[发明专利]一种轨道非接触式对中系统的伺服控制方法

摘要

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。

主权项

1.一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；其特征在于，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：其中，k为离散时刻，z₁为激光位移传感器到单侧轨道侧面水平距离的估计值，z₂为激光位移传感器相对于单侧轨道横向运动的速度的估计值，z₃为未线性化建模的动态扰动和外部扰动总和的估计值，h为离散周期时间，β₁、β₂、β₃为控制参数量，ω为状态扰动观测器的带宽；第三步，构建轨道非接触式对中系统的控制律I，该控制律I的数学表达式如下：其中，Y为激光位移传感器到单侧轨道侧面的水平距离的期望值，该距离通过初始安装的测量可得，为常数，e_k为激光位移传感器到单侧轨道侧面的水平距离的期望值与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之差，k_p、k_d、k_i为控制变量参数，ε₁、ε₂为控制变量阻尼参数，取值为0～1；根据控制律I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。