本發(fā)明涉及非線性欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)控制的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于遠(yuǎn)程遙操作的橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)

背景技術(shù)：

眾所周知，橋式吊車是一種十分常見的裝配運(yùn)輸工具，它利用繩索將負(fù)載與吊車上的臺(tái)車相連，并通過(guò)臺(tái)車的運(yùn)動(dòng)來(lái)將負(fù)載運(yùn)送到指定的位置，橋式吊車在港口、倉(cāng)庫(kù)、建筑工地等場(chǎng)所得到了廣泛的應(yīng)用。

鑒于橋式吊車在運(yùn)行時(shí)，吊車上臺(tái)車的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起負(fù)載的擺動(dòng)，使得負(fù)載可能會(huì)和周圍的操作工人或者是其它物體發(fā)生碰撞，致使負(fù)載損壞，甚至導(dǎo)致發(fā)生人員傷亡事故，尤其是當(dāng)臺(tái)車到達(dá)指定位置停止運(yùn)行后，吊車所懸掛的負(fù)載會(huì)發(fā)生比較強(qiáng)烈的殘余擺動(dòng)，這樣不僅會(huì)帶來(lái)較大的安全隱患，同時(shí)也嚴(yán)重影響了吊車的工作效率。因此，為了有效避免安全隱患，提高吊車的工作效率，在操作吊車時(shí)，一方面需要實(shí)現(xiàn)臺(tái)車的快速準(zhǔn)確定位，以滿足準(zhǔn)確運(yùn)送負(fù)載的要求；另一方面，需要有效地抑制負(fù)載的擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的“無(wú)擺”或者“微擺”操作。特別是當(dāng)臺(tái)車到達(dá)指定位置時(shí)，負(fù)載必須很快地停止擺動(dòng)，以期提高吊車的工作效率。

目前，為了滿足臺(tái)車的快速準(zhǔn)確定位和有效地抑制負(fù)載的擺動(dòng)這兩方面的吊車操作要求，一般是通過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的工人操縱吊車來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體在操作過(guò)程中，工人需要利用他們的經(jīng)驗(yàn)并通過(guò)其眼睛的觀測(cè)來(lái)估計(jì)臺(tái)車的位置與擺角大小，然后選擇合理的動(dòng)作序列來(lái)有效抑制負(fù)載的擺動(dòng)，并盡快將它運(yùn)送到指定的位置，所以一個(gè)工人只有在具備多年吊車操作經(jīng)驗(yàn)，并且掌握嫻熟的吊車操作技巧之后，才能利用吊車快速地將負(fù)載運(yùn)送到指定的位置，并有效地抑制負(fù)載的擺動(dòng)。

一般來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)吊車系統(tǒng)的安全操作，吊車操作人員需要接受很長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)，并在操作過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)以及吸取各種教訓(xùn)，因此，現(xiàn)有的吊車系統(tǒng)對(duì)吊車操作人員的技能要求偏高，一般的吊車操作人員無(wú)法實(shí)現(xiàn)吊車系統(tǒng)的安全操作。此外，鑒于吊車操作者在吊車操作過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，使得吊車的工作效率偏低，吊車操作的準(zhǔn)確度有時(shí)也難以滿足要求^[1-7]。

