接收到“開(kāi)門(mén)”或者“關(guān)門(mén)”的控制指令；
2)控制指令為“開(kāi)門(mén)”時(shí)，給定開(kāi)度為“開(kāi)”的電壓為開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，設(shè)定系統(tǒng)允許張力最大值為張力上限值，當(dāng)指令信號(hào)為“關(guān)門(mén)”時(shí)，給定開(kāi)度為“關(guān)”的電壓為開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值，設(shè)定系統(tǒng)允許張力最小值為張力下限值；
3)控制指令為“開(kāi)門(mén)”時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)鋼索沿滑輪牽引門(mén)體克服強(qiáng)力彈簧拉力平穩(wěn)開(kāi)至所需位置，控制指令為“關(guān)門(mén)”時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)鋼索沿滑輪釋放門(mén)體，門(mén)體在強(qiáng)力彈簧的拉力作用下平穩(wěn)關(guān)閉；
4)在步驟3)的過(guò)程中，開(kāi)度傳感器信號(hào)與開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，控制指令為“開(kāi)門(mén)”時(shí)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)小于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，門(mén)體繼續(xù)向“開(kāi)”方向運(yùn)動(dòng)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)等于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，門(mén)體停止運(yùn)動(dòng)，控制電路向控制計(jì)算機(jī)反饋“開(kāi)到位”信號(hào)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)大于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，門(mén)體向“關(guān)”方向運(yùn)動(dòng)，與上述控制過(guò)程的同時(shí)執(zhí)行步驟5);指令信號(hào)為“關(guān)門(mén)”時(shí)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)大于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值，門(mén)體繼續(xù)向“關(guān)”方向運(yùn)動(dòng)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)等于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值，門(mén)體停止運(yùn)動(dòng)，控制電路向控制計(jì)算機(jī)反饋“關(guān)到位”信號(hào)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)小于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值，門(mén)體向“開(kāi)”方向運(yùn)動(dòng)，與上述控制過(guò)程的同時(shí)執(zhí)行步驟5)；
5)指令信號(hào)為“開(kāi)門(mén)”時(shí)，若張力傳感器信號(hào)小于張力上限值，則繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)向“開(kāi)”方向轉(zhuǎn)動(dòng)，若張力傳感器信號(hào)等于張力上限值，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，若張力傳感器信號(hào)大于張力上限值，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)向“關(guān)”方向轉(zhuǎn)動(dòng)；指令信號(hào)為“關(guān)門(mén)”時(shí)，若張力傳感器信號(hào)大于張力下限值，則繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)向“關(guān)”方向轉(zhuǎn)動(dòng)，若張力傳感器信號(hào)等于張力下限值，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，若張力傳感器信號(hào)小于張力下限值，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)向“開(kāi)”方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0014]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多傳感器信息融合控制，解決了單一傳感器測(cè)量系統(tǒng)信息不全面，控制效果不理想等問(wèn)題，通過(guò)開(kāi)度傳感器采集的門(mén)體開(kāi)度信號(hào)和張力傳感器采集的鋼索張力信號(hào)的融合控制，保證牽引機(jī)構(gòu)的兩個(gè)門(mén)體同步、平穩(wěn)以及對(duì)稱地打開(kāi)或者閉合到指定位置。