Устройство ориентации для систем группового автоматического вождения машинно-тракторных агрегатов

Устройство ориентации для систем группового автоматического вождения машинно-тракторных агрегатов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ь !

I дд 4 А 01 В 69/04 (,I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А 8TOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2756744/27-11 (22) 16.04.79 (46) 29.02.88. Бюл. № 8 (71) Одесская научно-исследовательская станция Государственного Союзного научноисследовательского тракторного института

«НАТИ» (72) А. А. Богданов, Л. Д. Стоянов, В. А. Капитанец и И. М. Бережной (53) 631.364 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 399219, кл. А 01 В 69/04, 1973.

Патент Великобритании № 1030873, кл. G 1 N, 1963.

„.80„„1376963 А 1 (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ОРИЕ НТАЦИИ

ДЛЯ СИСТЕМ ГРУППОВОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ВОЖДЕ НИЯ МАШИ ННОТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ, содержащее индукционный излучатель, установленный на ведущем агрегате, индукционные дальномеры, магнитоприемники которых разнесены в горизонтальной плоскости ведомого агрегата и установлены перпендикулярно его продольной оси, блоки вычитания и сравнения эквидистантных и интервальных расстояний, фазовые детекторы, источник эталонного сигнала, датчик угла поворота ведомого агрегата, генератор, синхронизирующий

1376963

2 2 г — г х= — 1 — Л работу индукционных дальномеров, датчика угла поворота ведомого агрегата, источника эталонного сигнала и блока вычитания интервального расстояния, причем выход одного из дальномеров через делитель, управляемый усилителем с автоматической регулировкой усиления этого дальномера, соединен с соответствующими входами блоков вычитания эквидистантного и интервального расстояний, а выход другого дальномера через делитель, управляемый усилителем с автоматической регулировкой усиления этого дальномера, подключен к другому входу блока вычитания эквидистантного расстояния, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено дополнительными делителями, блоком вычитания и усилителем с автоматической регулировкой усиления, выполненным на соединенных в кольцо двух управляемых делителях и усилителях прямого и обратного трактов, приИзобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к системам вождения самоходных машинно-тракторных агрегатов.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — взаимное расположение излучателя и магнитоприемников на ведущем и ведомом агрегатах; где А и В— точки установки магнитоприемников на ведомом агрегате; С вЂ” точка установки индукционного излучателя на ведущем агрегате; АВ= АОг+ ВО = a/2+ а/2= а база магнитоприемников; Oi — кинематический центр ведомого агрегата;,а — угол поворота базы магнитоприемников (продольной оси ведомого агрегата) относительно заданного направления движения; AC= гь

BC= г, А и — точки расположения магHHToIlpHpMHHKoB после поворота ведомого агрегата на угол а; А C= ri, ВС= г, b=

=010 — расстояние между кинематическим центром ведомого агрегата и центром базы магнитоприемников; х, у — соответственно эквидистантное и интервальное расстояние между агрегатами; на фиг. 3 — зависимость изменения степени напряженности магнитного поля от расстояния r до излучателя, где P — степень напряженности магнитного поля; r — расстояние от точки наблюдения до центра излучателя, а, б, в, г— кривые, показывающие зависимость изменения степени напряженности магнитного поля от расстояния отдельных витков спичем вход этого усилителя соединен с выходом блока вычитания интервального расстояния, а выход — с управляющим входом первого дополнительного делителя, сигнальный вход которого подключен к одному из выходов генератора, а выход — к одному из входов блока сравнения интервального расстояния и через выпрямитель — к управляющему входу второго дополнительного делителя, сигнальный вход которого подключен к выходу датчика угла поворота ведомого агрегата, а выход — к одному из входов дополнительного блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания эквидистантного расстояния, а выход — с входом блока сравнения эквидистантного расстояния.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что индукционный излучатель выполнен в виде спиралеобразного витка. ралеобразного излучателя; д — кривая, показывающая зависимость изменения степени суммарной напряженности магнитного поля спиралеобразного излучателя от рас5 стояния.

