[發(fā)明專利]一種基于預(yù)見控制的貨車車廂自動平衡控制裝置及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510610900.2
• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105523091B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊雪鋒;董事;李威;路恩;劉玉飛;李騰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B62D37/00
• 分類號: B62D37/00;B62D33/08
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務(wù)所32205
• 代理人: 華德明

1.一種基于預(yù)見控制的貨車車廂自動平衡控制裝置，其特征在于，它包括：

控制系統(tǒng)(1)、傾斜伺服電動彈簧缸(3)、副臂(4)、導(dǎo)向桿(6)、車架(7)、傾角傳感器(8)、第一組垂直伺服電動彈簧缸(11)、第二組垂直伺服電動彈簧缸(12)、雙向?qū)ΨQ伸縮缸(15)、車廂(17)、第一組位移傳感器(18)、第二組位移傳感器(19)以及第三組位移傳感器(20)；

所述傾斜伺服電動彈簧缸(3)的前端通過車架(7)前端中心處固定的第一組轉(zhuǎn)動副(2)鉸接在車架(7)上、后端通過第一組萬向鉸(5)串接在車廂(17)前端下沿設(shè)有的導(dǎo)向桿(6)上；

所述第一組垂直伺服電動彈簧缸(11)的下端通過車架(7)尾端設(shè)有的第一組固定安裝孔(9)固定安裝在車架(7)上、上端通過第二組萬向鉸(13)鉸接在雙向?qū)ΨQ伸縮缸(15)左端；

所述第二組垂直伺服電動彈簧缸(12)的下端通過車架(7)尾端設(shè)有的第二組固定安裝孔(10)固定安裝在車架(7)上、上端通過第三組萬向鉸(14)鉸接在雙向?qū)ΨQ伸縮缸(15)右端；

所述雙向?qū)ΨQ伸縮缸(15)通過車廂(17)尾端上沿設(shè)有的第二組轉(zhuǎn)動副(16)鉸接在車廂(17)頂部；

所述傾角傳感器(8)安裝在車廂(17)正下方中心處；

所述第一組位移傳感器(18)安裝在傾斜伺服電動彈簧缸(3)的活塞與缸筒之間；

所述第二組位移傳感器(19)安裝在第一組垂直伺服電動彈簧缸(11)的活塞與缸筒之間；

所述第三組位移傳感器(20)安裝在第二組垂直伺服電動彈簧缸(12)的活塞與缸筒之間；

其中，所述傾斜伺服電動彈簧缸(3)、第一組垂直伺服電動彈簧缸(11)、第二組垂直伺服電動彈簧缸(12)、副臂(4 )分別連接至控制系統(tǒng)(1)，控制系統(tǒng)(1)接收和發(fā)出動作指令，控制各彈簧缸的伸縮。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)見控制的貨車車廂自動平衡控制裝置，其特征在于，所述的雙向?qū)ΨQ伸縮缸(15)包括第一組活塞桿(15-1)、缸筒(15-2)、推桿腔(15-3)、推桿(15-4 )、滑塊(15-5 )、第二組活塞桿(15-6 )和導(dǎo)向槽(15-7 )；

其中，第一組活塞桿(15-1)、第二組活塞桿(15-6)與缸筒(15-2)內(nèi)壁之間通過移動副連接，兩側(cè)推桿(15-4)的一端分別與第一組活塞桿(15-1)、第二組活塞桿(15-6)鉸接，另一端分別與分布在兩側(cè)的滑塊(15-5)鉸接，導(dǎo)向桿(15-7)穿過滑塊(15-5)使其沿著自身滑動；

當(dāng)兩側(cè)第一組活塞桿(15-1)、第二組活塞桿(15-6)向外運動時，兩側(cè)推桿(15-4)帶動中間的滑塊(15-5)沿中間的導(dǎo)向槽(15-7)向缸筒(15-2)中心收攏；兩側(cè)推桿(15-4)等長，從而使兩側(cè)第一組活塞桿(15-1)、第二組活塞桿(15-6)的伸長量保持同步。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于預(yù)見控制的貨車車廂自動平衡控制裝置，其特征在于，所述傾斜伺服電動彈簧缸(3)可繞第一組轉(zhuǎn)動副(2)在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)角范圍為0o～60o。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于預(yù)見控制的貨車車廂自動平衡控制裝置，其特征在于，所述車廂(17)可繞第二組轉(zhuǎn)動副(16)前后俯仰，其俯仰角變化范圍為±30o。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于預(yù)見控制的貨車車廂自動平衡控制裝置，其特征在于，所述車廂(17)通過第一組垂直伺服電動彈簧缸(11)、第二組垂直伺服電動彈簧缸(12)進(jìn)行左右翻轉(zhuǎn)，其翻轉(zhuǎn)角變化范圍為±20o。

6.一種基于預(yù)見控制的貨車車廂自動平衡控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1 )調(diào)節(jié)車廂的左右平衡：

根據(jù)傾角傳感器(8)測得的翻轉(zhuǎn)角為β，由控制系統(tǒng)(1)輸出控制信號，分別調(diào)整第一組垂直伺服電動彈簧缸(11)、第二組垂直伺服電動彈簧缸(12)的伸長量，直到傾角傳感器(8)顯示翻轉(zhuǎn)角β為0，即將車廂(17)調(diào)成左右等高；

此時分別利用第二組位移傳感器(19)、第三組位移傳感器(20)記錄下在該調(diào)整過程中第一組垂直伺服電動彈簧缸(11)的伸長量ΔL1和第二組垂直伺服電動彈簧缸(12)的伸長量ΔL2；

2 )調(diào)節(jié)車廂的前后平衡：

基于步驟1)得到的伸長量ΔL1和ΔL2，得到車廂(17)尾端中心處的豎直位移Δh1，并根據(jù)傾斜伺服電動彈簧缸(3)的初始長度L30，車廂(17)高度為b，第一組轉(zhuǎn)動副(2)到平衡時車廂(17)前端的水平距離d，第二組轉(zhuǎn)動副(16)的軸心到車架(7)的距離D，計算得出傾斜伺服電動彈簧缸(3)的預(yù)計伸長量ΔL3，由控制系統(tǒng)(1)輸出控制信號，調(diào)節(jié)傾斜伺服電動彈簧缸(3)的伸長量為ΔL3，并驅(qū)動副臂(4)輔助傾斜伺服電動彈簧缸(3)的伸縮，直到將車廂(17)調(diào)成前后等高，從而使車廂(17)恢復(fù)到平衡狀態(tài)；

3 )采用預(yù)見控制方法，應(yīng)用最優(yōu)控制理論得到最優(yōu)控制信號u(t)、從而及時消除車廂(17)的小幅振動。