本發(fā)明采取了全模擬電路實(shí)現(xiàn)的融合控制和最值選取方法，避免了復(fù)雜的數(shù)字程序計(jì)算，提高了整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，具有體積小重量輕，復(fù)雜度低，實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是牽引機(jī)構(gòu)正視圖。
[0016]圖2是牽引機(jī)構(gòu)俯視圖。
[0017]圖3是張力傳感器正視圖。
[0018]圖4是牽引機(jī)構(gòu)控制裝置關(guān)系框圖。
[0019]圖5是信號(hào)調(diào)理電路的電路圖。
[0020]圖6a是自動(dòng)切換預(yù)處理電路的電路圖。
[0021]圖6b是開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)參與的預(yù)運(yùn)算電路的電路圖。
[0022]圖7是張力上限值參與的預(yù)運(yùn)算電路的電路圖。
[0023]圖8是融合控制電路工作流程圖。
[0024]圖中標(biāo)號(hào)名稱:1一門(mén)體，2—分段式軌道，3—鋼索，4一電機(jī)，5—位置電位計(jì)，6—強(qiáng)力彈簧，7—位置電位計(jì)搖臂，8—鋼索卷繞盤(pán)，9一導(dǎo)向滑輪，10—鋼索張力電位計(jì)搖臂，11一鋼索張力電位計(jì)、12—扭轉(zhuǎn)彈簧。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]圖1和圖2分別是該發(fā)明基于多傳感器信息融合的控制裝置的控制對(duì)象——牽引機(jī)構(gòu)的正視圖和俯視圖，牽引機(jī)構(gòu)包括:門(mén)體1，分段式軌道2，鋼索3，電機(jī)4，強(qiáng)力彈簧6，鋼索卷繞盤(pán)8和導(dǎo)向滑輪9，開(kāi)度傳感器包括:位置電位計(jì)5和位置電位計(jì)搖臂7。
[0027]圖3是張力傳感器正視圖，張力傳感器包括:鋼索張力電位計(jì)搖臂10，鋼索張力電位計(jì)11和扭轉(zhuǎn)彈簧12。
[0028]圖4是本發(fā)明所述牽引機(jī)構(gòu)控制裝置關(guān)系框圖，其中虛線框部分為融合控制電路。如圖4所示，融合控制電路包括三路信號(hào)調(diào)理電路、自動(dòng)切換電路、五路預(yù)運(yùn)算電路、最大值選取電路和最小值選取電路，其中，第一路預(yù)運(yùn)算電路是開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值/下限值參與的預(yù)運(yùn)算電路，第二路和第五路預(yù)運(yùn)算電路都是張力上限值參與的預(yù)運(yùn)算電路，第三路和第四路預(yù)運(yùn)算電路都是張力下限值參與的預(yù)運(yùn)算電路；自動(dòng)切換電路的輸入端連接開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)控制指令和開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值/下限值，第一路信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接開(kāi)度傳感器信號(hào)，第一路預(yù)運(yùn)算電路的輸入端連接自動(dòng)切換電路的輸出端和第一路信號(hào)調(diào)理電路的輸出端；第二路信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接左張力傳感器信號(hào)，輸出端與第二路預(yù)運(yùn)算電路和第三路預(yù)運(yùn)算電路的輸入端連接；第三路信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接右張力傳感器信號(hào)，輸出端與第四路預(yù)運(yùn)算電路和第五路預(yù)運(yùn)算電路的輸入端連接；第二路和第五路預(yù)運(yùn)算電路的輸出端連接最小值選取電路，第三路和第四路預(yù)運(yùn)算電路的輸出端連接最大值選取電路；最小值選取電路輸出的信號(hào)、最大值選取電路輸出的信號(hào)和第一路預(yù)運(yùn)算電路輸出的信號(hào)疊加融合后輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