Устройство состоит из индукционного излучателя 1, расположенного непосредственного на агрегатах, генератора 2 переменного тока, двух индукционных дальномеров I и II, в состав которых входят магнитоприемники 3, управляемые делители 4 — 7, усилители 8 прямого тракта и усилители

9 обратного тракта. В устройство входит также генератор 10, управляемые делители 11 и 12, блок 13 вычитания эквидистант15 ного расстояния, блок 14 вычитания, блок 15 сравнения эквидистантного расстояния, источник 16 эталонного сигнала, фазовый детектор 17, блок 18 вычитания интервального расстояния, управляемые делители 19 и 20, усилитель 21 прямого тракта, усилитель 22 обратного тракта, делитель 23, блок 24 сравнения интервального расстояния, фазовый детектор 25, выпрямитель 26, делитель 27 и датчик 28 угла поворота.

Из фиг. 2 видно, что где х — эквивалентное расстояние между агрегатами, не зависящее от интервального

30 у расстояния между ними.

Сигнал ошибки х выделяют как разность заданного хз и действительного экви1376963 дистантного х положения ведомОго агрегата относительно ведущего

r,— г, 2 2 зХХ= хз — х= хз — . з з

Если излучатель является точечным, тогда напряженность Н магнитного поля излучателя изменяется по закону

М

4гл (3) где M — магнитный момент излучателя;

r — расстояние между излучателем и маги итоприем ником.

Одним из вариантов реализации выражения (2) является способ стороннего генератора, сущность которого заключается в управлении сигналом магнитоприемника коэффициентом передачи тракта сторон него генератора, формирующего управляющий сигнал.

В этом случае основным элементом каждого дальномера является усилитель с автоматической регулировкой (АРУ), работа которого основана на изменении коэффициента передачи управляемого делителя при изменении величины сигнала, принимаемого магнитоприемником. Коэффициент передачи управляемого делителя в соответствии с (3) равен

К = К-r (4) где К вЂ” коэффициент размерности.

Таким образом, если в усилителе с АРУ использовать три идентичных управляемых делителя, соединенных в кольцо с усилителем прямого тракта и усилителем обратного тракта, то коэффициент передачи каждого из них равен

К„=rV/K . (5)

Если в тракте стороннего генератора поставить два последовательно соединенных управляемых делителя, управляемых усилителем с АРУ, то закон изменения выходного сигнала последнего управляемого делителя пропорционален r

Следовательно, для реализации алгоритма (3) необходимо на выходе каждого из магнитоприемников поставить усилитель с

АРУ, имеющий три последовательно соединенных управляемых делителя, а два последовательно соединенных управляемых делителя подключить к выходу стороннего генератора. Затем выходные сигналы последних управляемых делителей трактов стороннего генератора необходимо вычесть и после этого сравнить с эталонным сигналом. Результат этого сравнения и является сигналом ошибки.

Выражение (3) справедливо только для одного определенного значения r. Это объясняется тем, что индукционный излучатель практически не является точечным, а

45 х = х (2) + (Ь+у) sinu, 1+ Х вЂ” Х2 (6) где х1 и Qx2 — поперечные смещения точек А и В относительно заданной траектории движе50 ния;

Ь вЂ” расстояние 0102 между кинематическим центром ведомого агрегата и центром базы а магнитоприемников.

Второе слагаемое выражения (6), несущее информацию об угловом рассогласовании продольной. оси ведомого агрегата с заданным направлением движения, при изменении интервального расстояния у вызывает представляет собой виток с током определенного размера.

С целью повышения точности реализации выражения (2) необходимо степень

5 изменения напряженности магнитного поля от расстояния стабилизировать в пределах допустимого изменения интервального расстояния между агрегатами. Это достигается тем, что индукционный излучатель выполняется в виде спиралеобразного витка с требуемым шагом намотки в горизонтальной плоскости.

