一种大坡度山地单轨运输机的控制系统及方法

技术领域

本发明属于山地单轨运输机控制技术领域，特别涉及一种大坡度山地单轨运输机的控制系统及方法。

背景技术

现目前，大多数山地农作物都需要依靠人力运送，特别是在四川等丘陵地形下，人工劳动强度大，效率低，且随着人口老龄化的严重，其劳动力越来越少。

单轨运输机轨道作为山区运输物资的农用机械，可以依据地形铺设，随山势水平弯曲和上下起伏，非常适宜在地势陡峭地区运输物资。推广山地单轨运输机代替人工来完成有机肥和果实的上下山运输，实现山区农、林产业“机器换人”的重大突破，将解决山地农事作业世世代代的运输难题。

专利申请号为CN201810335224.6的发明公开了一种电动牵引式可遥控山地单轨运输机，包括通过支架预埋于山地地面的槽钢、车架、设置于车架底部的前轮架和后轮架以及缓冲器组件，所述车架包括杂物间以及载物间，车架的侧面设置有车门，所述车门通过门锁锁闭，本发明主要在于避免因无转向装置而引起的摩擦和转弯半径不大的缺陷；避免轨道因为加工误差、加工需要而引起的轨迹线不直对车体引起的不必要的摩擦；钢丝绳导向存在的成本、安全和保养问题；因动力来源不同所引起的环保问题；通过控制电路和制动措施提高车体运行可靠安全性。

但是，上述山地单轨运输机无法实现恒速闭环控制，从而在大坡道时速度无法控制，装卸物资不便，且可能因运输机失速造成事故。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种能实现恒速控制的大坡度山地单轨运输机的控制系统及方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种大坡度山地单轨运输机的控制系统，包括主控制器，主控制器电连接有电机驱动器，电机驱动器与运输机的永磁电机电连接；所述电机驱动器电连接有霍尔转速传感器，霍尔转速传感器与主控制器电连接；所述主控制器检测霍尔转速传感器的信号获取运输机速度，并通过模拟电压控制电机驱动器的油门大小，达到恒速控制目标。

本发明的主控制器以霍尔转速传感器的速度信号为负反馈控制模拟电压信号给电机驱动器，电机驱动器根据电压高低改变功率，进而控制永磁电机的速度。本发明的控制系统可使运输机在45°大坡道内保持了恒速，方便装卸物资，且保证安全。

作为本发明的优选方案，所述主控制器包括依次电连接的升压模块、频率量输入模块、控制器逻辑计算模块、PID调节模块、模拟模块输出模块，霍尔转速传感器分别与电机驱动器和升压模块电连接，霍尔转速传感器安装于永磁电机上，模拟模块输出模块与电机驱动器电连接。恒速闭环控制采用经典PID控制器，快速精确的达到目标速度。

作为本发明的优选方案，所述主控制器通信连接有4G遥控模块，4G遥控模块通过4G公网连接有4G遥控触屏；主控制器还分别电连接有射频遥控模块和面板控制模块，射频遥控模块通过射频信号连接有射频遥控器；所述4G遥控模块、射频遥控模块和面板控制模块的控制权限依次升高。

面板控制模块通过开关联锁了遥控功能，保证手动控车的时候不会被遥控夺权。并且，射频遥控模块遥控时，4G遥控模块仅在射频遥控模块和面板控制模块未激活时动作。本发明能实现4G遥控模块、射频遥控模块和面板控制模块的控制权限依次升高，保证控制可靠性。

作为本发明的优选方案，运输机的轨道的单轨线路上设置有挡杆，运输机上安装有行程开关，行程开关与主控制器电连接。在单轨线路上设置挡杆，挡杆触发行程开关时自动停车，减少人工操作。

作为本发明的优选方案，所述运输机上安装有声光报警模块，声光报警模块与主控制器电连接。本发明配置了声光报警模块，提高了系统安全性。

一种大坡度山地单轨运输机的控制方法，包括以下步骤：

运输机恒速控制：牵引时，主控制器以霍尔转速传感器的速度信号为负反馈控制模拟电压信号给电机驱动器，电机驱动器根据电压高低改变功率。

本发明的主控制器以霍尔转速传感器的速度信号为负反馈控制模拟电压信号给电机驱动器，电机驱动器根据电压高低改变功率，进而控制永磁电机的速度。本发明的控制系统可使运输机在45°大坡道内保持了恒速，方便装卸物资，且保证安全。