[0029]圖7是張力上限值參與的預(yù)運(yùn)算電路的電路圖，此圖為融合控制電路接收的控制指令為開(kāi)門(mén)時(shí)對(duì)左張力傳感器信號(hào)和右張力傳感器信號(hào)的處理電路。如圖所示，預(yù)運(yùn)算電路包括處理左張力傳感器信號(hào)的預(yù)運(yùn)算電路和處理右張力傳感器信號(hào)的預(yù)運(yùn)算電路兩個(gè)部分，張力上限值分別經(jīng)過(guò)輸入電阻輸入到這兩部分預(yù)運(yùn)算電路中集成運(yùn)算放大器的反相輸入端。預(yù)運(yùn)算電路包括電平線性化電路和比例微分運(yùn)算電路，電平線性化電路保證運(yùn)算后的信號(hào)在指定區(qū)域內(nèi)線性輸出，比例微分運(yùn)算電路完成鋼索張力上限值或下限值與張力信號(hào)的加法運(yùn)算、與參考電壓的減法運(yùn)算以及信號(hào)的比例、阻尼和系統(tǒng)靜差調(diào)節(jié)。比例微分運(yùn)算電路包括集成運(yùn)算放大器仍4、仍8，反饋電阻1?31、R32，輸入電阻R11、R12、R13、R15、R14和R18，電容C7、C8分別和反饋電阻R31、R32并聯(lián)后一端連接集成運(yùn)算放大器的反相輸入端，另一端連接集成運(yùn)算放大器的輸出端，預(yù)先設(shè)定的參考電壓hfVPP分別經(jīng)過(guò)輸入電阻R14、R18連接集成運(yùn)算放大器的同相輸入端，左張力傳感器信號(hào)和右張力傳感器信號(hào)分別經(jīng)過(guò)輸入電阻R11、R15與分別經(jīng)過(guò)輸入電阻R12、R13的張力上限值疊加后輸入到集成運(yùn)算放大器的反相輸入端；電平線性化電路由兩個(gè)負(fù)極相連的穩(wěn)壓管V1、V2和V3、V4組成，穩(wěn)壓管的兩個(gè)正極分別與集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端連接，集成運(yùn)算放大器的輸出端即為預(yù)運(yùn)算電路的輸出端。
[0030]圖7中的二極管Vll和V12組成最小值選取電路。二極管Vll和V12的負(fù)極分別連接左張力傳感器信號(hào)上限值參與的預(yù)運(yùn)算電路和右張力傳感器信號(hào)上限值參與的預(yù)運(yùn)算電路的輸出端。二極管Vll和V12的正極相連且連接點(diǎn)即為最小值選取電路的輸出端?！伴_(kāi)門(mén)”時(shí)需要考查張力是否過(guò)大，避免鋼索被拉斷，過(guò)大時(shí)兩路張力下限值參與的預(yù)運(yùn)算電路均輸出低電平，選取它們中運(yùn)算后最小的那個(gè)輸出來(lái)參與融合控制，以此來(lái)及時(shí)響應(yīng)對(duì)鋼索張力上的變化。當(dāng)張力過(guò)大時(shí)鋼索張力信號(hào)輸入為正電壓，它與張力上限值和參考電壓運(yùn)算后，經(jīng)過(guò)反相運(yùn)算放大器的信號(hào)一定為負(fù)，所以，張力信號(hào)最大的輸入端經(jīng)過(guò)預(yù)運(yùn)算電路后會(huì)輸出最小的張力信號(hào)，同時(shí)，該信號(hào)會(huì)截止另一個(gè)穩(wěn)壓二極管的信號(hào)輸出，這樣便完成了最小值信號(hào)的選取輸出。同理，“關(guān)門(mén)”時(shí)需要考查張力是否過(guò)小，避免鋼索從滑輪上脫落，過(guò)小輸出高電平，通過(guò)最大值選取電路選取它們中運(yùn)算后最大的那個(gè)輸出，這樣便完成了最大值信號(hào)的選取輸出。
[0031]圖6a是自動(dòng)切換預(yù)處理電路的電路圖，圖6b是開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)參與的預(yù)運(yùn)算電路的電路圖，切換控制電路部分的電路圖如圖6b中模擬開(kāi)關(guān)通道UlC和模擬開(kāi)關(guān)通道UlB部分所示。自動(dòng)切換預(yù)處理電路由三極管V15、V16和電阻R40、R41、R48、R49、R50組成，三極管V15的集電極通過(guò)電阻R48與電源VCC連接，三極管V16的集電極通過(guò)電阻R49與電源VCC連接，三極管V15的集電極通過(guò)電阻R50與三極管V16的基極連接，電阻R41的一端與三極管V15的基極連接，另一端與三極管V15的發(fā)射極、三極管V16的發(fā)射極共同連接后接地，開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)控制指令經(jīng)過(guò)電阻R40輸入三極管V15的基極，三極管V15的集電極為關(guān)門(mén)信號(hào)SHUT的輸出，三極管V16的集電極為開(kāi)門(mén)信號(hào)OPEN的輸出；切換控制電路包括模擬開(kāi)關(guān)通道UlC和模擬開(kāi)關(guān)通道U1B，切換控制電路接收自動(dòng)切換預(yù)處理電路輸出的關(guān)門(mén)信號(hào)SHUT和開(kāi)門(mén)信號(hào)OPEN，其中開(kāi)門(mén)信號(hào)OPEN連接切換控制電路的模擬開(kāi)關(guān)通道U1C，關(guān)門(mén)信號(hào)SHUT連接切換控制電路的模擬開(kāi)關(guān)通道U1B，模擬開(kāi)關(guān)通道UlC連接開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，模擬開(kāi)關(guān)通道UlB連接開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值，模擬開(kāi)關(guān)通道UlC和模擬開(kāi)關(guān)通道UlB的輸出端經(jīng)過(guò)輸入電阻R54、R55連接圖6b中開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值/下限值參與的預(yù)運(yùn)算電路的集成運(yùn)算放大器U4A的反相輸入端?！