双履带行走装置自适应转向系统及实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种双履带行走装置自适应转向系统及实现方法，该系统包括GPS接收器、光电编码器组、数据采集卡、工控机、D/A转换单元、驱动电机控制单元和电源，所述的光电编码器组与数据采集卡连接；GPS接收器和数据采集卡的输出端与工控机的输入端连接，工控机的输出端与D/A转换单元的输入端连接；D/A转换单元的输出端与驱动电机控制单元连接；整个系统由电源供电；本发明提供的系统及方法解决了双履带行走装置转向时所发生的滑移和滑转现象，提高了露天采矿机械的安全性和工作效率；利用模糊神经网络技术通过控制双履带行走装置的驱动电机，使双履带行走装置的实际转向半径与理论所需的转向半径相吻合，实现智能转向。
【专利说明】双履带行走装置自适应转向系统及实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及双履带行走装置智能控制【技术领域】，特别涉及一种基于模糊神经网络的双履带行走装置自适应转向系统及实现方法。
【背景技术】
[0002]双履带行走装置广泛应用于斗轮挖掘机、排土机、移动式破碎站等露天采矿装备，这些机械动辄数百吨，甚至上千吨。双履带行走装置采用电机驱动，通过变频器调整两条履带的转速实现转向。
[0003]现有技术中，露天采矿机械驾驶员在操纵双履带行走装置进行转向时，由于履带与地面之间存在滑移和滑转现象，导致其实际转向半径总是大于理论转向半径，双履带行走装置行驶轨迹的准确性较低，这直接影响到露天采矿机械的安全性和工作效率。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中双履带行走装置转向时所发生的滑移和滑转现象，提出了一种双履带行走装置自适应转向系统及实现方法，采用模糊神经网络技术使行走装置的实际转向半径与理论所需的转向半径相吻合，实现智能转向。
[0005]为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现:
[0006]一种双履带行走装置自适应转向系统，包括GPS接收器1、光电编码器组2、数据采集卡3、工控机4、D/A转换单元5、驱动电机控制单元6和电源7。所述的光电编码器组2与数据采集卡3连接；GPS接收器I和数据采集卡3的输出端与工控机4的输入端连接，工控机4的输出端与D/A转换单元5的输入端连接；D/A转换单元5的输出端与驱动电机控制单元6连接；整个系统由电源7供电。
[0007]所述的GPS接收器I安装在双履带行走装置上，获取双履带行走装置的位置信息及行驶轨迹。GPS接收器I在跟踪四颗GPS卫星的过程中相对地球而运动，计算出相对这四颗卫星的距离，用这些信息可以得到自身的位置，即待测点的坐标X，I, Z0
[0008]所述的光电编码器组2包括左、右两个光电编码器，分别安装在左、右履带架上，检测双履带行走装置左、右履带的行驶速度Vl、V2，速度信息通过数据采集卡3后输送入工控机4进行处理。
[0009]所述的工控机4固定在驾驶室内，方便驾驶员通过显示屏查看自适应转向系统运行结果。所述的工控机4是自适应转向系统的核心，包含信号处理模块41、模糊神经网络控制模块42。工控机4中的信号处理模块41对GPS接收器I的位置信号处理和光电编码器组2的速度信号处理。
[0010]所述的D/A转换单元5的输入端接工控机4，输出端接驱动电机控制单元6，D/A转换单元5将工控机4输出的两路电压数字信号转换为两路电压模拟信号，输出到驱动电机控制单元6。
[0011]所述的驱动电机控制单元6包括左、右变频器和左、右驱动电机。左、右变频器接收D/A转换单元5的两路电压模拟信号，从而控制左、右驱动电机，进而通过减速机控制左、右驱动轮，改变双履带行走装置转向半径。
[0012]所需的理论转向半径&由驾驶员输入到自适应转向系统中，进行提前设定。
[0013]所述的GPS接收器I将采集得到的位置信息、行驶轨迹通过RS232接口传输入工控机4，工控机4中的信号处理模块41通过计算得到双履带行走装置行驶时的实际转向半径Rs。根据实际转向半径Rs和提前设定的理论转向半径&得到双履带行走装置转向半径差e、半径差变化率ec。半径差e和半径差变化率ec作为模糊神经网络控制模块42的输入层节点。