作为本发明的优选方案，运输机恒速控制步骤具体为：霍尔转速传感器将低压脉冲序列分别发送至电机驱动器和主控制器的升压模块，升压模块将控制电压信号发送至频率量输入模块，频率量输入模块将计数器信号发送至控制器逻辑计算模块，控制器逻辑计算模块通过负反馈输入将信号发送至PID调节模块，PID调节模块将信号发送至模拟模块输出模块，模拟模块输出模块将模拟电压输出给电机驱动器，电机驱动器对永磁电机进行功率调节。

恒速闭环控制采用经典PID控制器，快速精确的达到目标速度。

作为本发明的优选方案，还包括联锁控制步骤：

S1：控制系统上电检测，根据运输机各参数进行判定，若参数异常则红灯警示并封锁牵引；

S2：检测面板控制模块是否激活，若激活则进入步骤S5：未激活进入步骤S3；

S3：检测射频遥控模块是否激活，若激活则进入步骤S5，未激活进入步骤S4；

S4：检测4G遥控模块是否激活，若激活则进入步骤S5，未激活运输机待机并回到步骤S2继续等待模块激活；

S5：主控控制器按控制信号运行，并扫描各模块激活状态，按面板控制、射频遥控、4G遥控依次执行控制命令。

面板控制模块通过开关联锁了遥控功能，保证手动控车的时候不会被遥控夺权。并且，射频遥控模块遥控时，4G遥控模块仅在射频遥控模块和面板控制模块未激活时动作。本发明能实现4G遥控模块、射频遥控模块和面板控制模块的控制权限依次升高，保证控制可靠性。

作为本发明的优选方案，还包括限位控制：行程开关接触单轨线路上的挡杆时，触发干接点信号，并触发卸载和制动。在单轨线路上设置挡杆，挡杆触发行程开关时自动停车，减少人工操作。

作为本发明的优选方案，还包括报警控制：在运行过程中，主控制器驱动声光报警模块，以警示附近人员。本发明配置了声光报警模块，提高了系统安全性。

本发明的有益效果为：

1.本发明的主控制器以霍尔转速传感器的速度信号为负反馈控制模拟电压信号给电机驱动器，电机驱动器根据电压高低改变功率，进而控制永磁电机的速度。本发明的控制系统可使运输机在45°大坡道内保持了恒速，方便装卸物资，且保证安全。

2.本发明的面板控制模块通过开关联锁了遥控功能，保证手动控车的时候不会被遥控夺权。并且，射频遥控模块遥控时，4G遥控模块仅在射频遥控模块和面板控制模块未激活时动作。本发明能实现4G遥控模块、射频遥控模块和面板控制模块的控制权限依次升高，保证控制可靠性。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是联锁控制的方法流程图；

图3是恒速控制的流程图。

图中：1-主控制器；2-电机驱动器；3-永磁电机；4-霍尔转速传感器；5-4G遥控模块；6-射频遥控模块；7-面板控制模块；8-行程开关；9-声光报警模块；11-升压模块；12-频率量输入模块；13-控制器逻辑计算模块；14-PID调节模块；15-模拟模块输出模块；51-4G遥控触屏；61-射频遥控器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本实施例的大坡度山地单轨运输机的控制系统，包括主控制器1，主控制器1电连接有电机驱动器2，电机驱动器2与运输机的永磁电机3电连接；所述电机驱动器2电连接有霍尔转速传感器4，霍尔转速传感器4与主控制器1电连接；所述主控制器1检测霍尔转速传感器4的信号获取运输机速度，并通过模拟电压控制电机驱动器2的油门大小，达到恒速控制目标。

本发明的主控制器1以霍尔转速传感器4的速度信号为负反馈控制模拟电压信号给电机驱动器2，电机驱动器2根据电压高低改变功率，进而控制永磁电机3的速度。本发明的控制系统可使运输机在45°大坡道内保持了恒速，方便装卸物资，且保证安全。