案?低電平”代表“開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)控制指令”，當(dāng)控制指令是“開(kāi)門(mén)”時(shí)，三極管V15導(dǎo)通，SHUT輸出為低電平，三極管V16截止，OPEN輸出為高電平，同理，當(dāng)控制指令是“關(guān)門(mén)”時(shí)，三極管V15截止，SHUT輸出為高電平，三極管V16導(dǎo)通，OPEN輸出為低電平，它們被一同傳送到切換控制電路端。SHUT和OPEN信號(hào)都作為模擬開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)，它們?yōu)楦唠娖綍r(shí)才導(dǎo)通，那么，它可以控制開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值在開(kāi)門(mén)時(shí)參與控制，而開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值在關(guān)門(mén)時(shí)參與控制。
[0032]開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值/下限值參與的預(yù)運(yùn)算電路與圖7中張力上限值參與的預(yù)運(yùn)算電路相同，包括比例微分運(yùn)算電路和電平線性化電路，比例微分運(yùn)算電路包括集成運(yùn)算放大器U4A，電容C11，反饋電阻R35和輸入電阻R24、R25、R54、R55，電平線性化電路包括穩(wěn)壓管V9和V10，連接關(guān)系如圖6b所示。電容Cl I和反饋電阻R35并聯(lián)后一端連接集成運(yùn)算放大器U4A的反相輸入端，另一端連接集成運(yùn)算放大器U4A的輸出端，開(kāi)度傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電阻R24輸入集成運(yùn)算放大器U4A的反相輸入端，參考電壓hfVPP經(jīng)過(guò)輸入電阻R25和集成運(yùn)算放大器U4A同相端相連與開(kāi)度傳感器信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算，開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值經(jīng)過(guò)輸入電阻R54和集成運(yùn)算放大器U4A反相端相連與開(kāi)度傳感器信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算，開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值經(jīng)過(guò)輸入電阻R55和集成運(yùn)算放大器U4A反相端相連與開(kāi)度傳感器信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算。
[0033]圖5是信號(hào)調(diào)理電路原理圖，信號(hào)調(diào)理電路由低通濾波電路和電壓跟隨器組成，低通濾波器由電阻R5、R6、R39和電容C3、C4組成，電阻R5的一端與電容C3的一端連接之后通過(guò)電阻R6與電容C4連接，電阻R5、電容C3和電容C4的另一端共同連接后接地，電壓跟隨器由集成運(yùn)算放大器U2B和反饋電阻R47組成，集成運(yùn)算放大器U2B的同相輸入端與電阻R6和電容C4的連接點(diǎn)連接，集成運(yùn)算放大器U2B的反相輸入端經(jīng)過(guò)反饋電阻R47與輸出端連接，電阻R39的一端連接輸入的傳感器信號(hào)，另一端與電容C3和電阻R6的連接點(diǎn)連接，集成運(yùn)算放大器U2B的輸出端即為信號(hào)調(diào)理電路的輸出端。信號(hào)調(diào)理電路主要是濾除工頻干擾等高頻信號(hào)。
[0034]圖8是融合控制電路工作流程圖，開(kāi)機(jī)時(shí)融合控制電路接收到“開(kāi)門(mén)”或者“關(guān)門(mén)”的控制指令，根據(jù)控制指令系統(tǒng)設(shè)定開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值/下限值和張力上限值/張力下限值，控制指令為“開(kāi)門(mén)”時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)鋼索沿滑輪牽弓I門(mén)體克服強(qiáng)力彈簧拉力平穩(wěn)開(kāi)至所需位置，控制指令為“關(guān)門(mén)”時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)鋼索沿滑輪釋放門(mén)體，門(mén)體在強(qiáng)力彈簧的拉力作用下平穩(wěn)關(guān)閉。