CN110001417B - 双直流电机驱动器电子差速防止车体倾覆控制***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及速度智能控制领域，更具体而言，涉及一种双直流电机驱动器电子差速防止车体倾覆控制***及方法。本发明为了在双机直流模式驱动下解决车体转向安全性问题，根据车体转向过程中，通过实时控制两路电机的负载特征进行量化，将采集的数据通过公式根据量化后数据进行分析车身是否具有倾覆危险；车体将要发生倾覆时通过f(ΔX)降低车体运行的Speed1和Speed2速度，添加了ΔX计算的参数；在差速过程中也可以根据数据参量变化，对车体的车身稳定进行优化。可以提高在使用该算法的双机直流驱动器中得到车身运行的稳定性，降低车体倾覆的危险发生。本发明在提供最大行进速度的同时保证转弯时防倾覆，使车体更安全、灵活、高效。本发明主要应用在车体速度智能控制方面。

Description

双直流电机驱动器电子差速防止车体倾覆控制***及方法
技术领域
本发明涉及速度智能控制领域，更具体而言，涉及一种双直流电机驱动器电子差速防止车体倾覆控制***及方法。
背景技术
车体在运行过程中，如何保证车体在转弯的时候不发生倾覆，成为双机直流驱动的一个重要安全指标；尤其在车体的中心会发生变化时，采用固定设定参数方式，是很难在前进速度和快速转弯之间难以取得平衡；尤其在一部分轮式车和履带车平台安装上装后，运行路面情况复杂，更容易导致倾覆事故发生；尤其在排爆、消防、危险源侦测等应用中采用人遥控方式进行控制车体，更难以保障转弯的安全性。
专利申请号为CN 105490594 A的发明专利公开了双无刷低压直流电机驱动控制***及方法，其描述的方法采用根据给定速度信号SSP和差速信号SSD直接计算分配两个电机速度SpeedA和SpeedB，根据该公式，当车辆发生转弯控制时，计算当SSP给定速度为超过一定车速时，SSD给定值超过零点值一定值后，会导致SpeedA和SpeedB产生很大速度差，大的速度差会引起一个非常小的转弯半径r；由于车体的重心位置高于地面，将会产生非常大的离心力F，根据离心力计算公式：r:转弯半径，V：当前线性车速，M：车体质量，F：离心力，
Figure BDA0002038241400000011
可以看到，当速度V达到一定值，r小于一定值时，F值会达到甚至超过导致车体倾覆的临界值，导致车体倾倒甚至翻车事故。因此发明专利号CN 105490594 A，专利名“双无刷低压直流电机驱动控制***及方法”所述的差速控制方法是存在重大安全隐患。
综上所述，有必要对现有的发明专利“CN 105490594 A”混控模式下的差速控制进行改进。
发明内容
为了克服上述现有技术中所存在的不足，本发明提供了双直流电机驱动器电子差速防止车体倾覆控制***及方法，该***及方法能够根据实时控制两路电机的负载特征进行量化，根据量化后数据进行调整车体等效前进速度V，保证车体转弯安全的前提下，获得最快的行进速度，可以有效避免车体发生倾覆的重大安全隐患。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
双直流电机驱动器电子差速防止车体倾覆控制***，包括核心控制器CPU、电源、电机A和电机B，所述核心控制CPU连接有用户输入输出接口、通信接口、电机A控制与驱动模块和电机B控制与驱动模块，所述电机A与电机A控制与驱动模块连接，所述电机B与电机B控制与驱动模块连接，所述电机A上设置有电机A速度反馈装置，所述电机B上设置有电机B速度反馈装置，所述电机A速度反馈装置连接有电机A速度检测模块，所述电机B速度反馈装置连接有电机B速度检测模块。
所述核心控制器CPU连接有电机A电流电压检测模块和电机B电流电压检测模块。
所述电源连接有检测控制电源模块和功率电源模块。
所述检测控制电源模块与用户输出输入接口、通信接口、电机A速度检测模块、电机A电流电压检测模块、电机B电流电压检测模块和电机B速度检测模块连接，所述功率电源模块与电机A控制与驱动模块、电机A、电机B控制与驱动模块和电机B连接。
所述电机A速度反馈装置和电机B速度反馈装置可以是霍尔编码器、增量编码器、绝对位置编码器或测速发电机中的一种。
双直流电机驱动器电子差速防止车体倾覆控制方法，包括如下步骤：
a.用户通过电源模块将电源接入设备，检测控制电源模块和功率电源模块将电源转化为设备需要的各种等级电源，设备开始启动；
