基于多傳感器信息融合的牽引機構(gòu)控制裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多傳感器信息融合的牽引機構(gòu)控制裝置及其控制方法，牽引機構(gòu)控制裝置包括開度傳感器、左張力傳感器、右張力傳感器、融合控制電路和電機驅(qū)動電路，開度傳感器實時采集門體位置信息，左張力傳感器實時采集左鋼索張力信息，右張力傳感器實時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，融合控制電路對這些傳感器信息進行融合處理后給電機驅(qū)動電路，帶動牽引機構(gòu)運動。本發(fā)明實現(xiàn)了多傳感器信息融合控制，保證兩個門體同步平穩(wěn)對稱打開閉合到指定位置，同時采用全模擬電路實現(xiàn)和最值選取方法，避免了復(fù)雜的數(shù)字程序計算，提高了整個閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，具有體積小重量輕，復(fù)雜度低，實時性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點。
【專利說明】基于多傳感器信息融合的牽引機構(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構(gòu)控制裝置及其控制方法，尤其涉及在弧形軌道上對稱打開閉合兩個門體的牽引機構(gòu)控制裝置及其控制方法，屬于電子系統(tǒng)設(shè)計和控制方法領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在弧形軌道上對稱打開閉合的門體，由于使用空間限制必須用空間布局靈活的鋼索牽引機構(gòu)，那么如何保證兩個門體同步平穩(wěn)對稱打開閉合到指定位置，且在打開和閉合過程中不會因為意外出現(xiàn)系統(tǒng)損傷等不可修復(fù)的故障，是鋼索牽引機構(gòu)控制裝置需要解決的問題。
[0003]多傳感器信息融合控制是指當(dāng)一個系統(tǒng)的動態(tài)過程可以用多種物理特征表示出來時，用多種傳感器分別監(jiān)測系統(tǒng)動態(tài)過程中各個物理特征，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、張力測量裝置及張力調(diào)整裝置，張力測量裝置及張力調(diào)整裝置分別連接控制器；張力測量裝置包括鋼索股繞過的滑輪，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，拉力鋼索繞過工字輪，拉力鋼索子的另一端連接氣動裝置。該發(fā)明由張力測量裝置在線測量鋼索股的張力，并通過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，自動檢測并調(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鋼索股之間張力的一致性，但無法保證兩個門體位置也是對稱一致的，無法完成驅(qū)動牽引機構(gòu)開合兩個門體的控制要求。發(fā)明專利“控制裝置”(專利號為CN200710086176.3)公開了一種控制裝置用來進行零件加工，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)定控制對象對于工件的相對位置和所述工件以及所述控制對象相互的接觸力，對所述控制對象的驅(qū)動源進行力控制，根據(jù)對于所述驅(qū)動源的位置指令值和實測位置，取得所述位置控制電路的時間常數(shù)；根據(jù)所述控制對象接觸到所述工件時的力數(shù)據(jù)，取得所述控制對象和所述工件的剛性值，在所述位置控制電路的所述時間常數(shù)大于所述力控制電路的時間常數(shù)的條件下，根據(jù)位置控制電路的時間常數(shù)和剛性值，計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)計方法，設(shè)計復(fù)雜度高，實時性受限，在驅(qū)動牽引機構(gòu)上要求高度實時性的場合并不適用。

【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構(gòu)控制裝置及其控制方法，控制弧形軌道上打開閉合的門體的牽引機構(gòu)，保證兩個門體同步平穩(wěn)對稱打開閉合到指定位置。