因此就需要對(duì)橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，而傳統(tǒng)橋式吊車系統(tǒng)(主要針對(duì)于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的橋式吊車實(shí)驗(yàn)平臺(tái))多采用商用控制卡并結(jié)合MATLAB(矩陣實(shí)驗(yàn)室，matrix&laboratory)對(duì)其進(jìn)行控制，商用控制卡集成了對(duì)碼盤信號(hào)的讀取、數(shù)模信號(hào)的轉(zhuǎn)換輸出以及限位信號(hào)的讀取等功能。優(yōu)點(diǎn)是方便用戶使用，集成度高，無(wú)需涉及到底層硬件即省去了編寫底層硬件驅(qū)動(dòng)的麻煩；缺點(diǎn)是由于系統(tǒng)過(guò)于集成，可擴(kuò)展性差，擁有很大的局限性，用戶只能使用商用控制卡自帶的功能，不能操作底層硬件，不便于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的擴(kuò)展(例如：改變數(shù)據(jù)采集方式，采用激光等形式，就需要另行購(gòu)買相應(yīng)套件)；同時(shí)使用者不擁有商用控制卡的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，商品化之后還需考慮到控制卡生產(chǎn)廠商的相應(yīng)政策，提供相應(yīng)的費(fèi)用，同時(shí)考慮到采用商用控制卡的方式無(wú)法推廣到工業(yè)橋式吊車中，因此有必要設(shè)計(jì)一套通用的針對(duì)于橋式吊車系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其不僅可以適用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的橋式吊車系統(tǒng)，還可適用于工業(yè)橋式吊車，同時(shí)為方便其他的研究人員對(duì)橋式吊車系統(tǒng)的操作，有必要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的遙操作功能，使得不同地區(qū)的研究者均可操作系統(tǒng)，對(duì)其設(shè)計(jì)的算法進(jìn)行驗(yàn)證，在增加學(xué)術(shù)交流的同時(shí)，也為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供了便利。綜上所述，借助于Client(客戶端)/Server(服務(wù)器)模式，搭建基于遠(yuǎn)程遙操作的橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)控制模式少，控制方式可擴(kuò)展性不高以及無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問即實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙操作的問題，提供一種橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)，使其不僅能夠應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下橋式吊車平臺(tái)的自動(dòng)控制，還可以將其應(yīng)用于工業(yè)橋式吊車中，對(duì)工業(yè)橋式吊車進(jìn)行自動(dòng)控制；同時(shí)加入遠(yuǎn)程遙操作的功能，實(shí)現(xiàn)不同用戶對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙操作，通過(guò)上傳自定義算法，利用系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行算法可行性驗(yàn)證，推動(dòng)學(xué)術(shù)交流的同時(shí)，為算法的實(shí)際驗(yàn)證提供了便利。

本發(fā)明技術(shù)方案

一種基于遠(yuǎn)程遙操作的橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括橋式吊車硬件控制系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程遙操作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，其中：

橋式吊車硬件控制系統(tǒng)，包括獨(dú)立設(shè)計(jì)開發(fā)的硬件控制電路以及硬件數(shù)據(jù)采集電路，用于采集橋式吊車系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并根據(jù)所選離線控制模式進(jìn)行控制信號(hào)的計(jì)算輸出，然后將控制信號(hào)發(fā)送到橋式吊車系統(tǒng)，從而控制橋式吊車系統(tǒng)按預(yù)定要求運(yùn)行；

遠(yuǎn)程遙操作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)橋式吊車系統(tǒng)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信，并根據(jù)所選在線控制模式進(jìn)行控制信號(hào)的計(jì)算輸出，實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)用戶對(duì)橋式吊車系統(tǒng)的訪問操作，遠(yuǎn)程遙操作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)包括有：客戶端以及服務(wù)器端。

