● 摘要
DPG500铺轨机是用于满足高速铁路跨区间无缝线路铺设的需要而研制的铺设新线轨枕和长钢轨的大型自动化专用设备。本文围绕铺轨机输枕系统协调控制的技术需求，对其所涉及的虚拟样机技术，协同仿真，变负载协调控制算法和PLC协调控制等关键技术进行了研究，并进行了现场调试验证。首先，利用Pro/E软件完成了整个铺轨机工作系统的虚拟设计工作。由于Pro/E软件可以利用其与ADAMS软件有专门的接口软件Mech/Pro，进行数据交换后，数据更不容易丢失，因此在实际三维造型采用了Pro/E软件。并利用Mech/Pro接口软件，将其导入ADAMS软件环境中，并进行了定义刚体，创建运动副等协同仿真前的准备工作。然后，建立了阀控马达系统的数学模型，并在Matlab/Simulink环境下进行了仿真建模。利用S函数模拟枕木输送过程中的间歇性负载变化和由此引起的系统马达环节参数的变化，建立了一种基于阈值开关型的模糊PD控制器。既利用了常规数字PID控制精度高、稳态误差小的特点，又发挥了模糊控制器动态性能好、响应时间快、超调小的优点，对变负载阀控马达系统进行速度跟踪控制。进而，实现了Matlab与ADAMS的协同仿真。文中主要研究了阀控马达系统的速度协调控制的仿真问题。通过将控制马达的角速度转换成相应的线速度输入到ADAMS构建的子模型，实现由Matlab 的控制算法控制传送链的输送过程的仿真。文中根据ADAMS环境中的DX等测量距离的函数返回枕木移动距离来调整Matlab仿真程序中所设置的阀控马达系统的参数和负载变化，形成闭环，并在三个输送链之间切换每根枕木的输送速度，实现虚拟样机的协同仿真。在铺轨机输枕控制系统的实现过程中，编写了包括输枕系统在内的铺轨机工作系统PLC控制程序。该程序利用协同仿真结果，通过查表法实现了阈值型模糊PID控制器对实际的输枕系统的控制。另外还利用USB-CAN适配器硬件架构开发了基于VC++的包括对输枕系统监控在内的远程监控程序。最后给出了主要研究结论和进一步工作的展望。