[0005]本發(fā)明為實現(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構(gòu)控制裝置，牽引機構(gòu)包括左右兩扇門體以及分別牽引兩扇門體的電機、強力彈簧、鋼索和滑輪組，其特征是:包括融合控制電路、開度傳感器、左張力傳感器、右張力傳感器和電機驅(qū)動電路，開度傳感器實時采集門體位置信息，左張力傳感器與左門鋼索相連，實時采集左門鋼索張力信息，右張力傳感器與右門鋼索相連，實時采集右門鋼索張力信息，開度傳感器、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，融合控制電路對這些傳感器信息進行融合處理后輸出給電機驅(qū)動電路，以此帶動牽引機構(gòu)運動。
[0006]融合控制電路包括三路信號調(diào)理電路、自動切換電路、五路預(yù)運算電路、最大值選取電路和最小值選取電路，其中，第一路預(yù)運算電路是開度基準(zhǔn)信號上限值/下限值參與的預(yù)運算電路，第二路和第五路預(yù)運算電路都是張力上限值參與的預(yù)運算電路，第三路和第四路預(yù)運算電路都是張力下限值參與的預(yù)運算電路；自動切換電路的輸入端連接開門/關(guān)門控制指令和開度基準(zhǔn)信號上限值 /下限值，第一路信號調(diào)理電路的輸入端連接開度傳感器信號，第一路預(yù)運算電路的輸入端連接自動切換電路的輸出端和第一路信號調(diào)理電路的輸出端；第二路信號調(diào)理電路的輸入端連接左張力傳感器信號，輸出端與第二路預(yù)運算電路和第三路預(yù)運算電路的輸入端連接；第三路信號調(diào)理電路的輸入端連接右張力傳感器信號，輸出端與第四路預(yù)運算電路和第五路預(yù)運算電路的輸入端連接；第二路和第五路預(yù)運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、最大值選取電路輸出的信號和第一路預(yù)運算電路輸出的信號疊加融合后輸出到電機驅(qū)動電路。
[0007]預(yù)運算電路包括電平線性化電路和比例微分運算電路，比例微分運算電路包括集成運算放大器、反饋電阻、輸入電阻和電容，電容和反饋電阻并聯(lián)后一端連接集成運算放大器的反相輸入端，另一端連接集成運算放大器的輸出端，預(yù)先設(shè)定的參考電壓經(jīng)過輸入電阻連接集成運算放大器的同相輸入端，電平線性化電路由兩個負(fù)極相連的穩(wěn)壓管組成，穩(wěn)壓管的兩個正極分別與集成運算放大器的反相輸入端和輸出端連接，集成運算放大器的輸出端即為預(yù)運算電路的輸出端。
[0008]自動切換電路包括自動切換預(yù)處理電路和切換控制電路，自動切換預(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的集電極通過電阻R48與電源VCC連接，三極管V16的集電極通過電阻R49與電源VCC連接，三極管V15的集電極通過電阻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，開門/關(guān)門控制指令經(jīng)過電阻R40輸入三極管V15的基極，三極管V15的集電極為關(guān)門信號SHUT的輸出，三極管V16的集電極為開門信號OPEN的輸出；切換控制電路包括模擬開關(guān)通道UlC和模擬開關(guān)通道U1B，切換控制電路接收自動切換預(yù)處理電路輸出的關(guān)門信號SHUT和開門信號OPEN，其中開門信號OPEN連接切換控制電路的模擬開關(guān)通道U1C，關(guān)門信號SHUT連接切換控制電路的模擬開關(guān)通道U1B，模擬開關(guān)通道UlC連接開度基準(zhǔn)信號上限值，模擬開關(guān)通道UlB連接開度基準(zhǔn)信號下限值，模擬開關(guān)通道UlC和模擬開關(guān)通道UlB的輸出端經(jīng)過輸入電阻連接第一路預(yù)運算電路的集成運算放大器的反相輸入端。
[0009]最小值選取電路由兩個二極管組成，兩個二極管的負(fù)極分別連接第二路和第五路預(yù)運算電路的輸出端，兩個二極管正極相連接，正極連接點為最小值選取電路的輸出端；最大值選取電路由兩個二極管組成，兩個二極管的正極分別連接第三路和第四路預(yù)運算電路的輸出端，兩個二極管負(fù)極相連接，負(fù)極連接點為最大值選取電路的輸出端。
[0010]信號調(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算放大器U2B和反饋電阻R47組成，集成運算放大器U2B的同相輸入端與電阻R6和電容C4的連接點連接，集成運算放大器U2B的反相輸入端經(jīng)過反饋電阻R47與輸出端連接，電阻R39的一端連接輸入的傳感器信號，另一端與電容C3和電阻R6的連接點連接，集成運算放大器U2B的輸出端即為信號調(diào)理電路的輸出端。
[0011]開度傳感器包括一個帶轉(zhuǎn)軸的位置電位計搖臂和一個與該轉(zhuǎn)軸固定連接的角位移電位計，且角位移電位計以該轉(zhuǎn)軸為同心軸，所述搖臂的前端與門體相連。
[0012]張力傳感器包括一個鋼索張力電位計搖臂，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)有角位移電位計和一個扭轉(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構(gòu)控制方法，控制過程為: O融合控制電路接收到“開門”或者“關(guān)門”的控制指令；
2)控制指令為“開門”時，給定開度為“開”的電壓為開度基準(zhǔn)信號上限值，設(shè)定系統(tǒng)允許張力最大值為張力上限值，當(dāng)指令信號為“關(guān)門”時，給定開度為“關(guān)”的電壓為開度基準(zhǔn)信號下限值，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“開門”時，驅(qū)動電機帶動鋼索沿滑輪牽引門體克服強力彈簧拉力平穩(wěn)開至所需位置，控制指令為“關(guān)門”時，驅(qū)動電機帶動鋼索沿滑輪釋放門體，門體在強力彈簧的拉力作用下平穩(wěn)關(guān)閉；
4)在步驟3)的過程中，開度傳感器信號與開度基準(zhǔn)信號進行比較，控制指令為“開門”時，如果開度傳感器信號小于開度基準(zhǔn)信號上限值，門體繼續(xù)向“開”方向運動，如果開度傳感器信號等于開度基準(zhǔn)信號上限值，門體停止運動，控制電路向控制計算機反饋“開到位”信號，如果開度傳感器信號大于開度基準(zhǔn)信號上限值，門體向“關(guān)”方向運動，與上述控制過程的同時執(zhí)行步驟5);指令信號為“關(guān)門”時，如果開度傳感器信號大于開度基準(zhǔn)信號下限值，門體繼續(xù)向“關(guān)”方向運動，如果開度傳感器信號等于開度基準(zhǔn)信號下限值，門體停止運動，控制電路向控制計算機反饋“關(guān)到位”信號，如果開度傳感器信號小于開度基準(zhǔn)信號下限值，門體向“開”方向運動，與上述控制過程的同時執(zhí)行步驟5)；
5)指令信號為“開門”時，若張力傳感器信號小于張力上限值，則繼續(xù)驅(qū)動電機向“開”方向轉(zhuǎn)動，若張力傳感器信號等于張力上限值，則驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動，若張力傳感器信號大于張力上限值，則驅(qū)動電機向“關(guān)”方向轉(zhuǎn)動；指令信號為“關(guān)門”時，若張力傳感器信號大于張力下限值，則繼續(xù)驅(qū)動電機向“關(guān)”方向轉(zhuǎn)動，若張力傳感器信號等于張力下限值，則驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動，若張力傳感器信號小于張力下限值，則驅(qū)動電機向“開”方向轉(zhuǎn)動。
[0014]本發(fā)明實現(xiàn)了多傳感器信息融合控制，解決了單一傳感器測量系統(tǒng)信息不全面，控制效果不理想等問題，通過開度傳感器采集的門體開度信號和張力傳感器采集的鋼索張力信號的融合控制，保證牽引機構(gòu)的兩個門體同步、平穩(wěn)以及對稱地打開或者閉合到指定位置。本發(fā)明采取了全模擬電路實現(xiàn)的融合控制和最值選取方法，避免了復(fù)雜的數(shù)字程序計算，提高了整個閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，具有體積小重量輕，復(fù)雜度低，實時性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0015]圖1是牽引機構(gòu)正視圖。
[0016]圖2是牽引機構(gòu)俯視圖。
[0017]圖3是張力傳感器正視圖。
[0018]圖4是牽引機構(gòu)控制裝置關(guān)系框圖。
[0019]圖5是信號調(diào)理電路的電路圖。
[0020]圖6a是自動切換預(yù)處理電路的電路圖。
[0021]圖6b是開度基準(zhǔn)信號參與的預(yù)運算電路的電路圖。
[0022]圖7是張力上限值參與的預(yù)運算電路的電路圖。
[0023]圖8是融合控制電路工作流程圖。
[0024]圖中標(biāo)號名稱:1一門體，2—分段式軌道，3—鋼索，4一電機，5—位置電位計，6—強力彈簧，7—位置電位計搖臂，8—鋼索卷繞盤，9一導(dǎo)向滑輪，10—鋼索張力電位計搖臂，11一鋼索張力電位計、12—扭轉(zhuǎn)彈簧。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[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象——牽引機構(gòu)的正視圖和俯視圖，牽引機構(gòu)包括:門體1，分段式軌道2，鋼索3，電機4，強力彈簧6，鋼索卷繞盤8和導(dǎo)向滑輪9，開度傳感器包括:位置電位計5和位置電位計搖臂7。
