Способ управления курсом движения машины
Иллюстрации
Реферат
1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КУРСОМ ДВИЖЕНИЯ МАШИНЫ, включающий определение расстояния от машины до двух заданньк точек с использованием электромагнитных сигналов, отличающ и и с я тем, что, с целью повыг шения точности управления, основным источником электромагнитных колебаний возбуждают периодически два источника звуковых, преимущественно ультразвуковых колебаний, установленные в заданных точках, на машине принимают сигналы основного источника электромагнитных колебаний и обоих источников звуковых колебаний, сигнал одного из которых принимают также дополнительным приемником звуковых сигналов, удаленным на известное расстояние от одного из источников звуковых колебаний и совмещенным с дополнительным источником злектромагнитных колебаний, сигналы которого принимают на нашине, определяют интервалы времени от момента поступления на машину сигнала основного сеточника электромагнитных колебаний до моментов поступления на нее сигналов первого и второго источников звуковых колебаний и сигнала дополнительного источника длектромагнитньгх колебаний, вычисляют скорость звукаУ по формуле v 4 utf) где .f- известное расстояние от соответствующего источника до дополнительного приемника звуковых колебаний; интервал времени от момента поступления на машину сигнала основного источника эле1 тромагнитных колебаний до момента поступления на нее сигнала дополнительного источника электромагнитных колебаний. 2. Способ по п, 1, о т лич а ющ и и с я тем, что, с целью обеспечения движения машины по траекториям в параллельных плоскостях и упрощения выработки сигнала рассогласования , источники звуковых сигналов устанавливают вдоль пряоэ мой, перпендикулярной плоскостям, в которых находятся заданные траектории движения машин, а в систему 00 автоматического управления курсом движения машины в зависимости от расположения траектории движения относительно заданных точек подают сигналы рассогласования 3, равные .X 74VAt,f-{V J-2fx или J--(V.t3f-№t,, - расстояние мёЗкду двумя где заданными точками, где установлены источники колебаний;
СООЗ СОВЕТСКИХ
Н Ю
РЕСПУБЛИН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OYHPblTHA
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
F
1 (К(g=
Ф 946426, кл. А 01 В 69/04, 1977.
2. Авторское свидетельство СССР
1«« 770444, кл. А 01 В 69/04, 1978 (прототип) .
I (54)(57) 1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КУРСОМ
ДВИЙЕНИЯ МАШИНЫ, включающий определение расстояния от машины до двух заданных точек с использованием электромагнитных сигналов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повы-. шения точности управления, основным источи*ком электромагнитных колебаний возбуждают периодически два источни- . ка звуковых, преимущественно ультразвуковых колебаний, установленные в заданных точках, на машине принимают сигналы основного источника электромагнитных колебаний и обоих источников звуковых колебаний, сигнал одного из которых принимают также дополнительным приемником звуковых сигналов, удаленным на известное расстояние от одного из источников звуковых колебаний и совмещенным с дополнительным источником электромагнитных колебаний, сигналы которого принимают на яашине, определяют интервалы времени от момента поступления на машину сигнала основного
««сточника электромагнитных колебаний до моментов поступления на нее сигналов первого и второго источников звуковых колебаний и сигнала дополнительного источника электро,.SU„„!13148 А
3(59 А 01 В 69/04 G 05 D 1/02 магнитных колебаний, вычисляют скорость звуками/по формуле где 1, — известное расстояние от соответствующего источника до дополнительного приемника звуковых колебаний ь1 - интервал времени от момента поступления на машину сигнала основного источника электромагнитных колебаний до момента поступления на нее сигнала дополнительного источника электромагнит- Е
g2 ных колебаний.