Каждый виток спирали создает свое магнитное поле (фиг. 3, кривые а, б, в, г.), где максимумы степени изменения напряжен15 ностей магнитных полей (f4. 3) находятся на определенном расстоянии друг от друга. В зависимости от количества витков спирали можно создать такое суммарное магнитное поле, степень изменения напряжен20 но и которого будет практически попоянной (кривая д) в требуемых пределах изменения интервального расстояния между агрегатами.

Таким образом, можно не только повысить точность вождения ведомого агрегата, 25 но и снизить требования к синхронизации скоростей движения агрегатов за счет расширения пределов изменения интервального расстояния между агрегатами.

Однако выражение (1) имеет однозначное решение только в случае соблюдения перпендикулярности базы магнитоприемников а к заданному направлению движения.

Практически во время движения ведомого агрегата происходит не только поперечное смещение базы а относительно направления движения, но и ее угловое отклонение и, т.е. угловое рассогласование продольной оси ведомого агрегата с заданным направлением движения относительно кинематического центра О этого агрегата (фиг. 2).

Таким образом, с учетом углового рассог40 ласования продольной оси ведомого агрегата от заданного направления движения выражение (1) записывается следующим образом:

1376963 (12) 10

U((= 1- > г2 (/ 11 М

1)оМ (13) (15) 8) (9) 3 Цом 1

U2 = (10) появление неоднозначности действительного эквидистантного расстояния х, что приводит

1 к увеличению амплитуды автоколебаний агрегата и ухудшению точности его вождения.

Поскольку в процессе автоматического вождения ведомого агрегата угол а изменяется в небольших пределах (а+)-5 — 7 ), то можно сделать допущение з1па= и. На этом основании и с учетом выражения (1) можно записать ((.(ь" - > + (Ь+у)а (7) таким Образом, чтобы компенсировать второе слагаемое этого выражения необходимо выделить сигнал об угле поворота ведомого агрегата, умножить его на сигнал, несущий информацию об интервальном расстоянии между агрегатами, и этот результат вычесть из сигнала, несущего информацию о действительном положении ведомого агрегата относительно заданного эквидистантного расстояния.

Устройство работает следующим образом.

Индукционный излучатель 1, питаемый генератором 2 переменного тока, создает магнитное поле, которое воспринимается магнитоприемниками 3 дальномеров I u II.

На выходе каждого из магнитоприемников получаем следующие сигналы:

UoM

Ui = — у —, rÄ где U. — чувствительность магнитоприемников;

М вЂ” магнитный момент индукционного излучателя;

r и гр — расстояния между индукционным излучателем и соответствующим магнитоприемником.

Выходное напряжение магнитоприемника поступает на усилитель с АРУ, состоящий из соединенных в кольцо трех управляемых делителей 4, 5, 6, усилителя 8 прямого тракта и усилителя 9 обратного тракта. На выходе усилителя 9 в каждом дальномере будут присутствовать следующие напряжения постоянного тока: где Ко — коэффициент пропорциональности управляемого делителя.

Выходное напряжение усилителя поступает на управляющий вход делителя 7, на сигнальный вход которого подается напряжение генератора 10.

При этом на выходе каждого дальномера (выход управляемого делителя 7) получаются следующие напряжения переменного тока:

15 где Vã — выходное напряжение генератора 10.

Выходные напряжения каждого из дальномеров поступают на соответствующие делители 11 и 12, которые управляются выходными напряжениями соответствующих уси20 лителей 9 обратного тракта.

На выходе делителей 11 и 12 будут при; сутствовать напряжения переменного тока (14) 25 ь-з5= U„rq (U M )

Ко а/з о

Эти напряжения поступают на выходы блока 13 вычитания эквидистантного расстояния, на выходе которого выделяется напряжение, величина которого соответствует действительному эквидистантному расстоянию между агрегатами

35 U(= U, (1(М ) ° (г, — r ) (16)

С выхода блока 13 вычитания напряжение через блок 14 поступает на один из входов блока 15 сравнения, на второй вход которого поступает эталонное напряже40 ние U. i с одного из выходов источника 16 эталонного сигнала, питаемого выходным напряжением генератора 10. Величина этого эталонного напряжения соответствует величине заданного эквидистантного расстояния

45 ха между rðer T ìH.