b.用户通过用户输出输入接口或者通信接口给设备发送运行指令传动到核心控制器CPU，核心控制器CPU根据用户指令，对电机A控制与驱动模块和电机B控制与驱动模块实现功率输出；
c.电机A和电机B开始工作后,电机A电流电压检测模块实时检测电机A的运行电压V1(该电压信号不是一个电压值，是多个电压数据集合)、电流信号I1(该电流信号不是一个电流值，是多个电流数据集合)，电机A速度反馈装置将电机转速信号传输到电机A速度检测模块，由电机A速度检测模块将电机A速度信号传输到核心控制器CPU，由核心控制器CPU解析出当前实时速度Speed1；电机B电流电压检测模块部分实时检测电机B的运行电压V2(该电压信号不是一个电压值，是多个电压数据集合)、电流信号I2(该电流信号不是一个电流值，是多个电流数据集合)，电机B速度反馈装置将电机转速信号传输到电机B速度检测模块，由电机B速度检测模块将电机A速度信号传输到核心控制器CPU，由核心控制器CPU解析出当前实时速度Speed2；
d.核心控制器CPU根据对当前电机工作反馈信号处理，根据控制算法实现对电机A和电机B的控制。
所述步骤d中核心控制器CPU根据公式ΔX＝K1×|K2×X1-(1-K2)×X2|+L，进行分析车身是否具有倾覆危险，所述公式ΔX＝K1×|K2×X1-(1-K2)×X2|+L中X1为电机1的运行输出特性参量，X1＝f(V1,I1,Speed1)的功率计算函数；X2为电机2的运行输出特性参量，X2＝f(V2,I2,Speed2)的功率计算函数；K1为两个电机速度差的运算系数，
Figure BDA0002038241400000041
K2为两个电机转弯负载变化运算系数；根据车体中心设置的一个浮点数，L为两电机运行时负载不均时调解补偿量；ΔX为两个电机参量差值量化后的数据。
所述公式ΔX＝K1×|K2×X1-(1-K2)×X2|+L和
Figure BDA0002038241400000042
可得公式
Figure BDA0002038241400000043
可得当Speed1和Speed2运行速度差值在允许范围ΔSpeed之内时，ΔX不超过需要调节范围；当ΔX超过安全值，根据公式
Figure BDA0002038241400000044
进行差速调节，T为信号处理周期，S为一个周期内信号需要叠加量，Fi信号的滤波系数，ΔXi为i时刻得到的ΔX值，P为ΔX与速度之间计算系数。
所述公式
Figure BDA0002038241400000045
中的f(ΔX)为ΔX转化为速度修正的传输函数，其公式为
Figure BDA0002038241400000046
与现有技术相比本发明所具有的有益效果为：
该设备可以同时驱动两台电机，并对两台电机实现开环、速度闭环、位置闭环控制；
该设备在驱动两台电机时，根据控制两台电机的速度不同实现车体转弯：
该设备具有保证车体稳定运行控制算法；
该控制算法在驱动两台电机进行电子差速转弯时，可以根据两台电机负载变化情况，保证车体运行中避免发生倾覆的事故；
该方法保证车体转弯安全的前提下，获得最快的行进速度，可以有效避免车体发生倾覆的重大安全隐患。
附图说明
图1为本发明的双直流电机驱动器电子差速防止车体倾覆控制***的原理图；
图2为本发明的软件运行流程图。
图中：1为核心控制器CPU、2为用户输出输入接口、3为通信接口、4为监测控制电源模块、5为电源、6为功率电源模块、7为电机A速度检测模块、8为电机A控制与驱动模块、9为电机A电流电压检测模块、10为电机B电流电压检测模块。11为电机B控制与驱动模块、12为电机B速度检测模块、13为电机A、14为电机A速度反馈装置、15为电机B、16为电机B速度反馈装置。
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，都属于本发明保护地范围。
如图1所示，双直流电机驱动器电子差速防止车体倾覆控制***，包括核心控制器CPU1、电源5、电机A13和电机B15，核心控制器CPU1连接有用户输入输出接口2、通信接口3、电机A控制与驱动模块8和电机B控制与驱动模块11，用户输出输入接口2实现对驱动器双机的控制，通信接口3实现对驱动参数读取及启停、速度的控制，核心控制器CPU1控制将指令发送到电机A控制与驱动模块8和电机B控制与驱动模块11，电机A13与电机A控制与驱动模块8连接，电机B15与电机B控制与驱动模块11连接，控制与驱动模块控制电机的运转，电机A13上设置有电机A速度反馈装置14，电机B15上电机B速度反馈装置16，电机A速度反馈装置连接有电机A速度检测模块7，电机B速度反馈装置连接有电机B速度检测模块12，通过速度检测模块将电机A13和电机B15的速度信息反馈给核心控制器CPU1，核心控制器CPU1根据所收集的信息，处理之后将控制信号传输到电机A控制与驱动模块8和电机B控制与驱动模块11，实现闭环控制。