2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю- шийся тем, что, с целью обеспечения движения машины по траекториям в параллельных плоскостях и упрощения выработки сигнала рассогласования, источники звуковых сигналов устанавливают вдоль прямой, перпендикулярной плоскостям, ОФ в которых находятся заданные траек- > торин движения машин, а в систему «ф«« автоматического управления курсом, (;ф движения машины в зависимости от расположения траектории движения относительно заданных точек подают сигналы рассогласования 1 равные
11З ,М иЫ вЂ” интервалы времени от момента поступления на машину сигнала основного источника электромагнитных колебаний до моментов постунления на нее сигналов соответственно первого и второго источников звуковых колебаний;
1487 — расстояние от центра отрезка, соединяющего заданные точки, до плоскости, в которой находится заданная траектория движения.
3. Способ по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что все упомянутые источники колебаний испускают
=сигналы различной частоты.
Изобретение относится к автоматизации вождения самоходных машин и может быть использовано для группо вого вождения сельскохозяйственных и строительных машин и агрегатов по параллельным траекториям.
Известен способ автовождения сельскохозяйственных агрегатов путем возбуждения электромагнитных 10
I полей перемещающихся в пространстве стоячих волн между. базовыми антеннами и антенной на машинно-тракторном агрегате j)j .
Для реализации данного. способа на подвижной машине и базовых станциях необходимо иметь антенну с узкой диаграммой направленности, что определяет высокую сложность устройства. 20
Известен также способ управления курсом вождения машин, включающий определение расстояния от, машины до двух заданных точек с использованием электромагнитных сиг- 5 налов (2) .
Недостатком данного устройства является низкая точность управления при движении машины по неровной поверхности. 30
Цель изобретения — повышение точности управления.
Указанная цель достигается тем, что согласно способу управления курсом движения машины, включающему оп" ределение расстояния от машины до двух заданных точек с использованием электромагнитных сигналов, основным источником электромагнитных колебаний возбуждают периодически два источника звуковых, преимущественно ультразвуковых колебаний, установленные в заданных точках, на машине принимают сигналы основного источника электромагнитных колебаний и обоих источников звуковых колебаний, сигнал одного из которых принимают также дополнительным приемником звуковых сигналов, удаленным на известное расстояние от одного из источников звуковых колебаний и совмещенным с дополнительным источником электромагнитных колебаний, сигналы которого принимают на машине, определяют интервалы времени от момента поступления на машину сигнала основного источника электромагнитных колебаний до моментов пос-. тупления на нее сигналов первого и второго источников звуковых колеба,,ний и сигнала дополнитМяьйого источника электромагнитных колебаний, вычисляют скорость звука Ч по форМуле где 1 — известное расстояние от соответствующего источника до дополнительного приемника звуковых колебаний;
М1 — интервал времени от момента поступления на машину сигнала основного источника электромагнитных колебаний до момента поступления на нее сигнала дополнительного источника электромагнитных колебаний.
1131487
С целью обеспечения движения машины по траекториям в параллельных плоскостях и упрощения выработки сиг-, нала рассогласования источники звуковых сигналов устанавливают вдоль 5 прямой, перпендикулярной плоскостям в которых находятся заданные траектории движения машин, а в систему автоматического управления курсом движения машины в зависимости от рас- l0 положения траектории движения отноФ сительно заданных точек подают сиг- налы рассогласования J, равные
g=
/ где 1 — расстояние между двумя заданными точками, где расположены источники зву ковых колебаний; )25
61 и — интервалы времени от момента поступления на машину сигнала основного источника электромагнитных колебаний до момен- 30 тов поступления на нее сигналов соответственно первого и второго источников звуковых колебаний
1. — расстояние от центра от резка, соединяющего задаь ные точки, до плоскости, в которой находится заданная траектория движения. 40
Все источники колебаний используют сигналы различной частоты.
На фиг. 1 представлена .блок-схема варианта реализации предлагаемого способа, на фиг. 2 — схема траекторий движений машин в параллельных плоскостях.
