電力系統(tǒng)智能轉(zhuǎn)運平臺履帶控制策略研究

楊海柱+康樂+岳剛偉+高龍飛

摘要：

針對電力設(shè)備在變電站等高電壓環(huán)境中的運輸問題，設(shè)計了一種智能轉(zhuǎn)運平臺。為增強平臺行駛穩(wěn)定性，提出了一種基于模糊控制的履帶控制策略，通過制定合適的模糊規(guī)則，消除平臺行駛時產(chǎn)生的抖動對搖桿操作的影響。仿真及現(xiàn)場調(diào)試表明，平臺行駛速度穩(wěn)定。將模糊控制應(yīng)用于履帶控制策略，能使履帶行駛穩(wěn)定性大大提高。

關(guān)鍵詞：

電力系統(tǒng)；智能轉(zhuǎn)運；履帶；模糊控制

DOIDOI：10.11907/rjdk.172259

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A文章編號文章編號：1672-7800（2018）001-0139-03

Abstract：In the substation and high voltage environment， designed a kind of intelligent transportation platform for power equipments transportation. In the development process， it found the jitter from platform running has great effect on track control， in order to eliminate the influence， strengthen the platform running stability， this paper proposes a track control strategy based on the fuzzy control， by setting the appropriate fuzzy rules to eliminate the influence of platform running jitter on the joystick operation， so that the platform runs more stable.Through simulation and debugging， the effect of jitter on the vehicle steering rocker operation is eliminated， the platform speed stability. It shows the crawler running stability greatly improved through the fuzzy control applied to track control strategy.

Key Words：electric power system； intelligent transportation； track； fuzzy control

0引言

在變電站以及一些高壓環(huán)境中，當設(shè)備發(fā)生故障時，需要對設(shè)備進行檢測及更換。由于電力設(shè)備不方便搬運，以及高壓環(huán)境對人的危害，不適宜進行人工運輸，智能運輸平臺用于解決這些問題。平臺履帶的原有控制策略是通過萬向搖桿控制電機調(diào)速，從而驅(qū)動履帶行駛。但平臺行駛時會產(chǎn)生晃動，使搖桿位置發(fā)生變化，導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)速變化，履帶行駛穩(wěn)定性降低。本文對萬向搖桿引入模糊控制策略，消除平臺晃動影響，使履帶按照設(shè)定狀態(tài)行駛，穩(wěn)定性得以提升 [1]。

1智能轉(zhuǎn)運平臺整體結(jié)構(gòu)

智能轉(zhuǎn)運平臺主要由車體、驅(qū)動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制器以及相關(guān)傳感器構(gòu)成，平臺采用鋼結(jié)構(gòu)車身和履帶底盤，通過兩臺直流無刷電機驅(qū)動履帶移動。采用履帶式的運輸方式，能夠更好地保證運轉(zhuǎn)平臺的穩(wěn)定性，以及在狹小空間的通過性；液壓系統(tǒng)采用一個直流電機來驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)起吊部分180度旋轉(zhuǎn)，以及機械臂對設(shè)備的起吊、搬運，同時對平臺四周的4個液壓臂實現(xiàn)控制，提高起吊設(shè)備時平臺的穩(wěn)定性。同時平臺引入WiFi模塊，通過手機即可實現(xiàn)對平臺動作的遠程控制。為保證可靠性，平臺上還有一套手動控制系統(tǒng)，以保證在手機出現(xiàn)故障時能夠操控[9]。在平臺前后左右還裝有距離檢測器，實現(xiàn)平臺的防撞功能，在前方裝有傳感器，實現(xiàn)平臺的自動尋跡。

通過車身上的旋鈕調(diào)節(jié)平臺手動控制或通過手機APP遙控操作，都能實現(xiàn)液壓系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)的控制，如圖1所示。

無論手動還是遙控，都將平臺設(shè)定為前、后、左、右、左上、右上、左下、右下8個行駛方向，當把搖桿朝設(shè)定方向推動時，平臺就朝該方向移動。但是在搖桿推動過程中，由于平臺晃動使其偏離設(shè)定位置時，搖桿的輸出電壓會發(fā)生波動，導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)速發(fā)生突變，使平臺行駛穩(wěn)定性降低。為此，引入模糊控制策略[2-4]。當平臺行駛時產(chǎn)生的晃動對搖桿操作產(chǎn)生影響時，輸出的控制電壓波動小，使履帶的行駛速度不發(fā)生突變，從而實現(xiàn)平臺的穩(wěn)定行駛。