在“開(kāi)門(mén)”的過(guò)程中，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)等于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，則門(mén)體停止運(yùn)動(dòng)，并發(fā)出“開(kāi)到位”信號(hào)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)大于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，則門(mén)體向“關(guān)”方向運(yùn)動(dòng)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)小于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，則門(mén)體繼續(xù)向“開(kāi)”的方向運(yùn)動(dòng)，與上述控制過(guò)程的同時(shí)，將張力傳感器信號(hào)與張力上限值比較，如果張力傳感器信號(hào)等于張力上限值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，如果張力傳感器信號(hào)大于張力上限值，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)向“關(guān)”方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如果張力傳感器信號(hào)小于張力上限值，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)繼續(xù)向“開(kāi)”方向轉(zhuǎn)動(dòng)，“關(guān)門(mén)”時(shí)同理。
[0035]本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置，牽引機(jī)構(gòu)包括左右兩扇門(mén)體以及分別牽引兩扇門(mén)體的電機(jī)、強(qiáng)力彈簧、鋼索和滑輪組，其特征是:包括融合控制電路、開(kāi)度傳感器、左張力傳感器、右張力傳感器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)度傳感器實(shí)時(shí)采集門(mén)體位置信息，左張力傳感器與左門(mén)鋼索相連，實(shí)時(shí)采集左門(mén)鋼索張力信息，右張力傳感器與右門(mén)鋼索相連，實(shí)時(shí)采集右門(mén)鋼索張力信息，開(kāi)度傳感器、左張力傳感器和右張力傳感器采集到的信息傳給融合控制電路，融合控制電路對(duì)這些傳感器信息進(jìn)行融合處理后輸出給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，以此帶動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征是:融合控制電路包括二路/[目號(hào)調(diào)理電路、自動(dòng)切換電路、五路預(yù)運(yùn)算電路、最大值選取電路和最小值選取電路，其中，第一路預(yù)運(yùn)算電路是開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值/下限值參與的預(yù)運(yùn)算電路，第二路和第五路預(yù)運(yùn)算電路都是張力上限值參與的預(yù)運(yùn)算電路，第三路和第四路預(yù)運(yùn)算電路都是張力下限值參與的預(yù)運(yùn)算電路；自動(dòng)切換電路的輸入端連接開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)控制指令和開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值/下限值，第一路信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接開(kāi)度傳感器信號(hào)，第一路預(yù)運(yùn)算電路的輸入端連接自動(dòng)切換電路的輸出端和第一路信號(hào)調(diào)理電路的輸出端；第二路信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接左張力傳感器信號(hào)，輸出端與第二路預(yù)運(yùn)算電路和第三路預(yù)運(yùn)算電路的輸入端連接；第三路信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接右張力傳感器信號(hào)，輸出端與第四路預(yù)運(yùn)算電路和第五路預(yù)運(yùn)算電路的輸入端連接；第二路和第五路預(yù)運(yùn)算電路的輸出端連接最小值選取電路，第三路和第四路預(yù)運(yùn)算電路的輸出端連接最大值選取電路；最小值選取電路輸出的信號(hào)、最大值選取電路輸出的信號(hào)和第一路預(yù)運(yùn)算電路輸出的信號(hào)疊加融合后輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征是:預(yù)運(yùn)算電路包括電平線性化電路和比例微分運(yùn)算電路，比例微分運(yùn)算電路包括集成運(yùn)算放大器、反饋電阻、輸入電阻和電容，電容和反饋電阻并聯(lián)后一端連接集成運(yùn)算放大器的反相輸入端，另一端連接集成運(yùn)算放大器的輸出端，預(yù)先設(shè)定的各個(gè)參考電壓經(jīng)過(guò)輸入電阻連接集