[0014]工控机4中的模糊神经网络控制模块42的解模糊输出层IV输出信号为左右履带速度差Λ ν,再根据左、右履带的行驶速度Vl、ν2，计算实际左、右履带所需速度V1' V；:
【权利要求】
1.一种双履带行走装置自适应转向系统，包括GPS接收器(I)、光电编码器组(2)、数据采集卡(3)、工控机(4)、D/A转换单元(5)、驱动电机控制单元(6)和电源(7)，其特征在于: 所述的光电编码器组(2 )与数据采集卡(3 )连接；GPS接收器(I)和数据采集卡(3 )的输出端与工控机(4)的输入端连接,工控机(4)的输出端与D/A转换单元(5)的输入端连接；D/A转换单元(5)的输出端与驱动电机控制单元(6)连接；整个系统由电源(7)供电； 所述的GPS接收器(I)安装在双履带行走装置上，获取双履带行走装置的位置信息及行驶轨迹；所述的光电编码器组(2)包括左、右两个光电编码器，分别安装在左、右履带架上，检测双履带行走装置左、右履带的行驶速度，速度信息通过数据采集卡(3)后输送入工控机(4)进行处理； 所述的工控机(4)固定在驾驶室内，包含信号处理模块(41)和模糊神经网络控制模块(42);工控机(4)中的信号处理模块(41)对GPS接收器(I)的位置信号处理和光电编码器组(2)的速度信号处理； 所述的D/A转换单元(5)的输入端接工控机(4)，输出端接驱动电机控制单元(6)，所述的驱动电机控制单元(6)包括左 、右变频器和左、右驱动电机；左、右变频器接收D/A转换单元(5 )的信号，控制左、右驱动电机，改变双履带行走装置转向半径。
2.根据权利要求1所述的一种双履带行走装置自适应转向系统，其特征在于: 所述的模糊神经网络控制模块(42)包括输入层(I)、模糊化层(II)、规则层(III)和解模糊输出层(IV)，输入信号为双履带行走装置转向半径差e、半径差变化率ec，输出信号为左右履带速度差Δν。
3.根据权利要求2所述的一种双履带行走装置自适应转向系统，其特征在于: 所述的模糊神经网络控制模块(42)的具体结构为: 输入层为第I层:2个节点，代表输入为双履带行走装置转向半径差e、半径差变化率ec ； 模糊化层为第II层:16个节点，代表16个隶属度函数，完成隶属度函数值的求取；其中，半径差采用9个模糊集合描述，半径差变化率采用7个模糊集合表示，各个模糊集合隶属函数都采用高斯函数； 规则层为第III层:63个节点，代表63条模糊规则，完成模糊规则的前件计算；模糊推理采用代数积-加法方法； 解模糊输出层为第IV层:1个节点，代表输出为左右履带速度差△ V ;解模糊采用加权平均法。
4.根据权利要求2或3所述的一种双履带行走装置自适应转向系统的实现方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)设定理论转向半径RuSGPS接收器(I)接收位置信息、行驶轨迹，并由工控机(4)的信号处理模块(41)计算得到实际转向半径Rs、半径差e、半径差变化率ec ; (2)将半径差e和半径差变化率ec输入模糊神经网络控制模块(42)，通过运算得到左右履带速度差Λν; (3)工控机(4)的信号处理模块(41)根据左右履带速度差ΛV以及左、右履带的行驶速度Α、％，计算实际左、右履带所需速度Vi' V2* ; (4)信号处理模块(41)根据左、右履带所需速度V广ν/控制左、右变频器，进而控制左、右驱动电机，改变左、右履带速度； (5)完成转向。
5.根据权利要求4所述的一种双履带行走装置自适应转向的实现方法，其特征在于: 所述的步骤(1)中计算双履带行走装置实际转向半径Rs的具体方法如下: 根据双履带行走装置行驶过的轨迹圆弧ABC，确定双履带行走装置转向半径，其中B点为GPS接收器(I)放置的位置、A点为其前一时刻位置、C点为其后一时刻位置，圆弧ABC中心为O1则实际转向半径Rs可由下式得到:
6.根据权利要求4所述的一种双履带行走装置自适应转向的实现方法，其特征在于: 所述的步骤(3)中计算实际左、右履带所需速度V1'v/的具体方法为: 根据左右履带速度差Av以及左、右履带的行驶速度V1、V2，计算实际左、右履带所需速
【文档编号】B62D6/00GK103950471SQ201410134095
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】王国强, 刘如成, 刘会凯, 王勇澎, 苏丽达, 任云鹏, 叶龙, 李婧锡 申请人:吉林大学