2履帶原有控制策略

履帶采用萬向搖桿控制移動，原有的控制策略為：把搖桿可推動的平面看作一個圓形區(qū)域，以圓點為中心建立平面直角坐標系。以x軸為標準軸，圓形區(qū)域上方與下方存在一個輸出電壓VX；以y為標準軸，圓形區(qū)域的左邊與右邊也存在一個輸出電壓VY。設(shè)定在x軸和y軸負方向上最大半徑處電壓為0v，正方向上最大半徑處為3.3v。對應(yīng)VX存在VX=rR×θ1180?！?.3（θ1為搖桿所處的位置同圓心的連線和x軸負方向的夾角），對應(yīng)VY存在VY=rR×θ2180。×3.3（θ2為搖桿所處位置同圓心的連線和y軸負方向的夾角）。把VX作為左電機的驅(qū)動信號，VY作為右電機的驅(qū)動信號，通過控制器對這兩個電壓信號進行采樣，控制器根據(jù)采集到的電壓值輸出合適的PWM波來驅(qū)動電機調(diào)速，實現(xiàn)履帶運轉(zhuǎn)。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，采用原有的控制策略，當推動搖桿朝所設(shè)定的8個方向移動時，平臺行駛時產(chǎn)生的晃動使搖桿所處的角度和位置發(fā)生變化，搖桿輸出的電壓也隨之發(fā)生變化，使電機的轉(zhuǎn)速突變，履帶的行駛變得不穩(wěn)定，不利于設(shè)備運輸。endprint

3履帶智能控制策略

模糊控制對那些數(shù)學(xué)模型難以獲取、動態(tài)特性不易掌握或變化顯著的對象非常適用，由于原有的控制策略存在問題，為此，對萬向搖桿引入模糊控制策略，用來消除人為操作帶來的電機轉(zhuǎn)速變化影響，使履帶的穩(wěn)定性得以提升。

3.1模糊控制器的輸入量和輸出量

首先找出模糊控制器的輸入量和輸出量，輸入量分別是半徑R和角度α，輸出量分別是左電機和右電機輸出狀態(tài)PL、PR [10]。

3.2映射到模糊集合論域

將角度設(shè)定為8個方向，半徑設(shè)為兩種狀態(tài)，分別映射到{NA、NB、NC、ND、NE、NF、NG、NH、NI}和{S、B}，將PL、PB映射到{P-1、P-2、P-3、P0、P1、P2、P3}，角度α的論域為{-2，2}，半徑R的論域為{0，2}，PL、PB的論域為{-3，3}[5-6]。

3.3隸屬度函數(shù)

根據(jù)設(shè)定的萬向搖桿控制策略，為保證系統(tǒng)可靠運行，將角度α、半徑R以及左右電機的輸出狀態(tài)PL和PB全部采用三角形隸屬度函數(shù)，如圖2所示。

3.4編輯模糊規(guī)則

當角度與半徑處于不同的狀態(tài)時，根據(jù)所設(shè)定的行駛狀態(tài)對應(yīng)的左右電機的輸出狀態(tài)，建立模糊規(guī)則表，如表1所示。

3.5模糊規(guī)則推理和輸出曲面

通過模糊工具箱里的規(guī)則觀測器和曲面觀測器，查看模糊規(guī)則推理圖3和觀測輸出曲面，見圖4、圖5[7-8]。

3.6仿真結(jié)果

經(jīng)過仿真得到如表2所示的搖桿處于-45°左右時輸出驅(qū)動電壓，表3為仿真結(jié)果。

4實驗與分析

采用寬180mm×節(jié)距72mm×節(jié)數(shù)39的履帶式底盤，選用兩臺OKD80B5-48V-1.1-1500直流無刷電機作為履帶式底盤驅(qū)動。一臺OKD80B5-48V-1.1-1500直流無刷電機驅(qū)動液壓系統(tǒng)，使用4塊6DGA-12V-170型蓄電池提供48V直流電源，選用ARM控制器，通過JH-D202X-R2/R4二維搖桿電位器控制履帶行駛。選取-45°左右的驅(qū)動電壓進行檢測。首先在平臺上采用原有控制策略，測試搖桿輸出的驅(qū)動電壓，之后將模糊控制策略引入控制器平臺，再測量搖桿輸出的驅(qū)動電壓，檢測結(jié)果如表4、表5所示。

將輸出結(jié)果制成折線圖，如圖6～圖9所示。

將實驗和仿真數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)果基本保持一致，同時通過圖6～圖9分析可知，在將模糊控制策略引入萬向搖桿之后，搖桿輸出的驅(qū)動電壓曲線較原有控制策略的電壓曲線更為平滑，輸出電壓波動較小，說明更為穩(wěn)定。本文方法能消除平臺晃動對搖桿的影響，使履帶控制達到預(yù)期要求。

5結(jié)語

本文提出的電力系統(tǒng)智能轉(zhuǎn)運平臺，為變電站以及一些高電壓危險環(huán)境中的運輸問題提出了合理的解決方案。提出的基于模糊控制原理的控制策略，相比原有的搖桿控制策略，消除了平臺晃動對行駛的影響，使履帶能夠穩(wěn)定行駛，安全性大大提升，仿真實驗驗證了本控制策略的可行性。本智能轉(zhuǎn)運平臺經(jīng)實驗室模擬調(diào)試及現(xiàn)場調(diào)試，證明運行穩(wěn)定，性能可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的行駛狀態(tài)。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）endprint