所述橋式吊車硬件控制系統(tǒng)中的硬件數(shù)據(jù)采集電路，具有外部接口，能夠采集橋式吊車系統(tǒng)的狀態(tài)信息，包括臺(tái)車位置信息、負(fù)載高度信息以及負(fù)載擺角信息，和光電限位傳感器信號(hào)，包括臺(tái)車位置的正向以及負(fù)向的限位信號(hào)，并能夠通過(guò)硬件控制電路外部接口，將這些數(shù)據(jù)傳輸給硬件控制電路；通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的光耦隔離以及比較器電路以增加數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)碼盤的差分?jǐn)?shù)字信號(hào)的處理；為了能夠輸出與橋式吊車系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置匹配的模擬量控制信號(hào)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換電路，依靠運(yùn)算放大器，接收硬件控制電路外部接口傳輸?shù)目刂菩盘?hào)，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)換，并通過(guò)外部接口輸出到橋式吊車系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置以驅(qū)動(dòng)橋式吊車系統(tǒng)運(yùn)行；所述硬件控制電路，通過(guò)硬件控制電路外部接口接收硬件數(shù)據(jù)采集電路所采集的系統(tǒng)狀態(tài)信息，根據(jù)所選控制模式進(jìn)行控制信號(hào)的計(jì)算，并通過(guò)硬件控制電路外部接口將控制信號(hào)發(fā)送到硬件數(shù)據(jù)采集電路，由硬件數(shù)據(jù)采集電路將控制信號(hào)輸出到橋式吊車系統(tǒng)，控制橋式吊車系統(tǒng)按預(yù)定要求運(yùn)行；同時(shí)為了配合遠(yuǎn)程遙操作功能的實(shí)現(xiàn)，所述硬件控制電路能夠通過(guò)串口模塊與遠(yuǎn)程遙操作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

所述硬件控制電路包括主控芯片DSP，主控芯片分別與FPGA、SRAM、CAN模塊以及串口模塊雙向連接，F(xiàn)PGA分別與擴(kuò)展串口和Buffer模塊雙向連接，F(xiàn)PGA同時(shí)連接DA轉(zhuǎn)換模塊，Buffer模塊雙向連接硬件控制電路外部接口。

所述硬件數(shù)據(jù)采集電路包括8路外部接口，8路光耦隔離以及8路比較器，電壓轉(zhuǎn)換模塊以及硬件控制電路外部接口，其中，8路外部接口與8路光耦隔離以及8路比較器雙向連接，同時(shí)8路外部接口與電壓轉(zhuǎn)換模塊單向連接，電壓轉(zhuǎn)換模塊與硬件控制電路外部接口單向連接，8路光耦隔離以及8路比較器與硬件控制電路外部接口雙向連接。

所述遠(yuǎn)程遙操作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的服務(wù)器端，負(fù)責(zé)接收來(lái)自于橋式吊車硬件控制系統(tǒng)發(fā)送的橋式吊車系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并通過(guò)已建立的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，將狀態(tài)信息傳輸給客戶端，同時(shí)能夠向橋式吊車硬件控制系統(tǒng)發(fā)送控制指令，吊車硬件控制系統(tǒng)通過(guò)判斷控制指令中的控制模式切換位進(jìn)行控制模式的切換；所述客戶端通過(guò)建立與服務(wù)器端的連接，接收橋式吊車系統(tǒng)狀態(tài)信息，并進(jìn)行圖形化顯示，同時(shí)能夠進(jìn)行系統(tǒng)控制模式的選擇，并將實(shí)際切換指令由服務(wù)器端發(fā)送到橋式吊車硬件控制系統(tǒng)；所述客戶端還能夠?qū)⒂脩糇远x算法上傳到服務(wù)器端進(jìn)行算法的驗(yàn)證；這樣，依靠于服務(wù)器端以及客戶端，即能夠?qū)崿F(xiàn)不同地區(qū)研究人員對(duì)橋式吊車系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙操作。