Устройство-(фиг. 1) состоит из йсточников звуковых. сигналов 1 и 2, источников электромагнитных сигналов g0
3 и 4, приемников сигналов 5, 6 и 7 электрических фильтров 8, 9, 10 и 11, датчиков времени 12, 13 и 14, множительно-делительного устройства 15 и арифметического устройства 16. у
Причем часть устройства, обведенная пунктирной линией, устанавливается на машине, а остальная часть — в поле„ где 4- расстояние от источника звукового сигнала 1 до дополнительного приемника звуковых сигналов 5, С помощью арифметического устрой" ства 16 (фиг. 1) вырабатывают сигнал рассогласования, равный 1
7 — расстояние между источниками звуковых сигналов
1и2;
Ф вЂ” длина от центра отрезкаЯВ до точки пересечения прямой AB с плоскостью, где
В качестве источников звуковых сигналов можно испольэовать, например, источники ультразвуковых сигкалов, а в качестве источников электромагнитных сигналов — например, источники:радиосигналов, Сущность способа. заключается в следующем.
При движении. машины установленные на ней приемники звуковых 6 и электромагнитных 7 сигналов принимают звуковые и электромагнитные сигналы, периодически и одновременно испускаемые установленными над полем источником электромагнитных сигналов отсчета 3 (фиг. 1), двумя (установленными в заданных точках 4 и ) источниками звуковых сигналов 1 и 2, а также дополнительным источником электромагнитных сигналов 4, перио дически. Определяют отрезки времениа1„,д4> от момента поступления на приемник 7 электромагнитного сигнала отсчета до момента поступления на приемник 6 соответственно звукового сигнала от источника 1 и звуI кового сигнала от источника 2. Определяют отрезок времени atq от момента поступления на приемник 7 электромагнитного сигнала отсчета до момента поступления на приемник 7 дополнительного электромагнитного сигнала, испускаемого источником электромагнитных сигналов 4 в момент поступления на дополнительнйй приемник 5 звукового сигнала, испус. каемого источником звуковых сигналов 1, и скорость звука Ч по формуле
1131487 или
$ в которой находится заданная траектория дви-: жения (фиг. 2).
Выпаботанный сигнал рассогласоHBBHB (Чь|,) -(+g$ ) 21х подают B сНстему управления йаправлением движения машины.
Периодическое определение скорости звука в процессе управления предлагаемым способом позволяет исключить влияние параметров окружающей среды, например температуры, на точность управления.
Выведем геометрические соотнопения, выполнение которых обеспечивает движение машин по траекториям в параллельных плоскостях.
Если две машины начнут свое движение соответственно из точек й, иМ, (фиг. 2) и в процессе движения будут строго соблюдать заданное направление, которое на фиг. 2 показано стрелками, тогда в случае движения машин в плоскости 17 траектЬрия ми их движения будут параллельные прямыеtt1n< и ttl П . Однако в реаль ном случае машины не будут двигаться в плоскости 17 и поэтому в случае движения машин в параллельных плоскостях 18 и 19 и строгом соблюдении заданного направления движения (при начале движения из точек N< и tlat ) траекториями их движения будут соответственно некоторые кривые ВДАВИ и и ((Д и,, которые являются Линией пересечения плоскостей 18 и 19 с поверхностью земли в данной местности.
Из произвольной точки А проведем прямую AC, перпендикулярную плоскости 18. Отложим на прямой
40 . EC отрезок AS длиной P . Проведем через ироизвольную точку на плоскости 18, например, 3< (или Eq ) и точки А и С прямые (фиг.2).
Из рассмотрения треугольников
Ds A С и З,ВС следует, что (Я,C А = 90 ) Hs рассмотрения треугольников Е 4С, и Е,ВС следует, что (LE,CA = 90 ) .