优选的，核心控制器CPU1连接有电机A电流电压检测模块9和电机B电流电压检测模块10，电流电压检测模块对电机A13和电机B15实时检测，为CPU控制策略提供电流反馈信号。
优选的，电源5连接有检测控制电源模块4和功率电源模块6，检测控制电源模块4与用户输出输入接口2、通信接口3、电机A速度检测模块7、电机A电流电压检测模块9、电机B电流电压检测模块10和电机B速度检测模块12连接，实现对控制检测部分电流的供电，功率电源模块6与电机A控制与驱动模块8、电机A13、电机B控制与驱动模块11和电机B15连接，实现对电机驱动功率部分供电和电源滤波处理功能，降低电机运行中对电源波动的影响。
优选的，电机A速度反馈装置14和电机B速度反馈装置16可以是霍尔编码器、增量编码器、绝对位置编码器或测速发电机中的一种。
如图2所示，本发明的双直流电机驱动器电子差速防止车体倾覆控制方法，包括如下步骤：
a.用户通过电源模块5将电源接入设备，检测控制电源模块4和功率电源模块6将电源转化为设备需要的各种等级电源，给各单元供电，设备开始启动，设备自检完成后，设备处于等待用户控制状态。
b.用户通过用户输出输入接口2或者通信接口3给设备发送运行指令传动到核心控制器CPU1，核心控制器CPU1根据用户指令，经过软件算法开始输出PWM信号，PWM信号对电机A控制与驱动模块(8)和电机B控制与驱动模块11实现功率输出，电机A控制与驱动模块8和电机B控制与驱动模块13分别驱动电机A13和电机B15.
c.电机A13和电机B15开始工作后,电机A电流电压检测模块9实时检测电机A13的运行电压V1(该电压信号不是一个电压值，是多个电压数据集合)、电流信号I1(该电流信号不是一个电流值，是多个电流数据集合)，电机A速度反馈装置14将电机转速信号传输到电机A速度检测模块7，由电机A速度检测模块7将电机A13速度信号传输到核心控制器CPU1，由核心控制器CPU1解析出当前实时速度Speed1；电机B电流电压检测模块10部分实时检测电机B15的运行电压V2(该电压信号不是一个电压值，是多个电压数据集合)、电流信号I2(该电流信号不是一个电流值，是多个电流数据集合)，电机B速度反馈装置16将电机转速信号传输到电机B速度检测模块12，由电机B速度检测模块12将电机A13速度信号传输到核心控制器CPU1，由核心控制器CPU1解析出当前实时速度Speed2。
d.核心控制器CPU1根据对当前电机工作反馈信号处理，根据控制算法实现对电机A13和电机B15的控制。
步骤d中核心控制器CPU1根据公式ΔX＝K1×|K2×X1-(1-K2)×X2|+L，进行分析车身是否具有倾覆危险，公式ΔX＝K1×|K2×X1-(1-K2)×X2|+L中X1为电机1的运行输出特性参量，X1＝f(V1,I1,Speed1)的功率计算函数；X2为电机2的运行输出特性参量，X2＝f(V2,I2,Speed2)的功率计算函数；K1为两个电机速度差的运算系数，
Figure BDA0002038241400000071
K2为两个电机转弯负载变化运算系数，根据车体中心设置的一个浮点数。L为两电机运行时负载不均时调节补偿量；ΔX为两个电机参量差值量化后的数据。
当设备运行到差速状态时，计算ΔX值，当设备第一次进入差速计算时，由于检测的电压电流值为非差速下数据，因此第一次计算ΔX不会触发ΔX超差，而直接进入了差速速度计算，根据给定的速度值给定速度值SpeedV以及差速值SpeedD计算当前需要给定电机的新的Speed1和Speed2得速度值，然后差速速度给定两个电机速度完成电机给定数据，然后运行到“更新两个电机速度值”。
然后设备进入对电机控制状态，执行完毕控制状态程序后，进入电压电流检测程序，然后进入电机速度检测部分程序；检测完毕电压电流和速度后，电机进入是否有启停指令判断部分；如果设备没有停机指令，设备继续执行然后再次进入差速控制部分。
公式ΔX＝K1×|K2×X1-(1-K2)×X2|+L和