所述橋式吊車系統(tǒng)可以為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的模擬橋式吊車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)或是工業(yè)橋式吊車系統(tǒng)；所述控制模式分為在線控制模式以及離線控制模式，在線控制模式以服務(wù)器端為控制信號(hào)計(jì)算主體，通過(guò)接收來(lái)自于客戶端的用戶自定義算法，或是執(zhí)行內(nèi)嵌控制算法，接替橋式吊車硬件控制系統(tǒng)進(jìn)行控制信號(hào)的計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果傳輸給橋式吊車硬件控制系統(tǒng)，此時(shí)橋式吊車硬件控制系統(tǒng)僅作為控制信號(hào)的輸出裝置，不進(jìn)行控制信號(hào)的計(jì)算；離線控制模式以橋式吊車硬件控制系統(tǒng)為控制信號(hào)的計(jì)算主體，通過(guò)執(zhí)行內(nèi)嵌控制算法進(jìn)行控制信號(hào)的計(jì)算輸出，此時(shí)客戶端程序僅作為將系統(tǒng)狀態(tài)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給客戶端的媒介；所述控制信號(hào)為通過(guò)在線控制模式或是離線控制模式實(shí)時(shí)地計(jì)算出的用于控制橋式吊車系統(tǒng)運(yùn)行的信號(hào)，所述內(nèi)嵌控制算法可以是現(xiàn)有各種自動(dòng)控制算法的任意一種，所述算法被提前燒寫進(jìn)硬件控制電路的控制芯片或是編寫在服務(wù)器端中。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明提供的橋式吊車控制系統(tǒng)，由于采用了獨(dú)立開發(fā)設(shè)計(jì)的硬件控制電路系統(tǒng)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，且相比較于采用商用控制卡的控制方式，可擴(kuò)展性更高，不僅能夠適用于實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的橋式吊車系統(tǒng)，還可以推廣到工業(yè)橋式吊車系統(tǒng)中，且由于實(shí)際橋式吊車與實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)橋式吊車具有相同的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性以及相同的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)到實(shí)際平臺(tái)的完美移植，將研究成果直接應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中；同時(shí)由于加入了遠(yuǎn)程遙操作的功能，可以實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)研究人員對(duì)橋式吊車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的操作，特別是在工業(yè)生產(chǎn)中，由于采用了遠(yuǎn)程遙操作的控制方式，無(wú)需人員在現(xiàn)場(chǎng)即可操作工業(yè)吊車，提高了工業(yè)生產(chǎn)的安全性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種基于遠(yuǎn)程遙操作的橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明提供的一種基于遠(yuǎn)程遙操作的橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)中遠(yuǎn)程遙操作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明提供的一種基于遠(yuǎn)程遙操作的橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)中橋式吊車硬件控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明提供的一種基于遠(yuǎn)程遙操作的橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)中硬件控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明提供的一種基于遠(yuǎn)程遙操作的橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)中硬件數(shù)據(jù)采集電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

圖1所示為本發(fā)明提供的基于遠(yuǎn)程遙操作的橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括：橋式吊車系統(tǒng)101、遠(yuǎn)程遙操作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)102、橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103。

其中：橋式吊車系統(tǒng)101是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制對(duì)象，其中1011為系統(tǒng)機(jī)械主體，與橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103相連接，橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103通過(guò)硬件數(shù)據(jù)采集電路1032(參見圖3)對(duì)橋式吊車系統(tǒng)機(jī)械主體1011的系統(tǒng)狀態(tài)信息(包括臺(tái)車位置信息，負(fù)載高度信息，負(fù)載擺角信息以及臺(tái)車位置的正向或負(fù)向的限位信號(hào))進(jìn)行采集，并傳遞給橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103中的硬件控制電路1031來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的操作；橋式吊車系統(tǒng)101中的驅(qū)動(dòng)裝置1012，負(fù)責(zé)接收由橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103所發(fā)送的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械主體1011按照預(yù)定的要求運(yùn)行。

橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103，包括獨(dú)立設(shè)計(jì)開發(fā)的硬件控制電路1031(參見圖4)以及硬件數(shù)據(jù)采集電路1032(參見圖5)，所述硬件數(shù)據(jù)采集電路1032，能夠采集橋式吊車系統(tǒng)101的系統(tǒng)狀態(tài)信息：包括兩路位置信息，負(fù)載高度信息(通過(guò)安裝在臺(tái)車以及負(fù)載驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的碼盤或是安裝于臺(tái)車或是負(fù)載上的激光測(cè)距儀等其他測(cè)量裝置獲得)以及負(fù)載擺角信息(通過(guò)安裝在負(fù)載上的IMU(Inertial measurement unit，慣性測(cè)量單元)或是安裝在負(fù)載上方的機(jī)械式擺角測(cè)量裝置或采用攝像機(jī)定位的方式來(lái)獲取)和光電限位傳感器信號(hào)(包括臺(tái)車位置的正向以及負(fù)向的限位信號(hào)，通過(guò)安裝在臺(tái)車行程兩端的光電限位裝置獲得)，同時(shí)能夠輸出模擬量控制信號(hào)(驅(qū)動(dòng)橋式吊車系統(tǒng)101運(yùn)行)。