成運(yùn)算放大器的同相輸入端，電平線性化電路由兩個(gè)負(fù)極相連的穩(wěn)壓管組成，穩(wěn)壓管的兩個(gè)正極分別與集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端連接，集成運(yùn)算放大器的輸出端即為預(yù)運(yùn)算電路的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征是:自動(dòng)切換電路包括自動(dòng)切換預(yù)處理電路和切換控制電路，自動(dòng)切換預(yù)處理電路由三極管V15、V16和電阻R40、R41、R48、R49、R50組成，三極管V15的集電極通過(guò)電阻R48與電源VCC連接，三極管V16的集電極通過(guò)電阻R49與電源VCC連接，三極管V15的集電極通過(guò)電阻R50與三極管V16的基極連接，電阻R41的一端與三極管V15的基極連接，另一端與三極管V15的發(fā)射極、三極管V16的發(fā)射極共同連接后接地，開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)控制指令經(jīng)過(guò)電阻R40輸入三極管V15的基極，三極管V15的集電極為關(guān)門(mén)信號(hào)SHUT的輸出，三極管V16的集電極為開(kāi)門(mén)信號(hào)OPEN的輸出；切換控制電路包括模擬開(kāi)關(guān)通道UlC和模擬開(kāi)關(guān)通道U1B，切換控制電路接收自動(dòng)切換預(yù)處理電路輸出的關(guān)門(mén)信號(hào)SHUT和開(kāi)門(mén)信號(hào)OPEN，其中開(kāi)門(mén)信號(hào)OPEN連接切換控制電路的模擬開(kāi)關(guān)通道U1C，關(guān)門(mén)信號(hào)SHUT連接切換控制電路的模擬開(kāi)關(guān)通道UlB,模擬開(kāi)關(guān)通道UlC連接開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，模擬開(kāi)關(guān)通道UlB連接開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值，模擬開(kāi)關(guān)通道UlC和模擬開(kāi)關(guān)通道UlB的輸出端經(jīng)過(guò)輸入電阻連接第一路預(yù)運(yùn)算電路的集成運(yùn)算放大器的反相輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征是:最小值選取電路由兩個(gè)二極管組成，兩個(gè)二極管的負(fù)極分別連接第二路和第五路預(yù)運(yùn)算電路的輸出端，兩個(gè)二極管正極相連接，正極連接點(diǎn)為最小值選取電路的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征是:最大值選取電路由兩個(gè)二極管組成，兩個(gè)二極管的正極分別連接第三路和第四路預(yù)運(yùn)算電路的輸出端，兩個(gè)二極管負(fù)極相連接，負(fù)極連接點(diǎn)為最大值選取電路的輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征是:信號(hào)調(diào)理電路由低通濾波電路和電壓跟隨器組成，低通濾波器由電阻R5、R6、R39和電容C3、C4組成，電阻R5的一端與電容C3的一端連接之后通過(guò)電阻R6與電容C4連接，電阻R5、電容C3和電容C4的另一端共同連接后接地，電壓跟隨器由集成運(yùn)算放大器U2B和反饋電阻R47組成，集成運(yùn)算放大器U2B的同相輸入端與電阻R6和電容C4的連接點(diǎn)連接，集成運(yùn)算放大器U2B的反相輸入端經(jīng)過(guò)反饋電阻R47與輸出端連接，電阻R39的一端連接輸入的傳感器信號(hào)，另一端與電容C3和電阻R6的連接點(diǎn)連接，集成運(yùn)算放大器U2B的輸出端即為信號(hào)調(diào)理電路的輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征是:開(kāi)度傳感器包括一個(gè)帶轉(zhuǎn)軸的位置電位計(jì)搖臂和一個(gè)與該轉(zhuǎn)軸固定連接的角位移電位計(jì)，且角位移電位計(jì)以該轉(zhuǎn)軸為同心軸，所述搖臂的前端與門(mén)體相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所 述基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征是:張力傳感器包括一個(gè)鋼索張力電位計(jì)搖臂，該搖臂前端裝有導(dǎo)向滑輪，且導(dǎo)向滑輪與鋼索接觸，搖臂后端連接轉(zhuǎn)軸，在轉(zhuǎn)軸上設(shè)有角位移電位計(jì)和一個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧。