Figure BDA0002038241400000081
可得公式
Figure BDA0002038241400000082
可得当Speed1和Speed2运行速度差值在允许范围ΔSpeed之内时，ΔX不超过需要调节范围，则不需要对电机进行差速减速调节；当ΔX超过安全值，根据公式
Figure BDA0002038241400000083
进行差速调节，T为信号处理周期，S为一个周期内信号需要叠加量，Fi信号的滤波系数，ΔXi为i时刻得到的ΔX值，P为ΔX与速度之间计算系数。
公式
Figure BDA0002038241400000084
中的f(ΔX)为ΔX转化为速度修正的传输函数，其公式为
Figure BDA0002038241400000085
计算差速给定两个电机速度，然后将更新两个电机的速度值，对两台电机实现速度闭环控制。车体将要发生倾覆时通过f(ΔX)降低车体运行的Speed1和Speed2速度，添加了ΔX计算的参数；在差速过程中也可以根据数据参量变化，对车体的车身稳定进行优化。可以提高在使用该算法的双机直流驱动器中得到车身运行的稳定性，降低车体倾覆的危险发生。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.双直流电机驱动器电子差速防止车体倾覆控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.用户通过电源模块(5)将电源接入设备，检测控制电源模块(4)和功率电源模块(6)将电源转化为设备需要的各种等级电源，设备开始启动；
b.用户通过用户输出输入接口(2)或者通信接口(3)给设备发送运行指令传动到核心控制器CPU(1)，核心控制器CPU(1)根据用户指令，对电机A控制与驱动模块(8)和电机B控制与驱动模块(11)实现功率输出；
c.电机A(13)和电机B(15)开始工作后,电机A电流电压检测模块(9)实时检测电机A(13)的运行电压V1、电流信号I1，电机A速度反馈装置(14)将电机转速信号传输到电机A速度检测模块(7)，由电机A速度检测模块(7)将电机A(13)速度信号传输到核心控制器CPU(1)，由核心控制器CPU(1)解析出当前实时速度Speed1；电机B电流电压检测模块(10)部分实时检测电机B(15)的运行电压V2、电流信号I2，电机B速度反馈装置(16)将电机转速信号传输到电机B速度检测模块(12)，由电机B速度检测模块(12)将电机A(13)速度信号传输到核心控制器CPU(1)，由核心控制器CPU(1)解析出当前实时速度Speed2；
d.核心控制器CPU(1)根据对当前电机工作反馈信号处理，根据控制算法实现对电机A(13)和电机B(15)的控制；
所述步骤d中核心控制器CPU(1)根据公式ΔX＝K1×|K2×X1-(1-K2)×X2|+L，进行分析车身是否具有倾覆危险，所述公式ΔX＝K1×|K2×X1-(1-K2)×X2|+L中X1为电机1的运行输出特性参量，X1＝f(V1,I1,Speed1)的功率计算函数；X2为电机2的运行输出特性参量，X2＝f(V2,I2,Speed2)的功率计算函数；K1为两个电机速度差的运算系数，
Figure FDA0003812557410000021
K2为两个电机转弯负载变化运算系数，根据车体中心设置的一个浮点数，L为两电机运行时负载不均时调节补偿量；ΔX为两个电机参量差值量化后的数据；
所述公式ΔX＝K1×|K2×X1-(1-K2)×X2|+L和
Figure FDA0003812557410000022
可得公式
Figure FDA0003812557410000023
可得当Speed1和Speed2运行速度差值在允许范围ΔSpeed之内时，ΔX不超过需要调节范围；当ΔX超过安全值，根据公式
Figure FDA0003812557410000024
进行差速调节，SpeedV为给定速度值，SpeedD为差速值，所述公式
Figure FDA0003812557410000025
中的f(ΔX)为ΔX转化为速度修正的传输函数，其公式为
Figure FDA0003812557410000026
T为信号处理周期，S为一个周期内信号需要叠加量，Fi信号的滤波系数，ΔXi为i时刻得到的ΔX值，P为ΔX与速度之间计算系数。
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