如圖4所示硬件控制電路1031，包括主控芯片DSP，主控芯片分別與FPGA、SRAM、CAN模塊以及串口模塊雙向連接，F(xiàn)PGA分別與擴(kuò)展串口和Buffer模塊雙向連接，F(xiàn)PGA同時(shí)單向連接DA轉(zhuǎn)換模塊，Buffer模塊雙向連接硬件控制電路外部接口。硬件控制電路1031通過(guò)硬件控制電路外部接口接收硬件數(shù)據(jù)采集電路1032所采集的系統(tǒng)狀態(tài)信息，根據(jù)所選離線控制模式進(jìn)行控制信號(hào)的計(jì)算，并通過(guò)硬件控制電路外部接口將控制信號(hào)發(fā)送到硬件數(shù)據(jù)采集電路1032，由硬件數(shù)據(jù)采集電路1032將控制信號(hào)發(fā)送到橋式吊車系統(tǒng)101的驅(qū)動(dòng)裝置1012，驅(qū)動(dòng)橋式吊車系統(tǒng)按預(yù)定要求運(yùn)行，同時(shí)為了配合遠(yuǎn)程遙操作功能的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)串口模塊實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程遙操作系統(tǒng)102的數(shù)據(jù)通信。

如圖5所示硬件數(shù)據(jù)采集電路1032，包括8路外部接口(分成兩個(gè)四路外部接口)，8路光耦隔離以及8路比較器，電壓轉(zhuǎn)換模塊以及硬件控制電路外部接口，其中，8路外部接口與8路光耦隔離以及8路比較器雙向連接，同時(shí)8路外部接口與電壓轉(zhuǎn)換模塊單向連接，電壓轉(zhuǎn)換模塊與硬件控制電路外部接口單向連接，8路光耦隔離以及8路比較器與硬件控制電路外部接口雙向連接。為增加數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力，采用光耦隔離的方式采集橋式吊車系統(tǒng)101的系統(tǒng)狀態(tài)信息和光電限位傳感器信號(hào)，同時(shí)為了配合硬件控制電路1031以及匹配橋式吊車系統(tǒng)101的驅(qū)動(dòng)裝置1012(一般為伺服驅(qū)動(dòng)器或是變頻器)的-10v-10v的驅(qū)動(dòng)電壓，設(shè)計(jì)了借助于有源運(yùn)算放大器的電壓轉(zhuǎn)換模塊電路，對(duì)硬件控制電路輸出的0-3.3v控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其能夠輸出三路-10v-10v的模擬信號(hào)，同時(shí)由于引入了有源運(yùn)算放大器，提高了DA(數(shù)字模擬，digital analog)芯片的驅(qū)動(dòng)能力。