10.一種權(quán)利要求2所述基于多傳感器信息融合的牽引機(jī)構(gòu)控制裝置的控制方法，其特征在于控制過(guò)程為: O融合控制電路接收到“開(kāi)門(mén)”或者“關(guān)門(mén)”的控制指令； 2)控制指令為“開(kāi)門(mén)”時(shí)，給定開(kāi)度為“開(kāi)”的電壓為開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，設(shè)定系統(tǒng)允許張力最大值為張力上限值，當(dāng)指令信號(hào)為“關(guān)門(mén)”時(shí)，給定開(kāi)度為“關(guān)”的電壓為開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值，設(shè)定系統(tǒng)允許張力最小值為張力下限值； 3)控制指令為“開(kāi)門(mén)”時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)鋼索沿滑輪牽引門(mén)體克服強(qiáng)力彈簧拉力平穩(wěn)開(kāi)至所需位置，控制指令為“關(guān)門(mén)”時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)鋼索沿滑輪釋放門(mén)體，門(mén)體在強(qiáng)力彈簧的拉力作用下平穩(wěn)關(guān)閉； 4)在步驟3)的過(guò)程中，開(kāi)度傳感器信號(hào)與開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，控制指令為“開(kāi)門(mén)”時(shí)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)小于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，門(mén)體繼續(xù)向“開(kāi)”方向運(yùn)動(dòng)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)等于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，門(mén)體停止運(yùn)動(dòng)，控制電路向控制計(jì)算機(jī)反饋“開(kāi)到位”信號(hào)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)大于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)上限值，門(mén)體向“關(guān)”方向運(yùn)動(dòng)，與上述控制過(guò)程的同時(shí)執(zhí)行步驟5);指令信號(hào)為“關(guān)門(mén)”時(shí)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)大于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值，門(mén)體繼續(xù)向“關(guān)”方向運(yùn)動(dòng)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)等于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值，門(mén)體停止運(yùn)動(dòng)，控制電路向控制計(jì)算機(jī)反饋“關(guān)到位”信號(hào)，如果開(kāi)度傳感器信號(hào)小于開(kāi)度基準(zhǔn)信號(hào)下限值，門(mén)體向“開(kāi)”方向運(yùn)動(dòng)，與上述控制過(guò)程的同時(shí)執(zhí)行步驟5)； 5)指令信號(hào)為“開(kāi)門(mén)”時(shí)，若張力傳感器信號(hào)小于張力上限值，則繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)向“開(kāi)”方向轉(zhuǎn)動(dòng)，若張力傳感器信號(hào)等于張力上限值，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，若張力傳感器信號(hào)大于張力上限值，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)向“關(guān)”方向轉(zhuǎn)動(dòng)；指令信號(hào)為“關(guān)門(mén)”時(shí)，若張力傳感器信號(hào)大于張力下限值，則繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)向“關(guān)”方向轉(zhuǎn)動(dòng)，若張力傳感器信號(hào)等于張力下限值，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，若張力傳 感器信號(hào)小于張力下限值，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)向“開(kāi)”方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】E05F15/10GK103541622SQ201310473785
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】錢(qián)默抒, 姜斌, 高志峰, 許德智, 展鳳江, 鄧海強(qiáng) 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)