Иэ полученных соотношений (1) и (2), которые справедливы для случая, когда траектория движения машины лежит вправо .от точки О (фиг.2), заключаем, что разность квадратов отрезков, образованных произвольной точкой, лежащей в плоскости IR и соответственно точками A и В постоянна и равна 2,« 1, если в процессе движения машины квадрат расстояния от машины до точки A равен квадрату расстояния от машины до точки Ь плюс 2«ф, то это означает, что машина движется по. траектории, лежащей в плоскости 18, если квадрат расстояния от машины до точки А больше квадрата расстояния от машины до точки В плюс 2 «q Р (фиг. 2) машина отклоняется вправо от плоскости 18 (вправо от заданной траектории); если квадрат расстояния от машины до точки A меньше- квадрата расстояния от машины до точки 3 плюс 2« 1 — машина отклоняется от плоскости 18 влево (влево от .заданной траектории).
Аналогично для случая, когда траектория движения машины лежит влево от точки О и, например, находится в плоскости 19, то разность квадратов отрезков, образованных произвольной точкой, лежащей в плоскости 19, и соответственно точками
В и А, постоянна и равна 2 « Е; если в процессе движения машины квадрат расстояния от машины до точки р больше квадрата расстояния от машины до точки А плюс 2 К Е, машина отклоняется влево от плоскости 19 (влево ат заданной траектории), если квадрат расстояния от машины до точки В меньше квадрата расстояния от машины до точки А плюс 2A,с машина отклоняется вправо от плоскости 19 (вправо от заданной траектории).
Рассмотрим работу варианта устройства, реализующего предлагаемый способ.
Элементы устройства управления (фиг. 1) ймеют следующее расположение.
Источники звуковых сигналов 1 и
2 устанавливают на расстоянии 1 в точках 4 и 8 прямой Д9, перпендикулярной плоскостям, в которых находятся заданные траектории движения (фиг. 2). На некотором определенном расстоянии от источника звуко 1131 ных сигналов 1 устанавливают приемник звуковых сигналов 5. Причем источники звуковых сигналов 1 и 2, источники электромагнитных сигналов 3 и 4 и приемник звуковых сигналов 5 (фиг.1) устанавливают в поле.
Приемники сигналов 6 и 7, электрические фильтры 8, 9, 10 и 11 датчики времени 12, 13 и 14) множительно-делительное устройство 15 и ариф-.
1О метическое устройство 16 устанавливают на машине.
В процессе работы устройства (фиг. 1) происходит следующее.
Источник электромагнитных сигналов отсчета 3, источник дополнительных электромагнитных сигналов 5 и источники звуковых сигналов 1 и 2 периодически посылают кратковременные электромагнитные и звуковые сигналы различной частоты. Причем кратковременная посыпка этих сигналов происходит следующим образом.
Одновременно запускаются источники электромагнитных сигналов отсчета 3 и источники звуковых сигналов 1 и 2.
В момент времени, когда на приемник
5 поступает звуковой сигнал от источника 1, с выхода приемника 5 на дополнительный источник электромагнитных сигналов 4 поступает сигнал, запускающий источник электромагнитных сигналов.
Электромагнитный сигнал отсчета, посылаемый источником 3, практически мгновенно (из-за большой скорости распространения электромагнитных сигналов) попадает на приемник 7, а звуковые сигналы, посылаемые соответственно источниками 1 и 2; попадают на приемник 6 с временами запаз-4О дывання, равными ntz и а1 с момента поступления на приемник 7 элекв тромагнитного сигнала отсчета. Причем
М вЂ” время, в течение которого звуковой сигнал проходит расстояние от источника 1 до приемника 6 (от источника 1 до управляемой машины), а hf.з — время, в течение которого звуковой сигнал проходит расстояние от источника 2 до приемника 6 (от источника 2 до управляемой машины), так как электромагнитный сигнал (импульс) отсчета и звуковые сигналы (импульсы) посылаются источниками 3, 1 и 2 одновременно.
Дополнительный электромагнитный сигнал, посылаемый источником, 4, поступает на приемник 7 с некоторым
487 8 временем запаздывания nt> с момента йоступления на приемник 7 электромагнитного сигнала отсчета. Причем д — время, в течение которого звуковой сигнал, посылаемый источником 1, проходит расстояние К ,-так как источник 4 запускается в момент попадания на приемник 5 звукового сигнала от источника 1.