Следовательно, на выходе блока 15 будет присутствовать напряжение AU, сигнала ошибки, величина и фаза которого соответствует величине и направлению отклонения ведомого агрегата от заданной траектории

50 движения

ELI„= U3T.i — 1)а- (17)

С выхода блока 15 напряжение сигнала ошибки поступает на один из выходов фазового детектора 17, на второй вход которого подается коммутирующее напряжение

55 с одного из выходов источника 16 эталонного сигнала.

Таким образом, на выходе фазового детектора 17,,будет присутствовать напряже1376963

= U (U,M ) (х — а/2) +

1 12 (} ) 2/3 2

UoM (19) Для выделения сигнала, пропорциональ,ного интервальному расстоянию, выходное напряжение делителя 12 подается на один из входов блока 18, на второй вход которого поступает напряжение генератора 10, по величине равное первому слагаемому выражения (19).

Следовательно, на выходе блока 18 будет напряжение Vg, пропорциональное квадрату интервального расстояния

U, = U„ („M) y . (20) На выходе дополнительного усилителя с АРУ будет напряжение постоянного тока

11г gp

VM К (21) где К вЂ” коэффициент пропорциональности каждого из делителей 19 и 20.

Это напряжение подается на управляющий вход делителя 23, на сигнальный вход которого поступает напряжение переменного тока с одного из выходов генератора 10.

В результате этого на выходе делителя

23 получается напряжение переменного тока, имеющее обратно пропорциональную линейную зависимость от интервального расстояния между агрегатами ние сигнала управления, величина и знак которого несут информацию о величине и направлении отклонения ведомого агрегата от заданного эквидистантн ого расстояния между агрегатами.

Согласно фиг. 2 можно записать: .r = (х — а/2) + у . (18)

С учетом выражений (15), (18) выходное напряжение управляемого делителя

12 можно записать в виде ч к „/сом у (22) PU К

Ui o= — —.у.а у UoM (24) где U — чувствительность датчика угла поворота;

P — коэффициент размерности.

Это напряжение подается на один из входов блока 14, где происходит коррекция выходного напряжения блока 13, несущего

45 информацию о действительном эквндистантном расстоянии между агрегатами.

Это напряжение подается на один из входов блока 24 сравнения, на второй вход которого подается напряжение U-.z с одного из выходов источника 16 эталонного сигнала.

На выходе блока 24 получается напря10 жение 11„сигнала ошибки, величина и фаза которого соответствуют величине и направлению отклонения ведомого агрегата от заданного интервального расстояния ,Л,vó = — U» 2 Ug (23)

Это напряжение поступает на один из входов фазового детектора 25, на второй вход которого подается коммутирующее напряжение с одного из выходов источника

16 эталонного сигнала, а на выходе выделяется напряжение управления, величина и

20 знак которого несут информацию о величине и направлении отклонения ведомого агрегата от заданного интервального расстояния между агрегатами.

При появлении углового рассогласования между продольной осью ведомого агрегата и заданным направлением его движения выходное напряжение делителя 23 через выпрямитель 26 подается на управляющий вход делителя 27, на сигнальный вход которого поступает напряжение с датчика 28 угла поворота, несущее информацию об угле поворота я продольной оси ведомого агрегета относительно заданного направления движения.

На выходе делителя 27 пол„.ается напряжение Vip

1376963

ВИОРЕЛ/О агрггоЮ

Фиг.2

ЗОНА рРЖПУР0 0нця цнФтбальНОЕ0 РаССжаяицЯ

Cue. у

Составитель Е. Юдин

Редактор М. Товтин Техред И. Верес Корректор А. Ильин

Заказ 505/1 Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4