所述硬件控制電路1031，采取的控制架構(gòu)為DSP(數(shù)字信號(hào)處理，Digital Signal Processing)+FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，F(xiàn)ield-Programmable Gate Array)的方式，DSP芯片采用TI(德州儀器，Texas Instruments)公司的TMS F28335型浮點(diǎn)型DSP，是硬件控制電路的核心，負(fù)責(zé)進(jìn)行控制信號(hào)的計(jì)算；FPGA采用ALTERA(阿爾特拉，NASDAQ：ALTR)公司的EP2c5Q208c8型FPGA，并可以通過(guò)判斷服務(wù)器端1022傳輸?shù)目刂颇Ｊ街噶?，切換為離線模式(通過(guò)DSP實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理，即通過(guò)內(nèi)嵌算法來(lái)根據(jù)采集到的系統(tǒng)狀態(tài)量計(jì)算控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制)，或是在線模式(由服務(wù)器端根據(jù)用戶自定義的算法或是內(nèi)嵌算法進(jìn)行控制量的計(jì)算，之后將結(jié)果傳輸給DSP，直接進(jìn)行控制信號(hào)的輸出)，同時(shí)借助于FPGA對(duì)外設(shè)電路進(jìn)行擴(kuò)展并管理，增加系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。FPGA方面具體實(shí)現(xiàn)方案如下：通過(guò)編寫相應(yīng)的FPGA底層程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋式吊車系統(tǒng)狀態(tài)信息的采集和處理；由于DSP沒有D/A(數(shù)字量/模擬量，digital/analog)轉(zhuǎn)換模塊，因此需要外加D/A芯片并利用FPGA對(duì)其進(jìn)行管理；同時(shí)為保障平臺(tái)的安全運(yùn)行，F(xiàn)PGA需要采集由硬件數(shù)據(jù)采集電路1032提供的限位信號(hào)，并將其發(fā)送給DSP，通過(guò)檢測(cè)此信號(hào)，及時(shí)做出系統(tǒng)停車處理，防止系統(tǒng)跑飛；同時(shí)本系統(tǒng)采用串口通信方式實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信，通過(guò)制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，通過(guò)判斷相應(yīng)控制字的值改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行模式；借助于FPGA對(duì)DSP的串口個(gè)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展(DSP上僅有三個(gè)可用串口)，使硬件控制電路1031上可用串口數(shù)目達(dá)到6個(gè)；為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境下的通信要求，添加RS232/RS485(推薦標(biāo)準(zhǔn)232/推薦標(biāo)準(zhǔn)485，recommended standard 232/recommended standard 485)電平轉(zhuǎn)換電路，并借助于FPGA進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換模式的選擇，控制電平的輸出類型。

遠(yuǎn)程遙操作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)102，實(shí)現(xiàn)橋式吊車系統(tǒng)狀態(tài)信息、控制算法以及控制指令的網(wǎng)絡(luò)傳輸，包括服務(wù)器端1022以及客戶端1021，服務(wù)器端1022與橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103通過(guò)串口相連接，負(fù)責(zé)接收來(lái)自于橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103發(fā)送的橋式吊車系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并將此狀態(tài)信息傳輸給客戶端1021進(jìn)行顯示，同時(shí)可以向橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103發(fā)送控制指令，進(jìn)行控制模式的切換；客戶端1021通過(guò)建立與服務(wù)器端的連接，接收橋式吊車系統(tǒng)狀態(tài)信息，并進(jìn)行圖形化顯示，同時(shí)可以進(jìn)行系統(tǒng)控制模式的選擇，實(shí)際切換指令由服務(wù)器端1022發(fā)送，并可將用戶自定義算法上傳到服務(wù)器端1022進(jìn)行算法的驗(yàn)證。

在本發(fā)明中，所述控制模式分為在線控制模式以及離線控制模式，在線控制模式以服務(wù)器端1022為控制信號(hào)計(jì)算主體，通過(guò)接收來(lái)自于客戶端1021的用戶自定義算法，或是執(zhí)行內(nèi)嵌控制算法，接替橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103進(jìn)行控制信號(hào)的計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果傳輸給橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103，此時(shí)橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103僅作為控制信號(hào)的輸出裝置，不進(jìn)行控制信號(hào)的計(jì)算；離線模式以橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103為控制信號(hào)的計(jì)算主體，通過(guò)執(zhí)行內(nèi)嵌控制算法進(jìn)行控制信號(hào)的計(jì)算輸出，此時(shí)服務(wù)器端1022僅作為將系統(tǒng)狀態(tài)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給客戶端1021的媒介；所述控制信號(hào)為通過(guò)在線控制模式或是離線控制模式實(shí)時(shí)地計(jì)算出的用于控制橋式吊車系統(tǒng)101運(yùn)行的信號(hào)，所述內(nèi)嵌控制算法可以是現(xiàn)有各種自動(dòng)控制算法的任意一種(例：PID控制算法、軌跡規(guī)劃算法、滑膜控制算法等)，該算法被提前燒寫進(jìn)硬件控制電路的控制芯片或是編寫在服務(wù)器端中。

優(yōu)選地，所述遠(yuǎn)程遙操作部分102，為了實(shí)現(xiàn)橋式吊車系統(tǒng)狀態(tài)信息、控制算法以及控制指令的網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)研究人員對(duì)橋式吊車系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙操作，在QT(多平臺(tái)圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，Q toolkit)的基礎(chǔ)上搭建軟件控制系統(tǒng)，其中包括客戶端1021以及服務(wù)器端1022，客戶端主要功能是使得用戶可以在界面上方便地修改算法參數(shù)，選擇算法類型以及系統(tǒng)運(yùn)行模式，上傳用戶自定義算法，并能夠?qū)崟r(shí)地顯示系統(tǒng)狀態(tài)信息；服務(wù)器端1022主要完成系統(tǒng)服務(wù)器的搭建，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)，通過(guò)建立起服務(wù)器端與橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103之間的數(shù)據(jù)通信，能夠接收橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103通過(guò)串口發(fā)送來(lái)的系統(tǒng)狀態(tài)信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳給客戶端1021進(jìn)行顯示，同時(shí)可以接收來(lái)自客戶端的控制指令(包括算法參數(shù)、目標(biāo)距離等)以及用戶自定義算法DLL(動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，Dynamic Linkable Library)文件，并在服務(wù)器端1022設(shè)計(jì)相應(yīng)的用戶自定義算法接口，以運(yùn)行用戶自定義算法，并將計(jì)算得到的控制信息傳輸給橋式吊車硬件控制系統(tǒng)103進(jìn)行輸出，控制橋式吊車系統(tǒng)的運(yùn)行，達(dá)到遠(yuǎn)程遙操作的目的。為了避免用戶長(zhǎng)時(shí)間等待，采用郵件通知機(jī)制，當(dāng)上一用戶完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，服務(wù)器就會(huì)以郵件的形式通知下一個(gè)用戶使用。

本發(fā)明所提供的基于遠(yuǎn)程遙操作的橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)，將其應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下橋式吊車平臺(tái)的自動(dòng)控制，可以方便地進(jìn)行控制器的替換，對(duì)現(xiàn)有各種橋式吊車控制方法進(jìn)行驗(yàn)證，并可以通過(guò)判斷相應(yīng)控制字，進(jìn)行運(yùn)行模式的切換(離線模式：由橋式吊車硬件控制系統(tǒng)進(jìn)行控制量的計(jì)算；在線模式：由服務(wù)器端1022進(jìn)行控制量的計(jì)算)，從而能夠?qū)刂破鬟M(jìn)行進(jìn)一步的研究設(shè)計(jì)，推動(dòng)吊車控制方法實(shí)用化的研究；同時(shí)由于采用了通用的電路設(shè)計(jì)原則，還可以將此控制系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)橋式吊車的自動(dòng)控制，并且由于實(shí)際橋式吊車與實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)橋式吊車具有相同的運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)特性，只需稍加修改即可將實(shí)驗(yàn)室下的研究成果直接應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中。最重要的是，由于加入了遠(yuǎn)程遙操作部分，使得不同的用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問橋式吊車系統(tǒng)，上傳自定義控制算法，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙操作，以實(shí)現(xiàn)資源的共享以及研究人員的學(xué)術(shù)交流；在工業(yè)生產(chǎn)中，由于采用了遠(yuǎn)程遙操作的控制方式，無(wú)需人員在現(xiàn)場(chǎng)即可操作工業(yè)橋式吊車，這樣就可以減少吊車運(yùn)行中對(duì)人員的傷害，提高了工業(yè)生產(chǎn)的安全性。

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，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

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