如图3所示，所述主控制器1包括依次电连接的升压模块11、频率量输入模块12、控制器逻辑计算模块13、PID调节模块14、模拟模块输出模块15，霍尔转速传感器4分别与电机驱动器2和升压模块11电连接，霍尔转速传感器4安装于永磁电机3上，模拟模块输出模块15与电机驱动器2电连接。恒速闭环控制采用经典PID控制器，快速精确的达到目标速度。

更进一步，所述主控制器1通信连接有4G遥控模块5，4G遥控模块5通过4G公网连接有4G遥控触屏51；主控制器1还分别电连接有射频遥控模块6和面板控制模块7，射频遥控模块6通过射频信号连接有射频遥控器61；所述4G遥控模块5、射频遥控模块6和面板控制模块7的控制权限依次升高。

面板控制模块7通过开关联锁了遥控功能，保证手动控车的时候不会被遥控夺权。并且，射频遥控模块6遥控时，4G遥控模块5仅在射频遥控模块6和面板控制模块7未激活时动作。本发明能实现4G遥控模块5、射频遥控模块6和面板控制模块7的控制权限依次升高，保证控制可靠性。

更进一步，运输机的轨道的单轨线路上设置有挡杆，运输机上安装有行程开关8，行程开关8与主控制器1电连接。在单轨线路上设置挡杆，挡杆触发行程开关8时自动停车，减少人工操作。

更进一步，所述运输机上安装有声光报警模块9，声光报警模块9与主控制器1电连接。本发明配置了声光报警模块9，提高了系统安全性。

实施例2：

如图1所示，本实施例的大坡度山地单轨运输机的控制方法，包括以下步骤：

运输机恒速控制：牵引时，主控制器1以霍尔转速传感器4的速度信号为负反馈控制模拟电压信号给电机驱动器2，电机驱动器2根据电压高低改变功率。

本发明的主控制器1以霍尔转速传感器4的速度信号为负反馈控制模拟电压信号给电机驱动器2，电机驱动器2根据电压高低改变功率，进而控制永磁电机3的速度。本发明的控制系统可使运输机在45°大坡道内保持了恒速，方便装卸物资，且保证安全。

如图3所示，运输机恒速控制步骤具体为：霍尔转速传感器4将低压脉冲序列分别发送至电机驱动器2和主控制器1的升压模块11，升压模块11将控制电压信号发送至频率量输入模块12，频率量输入模块12将计数器信号发送至控制器逻辑计算模块13，控制器逻辑计算模块13通过负反馈输入将信号发送至PID调节模块14，PID调节模块14将信号发送至模拟模块输出模块15，模拟模块输出模块15将模拟电压输出给电机驱动器2，电机驱动器2对永磁电机3进行功率调节。

恒速闭环控制采用经典PID控制器，快速精确的达到目标速度。

如图2所示，本发明还包括联锁控制步骤：

S1：控制系统上电检测，根据运输机各参数进行判定，若参数异常则红灯警示并封锁牵引；

S2：检测面板控制模块7是否激活，若激活则进入步骤S5：未激活进入步骤S3；

S3：检测射频遥控模块6是否激活，若激活则进入步骤S5，未激活进入步骤S4；

S4：检测4G遥控模块5是否激活，若激活则进入步骤S5，未激活运输机待机并回到步骤S2继续等待模块激活；

S5：主控控制器按控制信号运行，并扫描各模块激活状态，按面板控制、射频遥控、4G遥控依次执行控制命令。

面板控制模块7通过开关联锁了遥控功能，保证手动控车的时候不会被遥控夺权。并且，射频遥控模块6遥控时，4G遥控模块5仅在射频遥控模块6和面板控制模块7未激活时动作。本发明能实现4G遥控模块5、射频遥控模块6和面板控制模块7的控制权限依次升高，保证控制可靠性。

本发明还包括限位控制：行程开关8接触单轨线路上的挡杆时，触发干接点信号，并触发卸载和制动。在单轨线路上设置挡杆，挡杆触发行程开关8时自动停车，减少人工操作。

本发明还包括报警控制：在运行过程中，主控制器1驱动声光报警模块9，以警示附近人员。本发明配置了声光报警模块9，提高了系统安全性。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。