一种提高铁水转运定位精度的控制方法与流程

本发明涉及钢包车铁水转运技术领域，具体为一种提高铁水转运定位精度的控制方法。

背景技术：

目前采用建立铁水转运小车的位置预测模型获得位置预测值，使用编码器和光电开关获取的位置测量值，通过一步迭代方式，将二者进行数据融合，以得到最优估计值，通过调整预测白噪声和测量白噪声模型值，实现对铁水转运小车的位置灵敏度和平滑度均达到较好的结果，但是上述建立预测模型的方式却无法适用于移动过程中的铁水转运小车的定位。

而现有铁水转运小车定位采用的是机械固定式定位(机械挡板或行程开关)或者接近开关等感应器定位，在控制精度要求不高的情况下尚能满足工艺要求。随着生产技术的发展，自动化程度的提高，工艺要求的定位精度也越来越高，机械固定式或感应器式的定位方式已无法满足生产要求。另外，此种定位方式调整也十分不便，已经无法适应现代化的生产要求。小车在移动过程中，轮子可能会打滑，或者轨道不平整有坡度会让它变速，在单纯使用绝对值编码器定位小车的位置也会出现生产上无法接受的偏差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高铁水转运定位精度的控制方法，通过实时计算得到铁水转运小车的最优位置估计值，最终在铁水转运点精准定位，保证生产工艺的连续性，提高生产作业率,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高铁水转运定位精度的控制方法，包括以下步骤：

步骤1)：每0.5秒更新一次铁水转运小车的系统位置值；

步骤2)：根据铁水转运小车的系统位置值，通过运动学公式建立的预测模型更新当前时刻的位置值；

步骤3)：通过绝对值编码器和光电开关检测铁水转运小车的测量位置值；

步骤4)：根据铁水转运小车的测量位置值，计算其与预测模型更新的位置值作差，通过卡尔曼增益加权更新铁水转运小车的系统位置值；

步骤5)：根据铁水转运的环境建立小车位置的测量白噪声模型；

步骤6)：根据实验测试建立小车位置的预测白噪声模型；

步骤7)：根据预测白噪声模型更新小车位置的最优预测协方差；

步骤8)：根据测量白噪声模型更新卡尔曼增益；

步骤9)：根据卡尔曼增益修正小车位置的最优预测协方差；

步骤10)：根据所更新的系统位置值达到目标位置值时，对铁水转运小车进行抱闸，完成钢包转运精度的控制。

更进一步地，步骤2)中所述的运动学公式建立的预测模型为：

sk＝sk-1+vk-1·δt(1)

vk＝vk-1(2)

其中，sk和sk-1分别表示当前和上一时刻小车的系统位置值，vk和vk-1分别表示匀速运动的小车的当前和上一时刻的速度，δt表示系统位置更新的时间间隔。

更进一步地，公式(1)、(2)的预测模型的状态转移矩阵a为：

更进一步地，步骤7)中最优预测协方差更新模型为：

pk＝pk-1+q(3)

其中，pk和pk-1分别表示当前和上一时刻的最优预测协方差，q表示系统的位置预测白噪声协方差。

更进一步地，步骤4)中卡尔曼增益为：

kgk＝pk/(pk+r)(4)

其中，kgk表示当前时刻的卡尔曼增益，pk表示当前时刻的最优预测协方差，r表示系统的位置测量白噪声。

更进一步地，步骤10)中所更新的系统位置值为：

sk＝sk-1+kgk(zk-sk-1)(5)

其中，sk和sk-1分别表示当前和上一时刻小车的系统位置值，kgk表示当前时刻的卡尔曼增益，zk表示当前时刻的测量位置值。

更进一步地，步骤9)中最优预测协方差修正模型为：

pk＝(1-kgk)·pk-1(6)

其中，pk和pk-1分别表示当前和上一时刻的最优预测协方差，kgk表示当前时刻的卡尔曼增益。

更进一步地，步骤1)中铁水转运小车的系统单元包括位置检测单元、重量检测单元、速度调整单元、控制运算单元、电气传动单元和位置运算单元，其中位置检测采用12位多圈绝对值编码器和反射式光电开关，重量检测单元采用不锈钢柱式荷重传感器，量程为0-10t。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种提高铁水转运定位精度的控制方法，在满足控制精度的同时，通过实时计算得到铁水转运小车的最优位置估计值，最终在铁水转运点精准定位，保证生产工艺的连续性，提高生产作业率。

附图说明

图1为本发明用于铁水转运定位精度控制的单元构成图；

图2为本发明用于铁水转运定位精度控制的位置预测流程图；

图3为本发明用于铁水转运速度模型处理示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明实施例中：提供一种提高铁水转运定位精度的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：每0.5秒更新一次铁水转运小车的系统位置值；

步骤二：根据铁水转运小车的系统位置值，通过运动学公式建立的预测模型更新当前时刻的位置值；其中，运动学公式建立的预测模型为：

sk＝sk-1+vk-1·δt(1)

vk＝vk-1(2)

其中，sk和sk-1分别表示当前和上一时刻小车的系统位置值，vk和vk-1分别表示匀速运动的小车的当前和上一时刻的速度，δt表示系统位置更新的时间间隔；

由上述公式(1)、(2)的预测模型的状态转移矩阵a为：

步骤三：通过绝对值编码器和光电开关检测铁水转运小车的测量位置值；

步骤四：根据铁水转运小车的测量位置值，计算其与预测模型更新的位置值作差，通过卡尔曼增益加权更新铁水转运小车的系统位置值；其中，卡尔曼增益为：

kgk＝pk/(pk+r)(4)

