Оставьте заявку!

У нас на сайте Вы можете оставить заявку на нанесение дорожной разметки всех видов, закупку разметочных материалов и маркировочных машин. Для этого воспользуйтесь формой обратной связи в правом нижнем углу сайта.

Популярные статьи:

Четверг, 08 Октябрь 2015 18:27

Двухканальная следящая система управления разметочной машиной

Данник А.И., Нелюба Д.Н., Полтавский национальный технический университет имени Юрия Кондратюка

Аннотация. С целью повышения точности нанесения горизонтальной дорожной разметки предложена структура и алгоритм функционирования двухканальной следящей системы управления разметочной машиной.

Ключевые слова: алгоритм функционирования, дорожная разметка, разметочные машины, следящая система, структурная схема.

Вступление

Быстрый рост парка легкового транспорта в Украине внес свой весомый вклад в повышение интенсивности движения и загрузки автомобильных дорог.

Безопасность дорожного движения в большой степени зависит от разметки автомобильных дорог, выполнение которой без автоматических средств связано со значительными затратами времени и человеческих ресурсов. Качественная разметка проезжей части существенно снижает количество дорожно-транспортных происшествий (ДТП), убытки от порчи или уничтожения грузов при ДТП, а также повышает безопасность и удобство движения на автомобильных дорогах.

Постановка проблемы

На сегодняшний день нанесение горизонтальной дорожной разметки является достаточно трудоемким процессом, который не является полностью автоматизированным. Кроме того, разметочные машины работают в технологическом режиме, рабочие скорости которого значительно ниже, чем при транспортном режиме, но необходимая точность движения должна быть намного выше [1].

Анализ предыдущих исследований

Обзор рекламных проспектов ведущих фирм-производителей разметочного оборудования («Hofmann», «Borum Industri», «Graco», «Стройдормаш», «Стим» и др.) показывает, что основными направлениями исследования в области разметки дорог являются работы по созданию новых материалов (красок), термопластиков, холодных пластиков, маркировочных лент, новых машин и технологий нанесения разметки, совершенствование методов испытаний материалов и нормативно-технической документации. Реже отмечается необходимость построения систем управления движением разметочных машин [1, 2, 3], хотя именно такие системы обладают явными преимуществами: стабильностью траектории движения, точностью нанесения необходимой разметки независимо от скорости движения, освещенности и квалификации водителя-оператора, возможностью многократного ее повторения.

Система управления движением разметочной машины должна компенсировать возможные отклонения и обеспечивать движение машины в пределах определенной заданной зоны. Ожидаемые отклонения можно компенсировать одним из трех способов:

  • смещением в ту или иную сторону части машины (каретки с форсунками)
  • смещением всей машины;
  • комбинированным способом - сначала смещается вся машина на большую часть величины необходимой компенсации (грубое наводнения), а затем - каретка (точное наведение).

Компенсация возможных отклонений смещением каретки связано с определенными трудностями. Потери времени на значительные ее перемещения приведут к уменьшению производительности работы разметочной машины.

Компенсировать с необходимой точностью все возможные отклонения только за счет смещения всей машины трудно по причине наличия значительных инерционных масс. Поэтому наиболее целесообразным можно считать третий (комбинированный) способ.

Целью работы является разработка структуры и алгоритма функционирования двухканальной следящей системы управления разметочной машиной для повышения точности нанесения линий горизонтальной дорожной разметки

Основная часть

Для решения поставленной задачи предлагается двухканальная следящая система управления разметочной машиной, функциональная схема которой приведена на рис. 1. Отличительной особенностью такой системы является наличие дополнительного канала управления рабочим органом (кареткой с форсунками). За счет этого достигается более точное нанесение горизонтальной разметки на автодорогу.