[0027]圖3是張力傳感器正視圖，張力傳感器包括:鋼索張力電位計搖臂10，鋼索張力電位計11和扭轉(zhuǎn)彈簧12。
[0028]圖4是本發(fā)明所述牽引機構(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調(diào)理電路、自動切換電路、五路預(yù)運算電路、最大值選取電路和最小值選取電路，其中，第一路預(yù)運算電路是開度基準(zhǔn)信號上限值/下限值參與的預(yù)運算電路，第二路和第五路預(yù)運算電路都是張力上限值參與的預(yù)運算電路，第三路和第四路預(yù)運算電路都是張力下限值參與的預(yù)運算電路；自動切換電路的輸入端連接開門/關(guān)門控制指令和開度基準(zhǔn)信號上限值/下限值，第一路信號調(diào)理電路的輸入端連接開度傳感器信號，第一路預(yù)運算電路的輸入端連接自動切換電路的輸出端和第一路信號調(diào)理電路的輸出端；第二路信號調(diào)理電路的輸入端連接左張力傳感器信號，輸出端與第二路預(yù)運算電路和第三路預(yù)運算電路的輸入端連接；第三路信號調(diào)理電路的輸入端連接右張力傳感器信號，輸出端與第四路預(yù)運算電路和第五路預(yù)運算電路的輸入端連接；第二路和第五路預(yù)運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、最大值選取電路輸出的信號和第一路預(yù)運算電路輸出的信號疊加融合后輸出到電機驅(qū)動電路。
[0029]圖7是張力上限值參與的預(yù)運算電路的電路圖，此圖為融合控制電路接收的控制指令為開門時對左張力傳感器信號和右張力傳感器信號的處理電路。如圖所示，預(yù)運算電路包括處理左張力傳感器信號的預(yù)運算電路和處理右張力傳感器信號的預(yù)運算電路兩個部分，張力上限值分別經(jīng)過輸入電阻輸入到這兩部分預(yù)運算電路中集成運算放大器的反相輸入端。預(yù)運算電路包括電平線性化電路和比例微分運算電路，電平線性化電路保證運算后的信號在指定區(qū)域內(nèi)線性輸出，比例微分運算電路完成鋼索張力上限值或下限值與張力信號的加法運算、與參考電壓的減法運算以及信號的比例、阻尼和系統(tǒng)靜差調(diào)節(jié)。比例微分運算電路包括集成運算放大器仍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)后一端連接集成運算放大器的反相輸入端，另一端連接集成運算放大器的輸出端，預(yù)先設(shè)定的參考電壓hfVPP分別經(jīng)過輸入電阻R14、R18連接集成運算放大器的同相輸入端，左張力傳感器信號和右張力傳感器信號分別經(jīng)過輸入電阻R11、R15與分別經(jīng)過輸入電阻R12、R13的張力上限值疊加后輸入到集成運算放大器的反相輸入端；電平線性化電路由兩個負(fù)極相連的穩(wěn)壓管V1、V2和V3、V4組成，穩(wěn)壓管的兩個正極分別與集成運算放大器的反相輸入端和輸出端連接，集成運算放大器的輸出端即為預(yù)運算電路的輸出端。
[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上限值參與的預(yù)運算電路和右張力傳感器信號上限值參與的預(yù)運算電路的輸出端。二極管Vll和V12的正極相連且連接點即為最小值選取電路的輸出端?！伴_門”時需要考查張力是否過大，避免鋼索被拉斷，過大時兩路張力下限值參與的預(yù)運算電路均輸出低電平，選取它們中運算后最小的那個輸出來參與融合控制，以此來及時響應(yīng)對鋼索張力上的變化。當(dāng)張力過大時鋼索張力信號輸入為正電壓，它與張力上限值和參考電壓運算后，經(jīng)過反相運算放大器的信號一定為負(fù)，所以，張力信號最大的輸入端經(jīng)過預(yù)運算電路后會輸出最小的張力信號，同時，該信號會截止另一個穩(wěn)壓二極管的信號輸出，這樣便完成了最小值信號的選取輸出。同理，“關(guān)門”時需要考查張力是否過小，避免鋼索從滑輪上脫落，過小輸出高電平，通過最大值選取電路選取它們中運算后最大的那個輸出，這樣便完成了最大值信號的選取輸出。
[0031]圖6a是自動切換預(yù)處理電路的電路圖，圖6b是開度基準(zhǔn)信號參與的預(yù)運算電路的電路圖，切換控制電路部分的電路圖如圖6b中模擬開關(guān)通道UlC和模擬開關(guān)通道UlB部分所示。自動切換預(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的集電極通過電阻R48與電源VCC連接，三極管V16的集電極通過電阻R49與電源VCC連接，三極管V15的集電極通過電阻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，開門/關(guān)門控制指令經(jīng)過電阻R40輸入三極管V15的基極，三極管V15的集電極為關(guān)門信號SHUT的輸出，三極管V16的集電極為開門信號OPEN的輸出；切換控制電路包括模擬開關(guān)通道UlC和模擬開關(guān)通道U1B，切換控制電路接收自動切換預(yù)處理電路輸出的關(guān)門信號SHUT和開門信號OPEN，其中開門信號OPEN連接切換控制電路的模擬開關(guān)通道U1C，關(guān)門信號SHUT連接切換控制電路的模擬開關(guān)通道U1B，模擬開關(guān)通道UlC連接開度基準(zhǔn)信號上限值，模擬開關(guān)通道UlB連接開度基準(zhǔn)信號下限值，模擬開關(guān)通道UlC和模擬開關(guān)通道UlB的輸出端經(jīng)過輸入電阻R54、R55連接圖6b中開度基準(zhǔn)信號上限值/下限值參與的預(yù)運算電路的集成運算放大器U4A的反相輸入端?！案?低電平”代表“開門/關(guān)門控制指令”，當(dāng)控制指令是“開門”時，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”時，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信號都作為模擬開關(guān)的控制信號，它們?yōu)楦唠娖綍r才導(dǎo)通，那么，它可以控制開度基準(zhǔn)信號上限值在開門時參與控制，而開度基準(zhǔn)信號下限值在關(guān)門時參與控制。
[0032]開度基準(zhǔn)信號上限值/下限值參與的預(yù)運算電路與圖7中張力上限值參與的預(yù)運算電路相同，包括比例微分運算電路和電平線性化電路，比例微分運算電路包括集成運算放大器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)后一端連接集成運算放大器U4A的反相輸入端，另一端連接集成運算放大器U4A的輸出端，開度傳感器信號經(jīng)過輸入電阻R24輸入集成運算放大器U4A的反相輸入端，參考電壓hfVPP經(jīng)過輸入電阻R25和集成運算放大器U4A同相端相連與開度傳感器信號進行減法運算，開度基準(zhǔn)信號上限值經(jīng)過輸入電阻R54和集成運算放大器U4A反相端相連與開度傳感器信號進行加法運算，開度基準(zhǔn)信號下限值經(jīng)過輸入電阻R55和集成運算放大器U4A反相端相連與開度傳感器信號進行加法運算。
[0033]圖5是信號調(diào)理電路原理圖，信號調(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算放大器U2B和反饋電阻R47組成，集成運算放大器U2B的同相輸入端與電阻R6和電容C4的連接點連接，集成運算放大器U2B的反相輸入端經(jīng)過反饋電阻R47與輸出端連接，電阻R39的一端連接輸入的傳感器信號，另一端與電容C3和電阻R6的連接點連接，集成運算放大器U2B的輸出端即為信號調(diào)理電路的輸出端。信號調(diào)理電路主要是濾除工頻干擾等高頻信號。
[0034]圖8是融合控制電路工作流程圖，開機時融合控制電路接收到“開門”或者“關(guān)門”的控制指令，根據(jù)控制指令系統(tǒng)設(shè)定開度基準(zhǔn)信號上限值/下限值和張力上限值/張力下限值，控制指令為“開門”時，驅(qū)動電機帶動鋼索沿滑輪牽弓I門體克服強力彈簧拉力平穩(wěn)開至所需位置，控制指令為“關(guān)門”時，驅(qū)動電機帶動鋼索沿滑輪釋放門體，門體在強力彈簧的拉力作用下平穩(wěn)關(guān)閉。在“開門”的過程中，如果開度傳感器信號等于開度基準(zhǔn)信號上限值，則門體停止運動，并發(fā)出“開到位”信號，如果開度傳感器信號大于開度基準(zhǔn)信號上限值，則門體向“關(guān)”方向運動，如果開度傳感器信號小于開度基準(zhǔn)信號上限值，則門體繼續(xù)向“開”的方向運動，與上述控制過程的同時，將張力傳感器信號與張力上限值比較，如果張力傳感器信號等于張力上限值，驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動，如果張力傳感器信號大于張力上限值，則驅(qū)動電機向“關(guān)”方向轉(zhuǎn)動，如果張力傳感器信號小于張力上限值，則驅(qū)動電機繼續(xù)向“開”方向轉(zhuǎn)動，“關(guān)門”時同理。
[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)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多傳感器信息融合的牽引機構(gòu)控制裝置，牽引機構(gòu)包括左右兩扇門體以及分別牽引兩扇門體的電機、強力彈簧、鋼索和滑輪組，其特征是:包括融合控制電路、開度傳感器、左張力傳感器、右張力傳感器和電機驅(qū)動電路，開度傳感器實時采集門體位置信息，左張力傳感器與左門鋼索相連，實時采集左門鋼索張力信息，右張力傳感器與右門鋼索相連，實時采集右門鋼索張力信息，開度傳感器、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，融合控制電路對這些傳感器信息進行融合處理后輸出給電機驅(qū)動電路，以此帶動牽引機構(gòu)運動。
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構(gòu)控制裝置，其特征是:融合控制電路包括二路/[目號調(diào)理電路、自動切換電路、五路預(yù)運算電路、最大值選取電路和最小值選取電路，其中，第一路預(yù)運算電路是開度基準(zhǔn)信號上限值/下限值參與的預(yù)運算電路，第二路和第五路預(yù)運算電路都是張力上限值參與的預(yù)運算電路，第三路和第四路預(yù)運算電路都是張力下限值參與的預(yù)運算電路；自動切換電路的輸入端連接開門/關(guān)門控制指令和開度基準(zhǔn)信號上限值/下限值，第一路信號調(diào)理電路的輸入端連接開度傳感器信號，第一路預(yù)運算電路的輸入端連接自動切換電路的輸出端和第一路信號調(diào)理電路的輸出端；第二路信號調(diào)理電路的輸入端連接左張力傳感器信號，輸出端與第二路預(yù)運算電路和第三路預(yù)運算電路的輸入端連接；第三路信號調(diào)理電路的輸入端連接右張力傳感器信號，輸出端與第四路預(yù)運算電路和第五路預(yù)運算電路的輸入端連接；第二路和第五路預(yù)運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、最大值選取電路輸出的信號和第一路預(yù)運算電路輸出的信號疊加融合后輸出到電機驅(qū)動電路。
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構(gòu)控制裝置，其特征是:預(yù)運算電路包括電平線性化電路和比例微分運算電路，比例微分運算電路包括集成運算放大器、反饋電阻、輸入電阻和電容，電容和反饋電阻并聯(lián)后一端連接集成運算放大器的反相輸入端，另一端連接集成運算放大器的輸出端，預(yù)先設(shè)定的各個參考電壓經(jīng)過輸入電阻連接集成運算放大器的同相輸入端，電平線性化電路由兩個負(fù)極相連的穩(wěn)壓管組成，穩(wěn)壓管的兩個正極分別與集成運算放大器的反相輸入端和輸出端連接，集成運算放大器的輸出端即為預(yù)運算電路的輸出端。
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構(gòu)控制裝置，其特征是:自動切換電路包括自動切換預(yù)處理電路和切換控制電路，自動切換預(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的集電極通過電阻R48與電源VCC連接，三極管V16的集電極通過電阻R49與電源VCC連接，三極管V15的集電極通過電阻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，開門/關(guān)門控制指令經(jīng)過電阻R40輸入三極管V15的基極，三極管V15的集電極為關(guān)門信號SHUT的輸出，三極管V16的集電極為開門信號OPEN的輸出；切換控制電路包括模擬開關(guān)通道UlC和模擬開關(guān)通道U1B，切換控制電路接收自動切換預(yù)處理電路輸出的關(guān)門信號SHUT和開門信號OPEN，其中開門信號OPEN連接切換控制電路的模擬開關(guān)通道U1C，關(guān)門信號SHUT連接切換控制電路的模擬開關(guān)通道UlB,模擬開關(guān)通道UlC連接開度基準(zhǔn)信號上限值，模擬開關(guān)通道UlB連接開度基準(zhǔn)信號下限值，模擬開關(guān)通道UlC和模擬開關(guān)通道UlB的輸出端經(jīng)過輸入電阻連接第一路預(yù)運算電路的集成運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構(gòu)控制裝置，其特征是:最小值選取電路由兩個二極管組