其中，kgk表示当前时刻的卡尔曼增益，pk表示当前时刻的最优预测协方差，r表示系统的位置测量白噪声；

步骤五：根据铁水转运的环境建立小车位置的测量白噪声模型；

步骤六：根据实验测试建立小车位置的预测白噪声模型；

步骤七：根据预测白噪声模型更新小车位置的最优预测协方差；其中，最优预测协方差更新模型为：

pk＝pk-1+q(3)

其中，pk和pk-1分别表示当前和上一时刻的最优预测协方差，q表示系统的位置预测白噪声协方差；

步骤八：根据测量白噪声模型更新卡尔曼增益；

步骤九：根据卡尔曼增益修正小车位置的最优预测协方差；最优预测协方差修正模型为：

pk＝(1-kgk)·pk-1(6)

其中，pk和pk-1分别表示当前和上一时刻的最优预测协方差，kgk表示当前时刻的卡尔曼增益；

步骤十：根据所更新的系统位置值达到目标位置值时，对铁水转运小车进行抱闸，完成钢包转运精度的控制；所更新的系统位置值为：

sk＝sk-1+kgk(zk-sk-1)(5)

其中，sk和sk-1分别表示当前和上一时刻小车的系统位置值，kgk表示当前时刻的卡尔曼增益，zk表示当前时刻的测量位置值。

请参阅图1，在上述实施例中，铁水转运小车的系统单元包括位置检测单元、重量检测单元、速度调整单元、控制运算单元、电气传动单元和位置运算单元，其中位置检测采用12位多圈绝对值编码器和反射式光电开关，重量检测单元采用不锈钢柱式荷重传感器，量程为0-10t。

在上述实施例中，由于铁水转运小车在转运空包和满包时重量差异很大，为保证转运过程中系统的稳定性并兼顾转运效率，在铁水转运小车上安装称重传感器，通过称量钢包的重量判断出小车所载钢包为空包或满包，并根据判断结果，更新铁水转运小车的速度模型，使得铁水转运小车在运输稳定的同时，提高转运效率。

在上述实施例中，铁水转运小车采用分段匀速移动，根据小车车轮上安装的绝对值编码器判断小车与目标位置的距离，根据距离阈值分别预设小车移动的速度为高速和低速，在远离目标位置b，未达到变速点c时，小车按照预设的高速移动；经过变速点c后，接近目标位置b时，小车转为预设的低速移动。

在上述实施例中，考虑到铁水转运小车所载钢包为空包或满包时系统的稳定性不同，且在接近目标位置时，速度变化造成的小车惯性不同，为减少对小车停车时定位的干扰，根据小车所载的钢包为空包或满包时，高速分别设定为vh空和vh满，低速分别设定为vl空和vl满。

为了进一步更好的解释说明上述实施例，在实际生产过程中，按上述实施例中的方法进行控制运行：

请参阅图3，由称重传感器测得钢包重量m＝5，与重量阈值m＝2进行比较；假设m≥m，确定小车所载钢包为满包；绝对值编码器检测到小车位置距离目标位置为z＝30，与距离阈值z＝2进行比较；假设z>z，由钢包为满包且小车距离目标位置较远代入速度模型中，确定小车的速度为0.5m/s。

请参阅图1，速度调整单元计算出的速度指令发送到控制运算单元和位置运算单元；每0.5秒更新一次小车系统位置值，请参阅图2，小车位置预测模型确定为：

sk＝sk-1+0.5vk-1(1)

已知vk-1＝0.5m/s，代入(1)式，得

sk＝sk-1+0.25(2)

已知绝对值编码器测得的小车位置测量值zk＝z＝30，根据铁水转运环境建立测量噪声模型确定出测量偏差为r＝0.05；设定系统位置预测值sk-1＝z-5＝25，设定位置最优预测偏差为0.05，系统位置预测偏差不确定度为0.05，那么系统位置预测偏差为

根据系统位置预测值和测量值偏差，利用其协方差pk＝0.071²，r＝0.05²，代入(3)式：

kgk＝pk/(pk+r)(3)

计算求得，kgk＝0.668，将计算结果代入到公式(4)：

sk＝sk-1+kgk(zk-sk-1)(4)

其中，sk-1＝25，zk＝30，由此更新系统预测值，sk＝28.34。

再利用公式(5)更新位置最优预测偏差，并将计算结果一步迭代更新系统位置预测偏差：

pk＝(1-kgk)·pk-1(5)

求得，最新的最优预测偏差：

按照图2所示流程，循环一步迭代，逐渐得到最优位置预测值。

当小车按照图1中控制运算单元发送到电气传动单元的运动指令，以0.5m/s的速度经过距目标位置z＝2m时，触发光电开关向控制运算单元发出信号，由控制运算单元向速度调整单元发出速度调整指令；在前述小车所载钢包为满包且距离目标位置较近的条件下，由速度模型计算得到新的速度为0.05m/s；根据牛顿第二定律，在逐渐接近目标位置，通过降低小车速度，在停车时尽量减少速度变化，保证停车的快速和稳定，达到精确定位控制。

综上所述：本发明提供的一种提高铁水转运定位精度的控制方法，在满足控制精度的同时，通过实时计算得到铁水转运小车的最优位置估计值，最终在铁水转运点精准定位，保证生产工艺的连续性，提高生产作业率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。