[发明专利]一种轨道非接触式对中系统的伺服控制方法

说明书

本发明公开了一种轨道非接触式对中系统的伺服控制方法，属于轨道检测技术领域，该方法通过建立轨道非接触式对中系统的控制模型、状态扰动观测模型，得到轨道非接触式对中系统的控制律，根据控制律能够得到的控制量u的输出值，运动平台依据控制量u控制轨道检测装置和激光位移传感器沿单侧轨道的横向运动，使y值与期望值Y相等，以保证轨道检测装置的中心与单侧轨道的中心相对；本发明采用PID与状态扰动观测器控制的方式，将未线性化建模的动态扰动和外部扰动总和进行估计补偿，并在此基础上对测量误差和测量错误进行纠正和预测，从而在允许的偏差范围内使轨道非接触式对中系统始终对准单侧轨道中心。

技术领域

本发明属于轨道检测技术领域，具体涉及一种轨道非接触式对中系统的伺服控制方法。

背景技术

传统的轨道检测，是通过定位轮和气缸等柔性机构与轨道接触的机械的方式，将轨道检测设备对准于轨道中心。然而，此方法需要从外部加气压源，而且只能在车辆行驶速度不超过20公里/小时进行轨道相关检测，否则将对检测系统造成不可逆的损害。

现在将轨道检测装置横向安装于轨道上方并与轨道脱离接触，通过安装在车体底面的伺服电机和丝杠(即运动平台)带动轨道检测装置沿轨道横向方向运动，在此过程中克服车体横向的位移晃动，保证轨道检测设备对中于轨道中心，从而进行轨道相关测量。然而，由于用于车体横向位移检测的激光位移传感器延迟较大、电机和丝杠等机械传动之间存在间隙、死区、车体沿轨道的上下位移和实际轨道中特殊情况产生的测量误差和错误，这些都造成系统的非线性和不连续性，影响了对中系统的对中效果，超出了轨道检测设备的测量范围。从而造成轨道的检测误差变大，甚至检测结果错误。为解决这一问题，急需一种轨道非接触式对中系统的伺服控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种轨道非接触式对中系统的伺服控制方法，采用PID((比例proportion、积分integration、微分differentiation控制)与状态扰动观测器控制的方式，将未线性化建模的动态扰动和外部扰动总和进行估计补偿，并在此基础上对测量误差和测量错误进行纠正和预测，从而在允许的偏差范围内使轨道非接触式对中系统始终对准单侧轨道中心。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种轨道非接触式对中系统的伺服控制方法，所述轨道非接触式对中系统包括：轨道检测装置、运动平台及激光位移传感器；轨道包括左右对称的两个单侧轨道，每个单侧轨道对应安装一个轨道检测装置，轨道检测装置通过运动平台安装在沿轨道运动的车体底面，轨道检测装置位于单侧轨道的正上方，且不与单侧轨道相接触，轨道检测装置的中心与单侧轨道的中心相对；激光位移传感器安装在运动平台上，运动平台用于带动轨道检测装置和激光位移传感器沿单侧轨道的横向运动，激光位移传感器用于测量其自身到单侧轨道侧面的水平距离y，即y为实际测量得的激光位移传感器到单侧轨道侧面的水平距离，且激光位移传感器与运动平台的安装夹角为α；轨道检测装置到单侧轨道轨面的垂直距离为d；

该方法步骤如下：

第一步，建立轨道非接触式对中系统的控制模型，该控制模型的数学表达式如下：

其中，s₁为激光位移传感器到单侧轨道侧面的水平距离；和s₂均为激光位移传感器相对于单侧轨道横向运动的速度；为激光位移传感器相对于单侧轨道横向运动的加速度；f为未线性化建模的动态扰动和外部扰动总和；b₀为控制量放大倍数；u为控制运动平台进行移动的控制量；

第二步，构建状态扰动观测模型I，即状态扰动观测器，该状态扰动观测模型I用来观测未线性化建模的动态扰动和外部扰动总和及观测激光位移传感器到单侧轨道侧面水平距离的状态量，所述状态量包括：位移和速度；所述状态扰动观测模型I的数学表达式如下：