成，兩個二極管的負(fù)極分別連接第二路和第五路預(yù)運算電路的輸出端，兩個二極管正極相連接，正極連接點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構(gòu)控制裝置，其特征是:最大值選取電路由兩個二極管組成，兩個二極管的正極分別連接第三路和第四路預(yù)運算電路的輸出端，兩個二極管負(fù)極相連接，負(fù)極連接點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構(gòu)控制裝置，其特征是:信號調(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算放大器U2B和反饋電阻R47組成，集成運算放大器U2B的同相輸入端與電阻R6和電容C4的連接點連接，集成運算放大器U2B的反相輸入端經(jīng)過反饋電阻R47與輸出端連接，電阻R39的一端連接輸入的傳感器信號，另一端與電容C3和電阻R6的連接點連接，集成運算放大器U2B的輸出端即為信號調(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構(gòu)控制裝置，其特征是:開度傳感器包括一個帶轉(zhuǎn)軸的位置電位計搖臂和一個與該轉(zhuǎn)軸固定連接的角位移電位計，且角位移電位計以該轉(zhuǎn)軸為同心軸，所述搖臂的前端與門體相連。
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構(gòu)控制裝置，其特征是:張力傳感器包括一個鋼索張力電位計搖臂，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)有角位移電位計和一個扭轉(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構(gòu)控制裝置的控制方法，其特征在于控制過程為: O融合控制電路接收到“開門”或者“關(guān)門”的控制指令； 2)控制指令為“開門”時，給定開度為“開”的電壓為開度基準(zhǔn)信號上限值，設(shè)定系統(tǒng)允許張力最大值為張力上限值，當(dāng)指令信號為“關(guān)門”時，給定開度為“關(guān)”的電壓為開度基準(zhǔn)信號下限值，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“開門”時，驅(qū)動電機帶動鋼索沿滑輪牽引門體克服強力彈簧拉力平穩(wěn)開至所需位置，控制指令為“關(guān)門”時，驅(qū)動電機帶動鋼索沿滑輪釋放門體，門體在強力彈簧的拉力作用下平穩(wěn)關(guān)閉； 4)在步驟3)的過程中，開度傳感器信號與開度基準(zhǔn)信號進行比較，控制指令為“開門”時，如果開度傳感器信號小于開度基準(zhǔn)信號上限值，門體繼續(xù)向“開”方向運動，如果開度傳感器信號等于開度基準(zhǔn)信號上限值，門體停止運動，控制電路向控制計算機反饋“開到位”信號，如果開度傳感器信號大于開度基準(zhǔn)信號上限值，門體向“關(guān)”方向運動，與上述控制過程的同時執(zhí)行步驟5);指令信號為“關(guān)門”時，如果開度傳感器信號大于開度基準(zhǔn)信號下限值，門體繼續(xù)向“關(guān)”方向運動，如果開度傳感器信號等于開度基準(zhǔn)信號下限值，門體停止運動，控制電路向控制計算機反饋“關(guān)到位”信號，如果開度傳感器信號小于開度基準(zhǔn)信號下限值，門體向“開”方向運動，與上述控制過程的同時執(zhí)行步驟5)； 5)指令信號為“開門”時，若張力傳感器信號小于張力上限值，則繼續(xù)驅(qū)動電機向“開”方向轉(zhuǎn)動，若張力傳感器信號等于張力上限值，則驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動，若張力傳感器信號大于張力上限值，則驅(qū)動電機向“關(guān)”方向轉(zhuǎn)動；指令信號為“關(guān)門”時，若張力傳感器信號大于張力下限值，則繼續(xù)驅(qū)動電機向“關(guān)”方向轉(zhuǎn)動，若張力傳感器信號等于張力下限值，則驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動，若張力傳 感器信號小于張力下限值，則驅(qū)動電機向“開”方向轉(zhuǎn)動。
【文檔編號】E05F15/10GK103541622SQ201310473785
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】錢默抒, 姜斌, 高志峰, 許德智, 展鳳江, 鄧海強 申請人:南京航空航天大學(xué)