Фильтры 8 и 9 производят разделение сигналов,.--которые формируются на выходе приемника 6 при поступлении на приемник 6 соответственно звуковых сигналов от источников 1 и
2 звуковых сигналов.
Фильтры 10 и 11 производят разделение сигналов, которые фдрмируются на выходе приемника 7 при поступлении на приемник 7 соответственно электромагнитных сигналов отсчета от источника 3 и дополнительных электромагнитных сигналов от источника 4.
При поступлении на приемник 7 электромагнитного сигнала отсчета с выхода приемника 7 через фильтр
10 на первые входы датчиков времени
12, 13 и 14 поступает сигнал.
При поступлении на приемник 7 дополнительного электромагнитного сигнала с выхода приемника 7 через фильтр 11 на второй вход датчика вре мени 14 поступает сигнал.
При поступлении на приемник 6 звукового сигнала от источника 1 с выхода приемника 6 через фильтр
8 на второй вход датчика времени 12 поступает сигнал.
При поступлении на приемник 6 звукового сигнала от источника 2 с выхода приемника 6 через фильтр 9 на второй вход датчика времени 13 поступает сигнал.
С выхода датчика времени 12 на первый вход арифметического уптройства 16 поступает сигнал At,равный времени запаздывания поступления сигнала на второй вход датчика
12 с момента поступления сигнала на первый вход датчика 12.
С выхода датчика времени 13 на второй вход арифметического устройства 16 поступает сигнал абаз, равный .времени запаздывания поступ° ления сигнала на второй вход датчика 13 с момента поступления сигна ла на первый вход датчика 13.
С выхода датчика времени 14 на множительно-делительное устройство 15 поступает сигнал а1ь рав1
1131
1О (3) ный времени запаздывания поступления сигнала на второй вход датчика 14 с момента поступления сигнала на первый вход датчика 14. В множительно-делительном устройстве 15 S постоянная величина 1» делится на величину, поступающую на вход множителя 15 т. е. на М». С выхода множителя 15 на третий вход арифме,тического устройства 16 поступает сигнал,, равныи —, т.е. сигнал, afi
Ь 4 равный скорости V распространения звука в воздухе I/ = -aaa—
На первый, второй и третий входы арифметического устройства пос- »S тупают сигналы, соответственно равные Ь1, а1ь и, а на выходе арифметическое устройство формирует сигнал, равный
Р/4t ) (74Цг) Л. где А — постоянная, которая равна
2/»4 (см. фиг. 2 и вывод выражения (1)) .
Сигнал (см. выражение (3)) с 25 выхода арифметического устройства поступает в систему автоматического управления непрерывным движением машины.
Если сигнал на выходе арифметичес-30 кого устройства 16 равен нулю, то это означает, что машина движется rto
487 1О заданной траектории (см. выражения (1) и (3)) и ее йаправление движения не требует корректировки „ если сигнал на выходе арифметического устройства больше нуля — машина отклоняется от заданной траектории вправо (фиг. 2). и система автоматического управления движением машины выдает команду на поворот влево, если сигнал на выходе арифметического устройства меньше нуля — машина отклоняется от заданной траектории влево (фиг. 2) и система автоматического управления движением машины выдает команду на поворот вправо.
Предлагаемым способом можно определять отклонение от заданной траектории с высокой точностью.
Управление предлагаемым способом позволит системе автоматического управления движением машины осуществлять корректировку направлений движения машины,,начиная с отклонения от заданной траектории на несколько миллиметров, что существенно повысит точность управления, обеспечить высокую точность землеройных и дорожных работ, обеспечить групповое вождение машин и агрегатов по траекториям лежащим в параллельных плоскостях.
})31487
17
Составитель Б. Кузьмич
Редактор М. Дылын Техред С.Мигунова . Корректор В. Гирняк
Г
Заказ 9649/1 Тираж 721 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская Hàá., д. 4/5 г
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4