 

Рис. 1. Функциональная схема двухканальной следящей системы управления разметочной машиной: Д1, Д2 – приводные двигатели; ПМ1, ПМ2 – передаточные механизмы; РО – рабочий орган; А – автомобиль; ДП1, ДП2 – датчики положения; П1, П2 – усилители сигнала управления; РП1, РП2 – регуляторы положения автомобиля и рабочего органа;  x1 - задающее действие; , e1, e2 - ошибка грубого и точного приводов соответственно; ,  u1, u2 - сигналы управления; ,  U1, U2 - напряжения на выходе усилителей; ,  ф1, ф2 - углы поворота валов двигателей; B - угол поворота руля РМ; ф3 - угол поворота РО;  x1 - смещение автомобиля; x2 - смещение РО; x - действительное смещение

 

Управляющее воздействие x1 подается одновременно на грубый и более точный корректирующий приводы. Грубый привод с помощью датчика положения ДП1 охвачен локальной обратной связью и имеет ошибку е1. Ошибка точного привода совпадает с ошибкой всей системы.

Регулятор положения РП1 грубого привода формирует управляющий сигнал u1, который через усилитель П1 поступает на двигатель Д1. Д1 через передаточный механизм ПМ1 меняет угол поворота руля разметочной машины B, что приводит к ее смещению в поперечном направлении на величину x.

Исполнительным элементом точного привода является двигатель Д2, угол поворота вала которого ф2 через передаточный механизм ПМ2 подается на рабочий орган РО и осуществляет его смещение в поперечном направлении на величину x2.

Результирующее перемещение измеряется датчиком положения ДП2, включенным в канал обратной связи точного привода. Сравнение заданного реального смещения РО и формирование желаемых динамических характеристик точного привода осуществляется регулятором РП2, сигнал от которого через усилитель П2 поступает на Д2.

Таким образом, при отработке погрешности сначала смещается на некоторую величину вся машина в процессе ее движения по дороге без потерь времени на дополнительное маневрирование, а окончательная компенсация отклонения осуществляется за счет незначительного смещения каретки с форсунками. Максимальное необходимое перемещение точного повода определяется максимальным значением скоростной погрешности и значением перерегулирования грубого повода.

Рассматриваемую функциональную схему можно обобщенно представить в виде структурной схемы, приведенной на рис. 2.

Рис. 2. Обобщенная структурная схема двухканальной следящей системы управления разметочной машиной

Действительное смещение является суммой смещений самого автомобиля и рабочего органа

С другой стороны, каждое из этих смещений может быть определено по формулам


где W1(p) и W2(p) - передаточные функции разомкнутого контура соответственно грубого и точного привода.

С (1) и (2) получим



Отсюда погрешность двухканальной следящей системы управления разметочной машиной


Если записать передаточную функции разомкнутой системы в виде



где ν, n - порядок астатизма каждого привода.

Тогда погрешность запишется как


Из этой формулы видно, что порядок астатизма двухканальной системы равен сумме порядков астатизма грубого и точного каналов, а добротность двухканальной системы представляет собой произведение добротностей отдельных каналов.

Выводы

Разработана структура двухканальной следящей системы управления разметочной машиной, которая позволяет наносить горизонтальную дорожную разметку с повышенной точностью за счет того, что отработка погрешности одновременно выполняется по двум каналам управления (грубому и точному). Приведен алгоритм функционирования системы управления, проанализированы ее качественные показатели (погрешность, порядок астатизма, добротность).

Литература

1. Скловский А. А., Григорьев Ю. К. Автоматизированные машины для разметки автомобильных дорог. – Рига: МИПКСНХ ЛатвССР, 1983. – 99 с.

2. Нелюба Д. М. Огляд стану проблеми автоматизації процесу роботи розмічувальних машин // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. – Кременчук: КДПУ, 2009. – Вип. 6/2009(59) ч.1. – с. 119-123.

3. Пятницкий И. А., Куркина Н. С., Чурьянов Ю. И., Носков А. И. Развитие средств автоматизации оборудования для разметки дорог и аэродромов // Автоматизация строительных и дорожных машин: труды Всесоюзного научн. – иссл. инст. строительного и дорожного машиностроения. Выпуск 112. – Москва, 1988. – с. 66-71.

4. Литинский С.А. Автоматизация вождения самоходных машин (автоводители). – М.: Энергия, 1966. – 144 с.

Перевод статьи из журнала "Автошляховик України". - 2011. - N3. - С. 22-24.

Рекомендуем прочитать: