一种电机车自主学习人工驾驶的方法与流程

本发明涉及电机车运行控制技术领域，具体为一种电机车自主学习人工驾驶的方法。

背景技术：

智能电机车进行自动驾驶前，需要预设好任务路线，需要人工设定线路的位置-速度图。电机车自动运行时，根据位置控制车辆速度的变化，使车辆在轨道上保持安全高效运行速度；当前矿用电机车多为传统人工驾驶机车，少数拥有电控系统，具备接入矿井整体监控系统的能力，但自主运行的电机车极少出现在市场上，配合自动驾驶的路线自学习功能也未出现于市场。当前电机车进行自主驾驶，需要人工设定位置速度图，机车在运行时，控制器根据当前电机车所处位置，向逆变器主板输出模拟量，来控制电机车逆变器的输出功率，继而控制电机车行车速度，实现在线路各区间的安全自动驾驶；

现有人工驾驶电机车大量消耗人力，而少数的自主驾驶电机车，也需要人工设定位置速度图，人工设定前需要测量轨道，需消耗大量人力测量轨道长度，以及计算机车安全运行的速度值，人员停留在轨道上工作会有安全隐患，轨道测量消耗的时间也会影响矿井生产。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决现有人工驾驶电机车大量消耗人力，而少数的自主驾驶电机车，也需要人工设定位置速度图，人工设定前需要测量轨道，需消耗大量人力测量轨道长度，以及计算机车安全运行的速度值，人员停留在轨道上工作会有安全隐患，轨道测量消耗的时间也会影响矿井生产的问题，而提出一种电机车自主学习人工驾驶的方法；本发明自主驾驶电机车设定位置速度图，无需大量人员测量轨道，只需车辆沿着需要设定的路线跑一遍，即可自动设定好位置速度图，大量节省了人力，没有人员在轨道上工作的安全隐患，基本不影响矿井生产；智能调节模块用于采集电机车在行驶轨道上的实时载重并进行分析生成变更速度并对位置速度图进行调整，通过智能调节模块根据电机车在行驶轨道上的实时载重进行分析并结合电机车的维修总次数、维修值得到变更速度，然后通过速度更新单元对电机车进行速度控制，从而合理的控制电机车在轨道上行驶；

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种电机车自主学习人工驾驶的方法，包括以下步骤：

步骤一：在人工驾驶电机车时，通过安装在电机车上的数据采集系统采集机车数据；其中机车数据包括电机车的速度模拟量和位置；

步骤二：当采集电机车的机车数据的数量等于设定数量时，则将采集到的机车数据标记为一组处理数据，将一组处理数据以线性队列的形式存储在plc的v寄存器区域，使用v区寄存器指针存储一组处理数据；

步骤三：对一组处理数据进行分析寻找速度拐点和位置，将得到的所有速度拐点和位置构成位置速度图，将位置速度图存储在plc的断电保持区，并通过使用寄存器指针，以线性队列的形式成对存储位置速度图；

步骤四：通过数据采集系统内的智能调节模块对电机车的位置速度图进行调整。

优选的，所述采集机车数据的时间间隔为0.1秒，设定数量为20。

优选的，对一组处理数据进行分析寻找速度拐点和位置的具体为：

s1：一组处理数据包括二十对速度模拟量v和机车位置x，将二十对速度模拟量标记为v1、v2、……、v20，将二十对机车位置标记为x1、x2、……、x20；

s2：首先比较v1和v20的差值绝对值a0，当差值绝对值a0的速度小于0.1m/s，则不做处理；

s3：当差值绝对值a0的速度大于等于0.1m/s，则比较v1和v10的差值a11以及v11和v20的差值a12；

当a11和a12其中一个大于另一个的两倍时，具体表现为：当a11>2×a12时，则速度拐点为(v5 v6)/2，对应机车位置为(x5 x6)/2；

当a11与a12之比小于2或大于1/2时，则速度拐点为(v10 v11)/2，对应的机车位置为(x10 x11)/2。

优选的，所述智能调节模块用于采集电机车在行驶轨道上的实时载重并进行分析生成变更速度并对位置速度图进行调整。

优选的，所述智能调节模块包括载重采集单元、载重分析单元和和速度更新单元；

所述载重采集单元用于采集电机车在行驶轨道上的实时载重及当前实时位置并将其发送至载重分析单元，所述载重分析单元用于对电机车的载重进行分析，具体分析步骤为：

步骤一：通过plc的断电保持区获取电机车对应的位置速度图；将当前实时位置与位置速度图进行比对获取得到电机车剩余行驶的拐点并拐点标记为速度变更拐点；

步骤二：将速度变更拐点标记为di；i＝1，2，……，n；n为整数；获取速度变更拐点对应位置速度图中的速度并将该速度标记为学习速度，用符号xi表示；

步骤三：获取电机车在人工驾驶时的载重并标记为g1i；将电机车的实时载重标记为g2i；将人工驾驶时的载重与电机车的实时载重进行比对，当两者相同时，不进行任何操作；

步骤四：当电机车的实时载重g2i大于人工驾驶时的载重g1i，则进行降速调整，具体为：

s41：获取电机车的维修总次数和电机车的维修值并分别标记为f和m；

s42：将电机车的维修总次数、维修值以及电机车的实时载重和工驾驶时的载重进行归一化处理并取其数值；

s43：利用公式获取得到速度变更拐点对应的变更速度vxi；其中，b1、b2、b3均为预设比例系数；μ为修正因子，取值为0.9264；

s44：载重分析单元将变更速度发送至速度更新单元；

步骤五：当电机车的实时载重g2i小于人工驾驶时的载重g1i，则进行升速调整，具体为利用公式获取得到速度变更拐点对应的变更速度vxi；其中，b5为预设比例系数；载重分析单元将变更速度发送至速度更新单元；

速度更新单元包括控制器；控制器用于接收变更速度并将其转换成对应的模拟量，然后根据当前电机车所处位置，控制器向逆变器主板输出对应的模拟量，来控制电机车逆变器的输出功率，继而控制电机车行车速度，使得到电机车行车速度与变更速度相等。

优选的，所述智能调节模块还包括维修采集单元、存储单元和维修分析单元；所述维修采集单元用于采集电机车的每次维修的零部件名称和维修时刻并将其发送至存储单元内存储，所述维修分析单元用于获取电机车的每次维修的零部件名称和维修时刻并进行处理，具体处理步骤为：

ss1：统计维修时刻的数量得到维修总次数；

ss2：将维修时刻依照时间先后顺序进行排序，然后计算相邻两个维修时刻之间的时间差得到间隔时长；将所有的间隔时长进行求和并取均值得到间隔维修均值并标记为w1；

ss3：设定电机车上所有零部件名称均对应一个零件值；将每次维修的零部件名称与所有零部件进行匹配获取得到对应的零件值，将每次维修的零部件对应的零件值进行求和得到零件总值并标记为w2；

ss4：将电机车的零件总值和维修均值进行归一化处理并取其数值，然后利用公式获取得到电机车的维修值m；其中，d1和d2均为预设比例系数；维修分析单元将电机车的维修值发送至存储单元内存储。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明自主驾驶电机车设定位置速度图，无需大量人员测量轨道，只需车辆沿着需要设定的路线跑一遍，即可自动设定好位置速度图，大量节省了人力，没有人员在轨道上工作的安全隐患，基本不影响矿井生产；

2、本发明智能调节模块用于采集电机车在行驶轨道上的实时载重并进行分析生成变更速度并对位置速度图进行调整，通过智能调节模块根据电机车在行驶轨道上的实时载重进行分析并结合电机车的维修总次数、维修值得到变更速度，然后通过速度更新单元对电机车进行速度控制，从而合理的控制电机车在轨道上行驶。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的流程图；

图2为本发明位置速度分析示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2所示，一种电机车自主学习人工驾驶的方法，包括以下步骤：

步骤一：在人工驾驶电机车时，通过安装在电机车上的数据采集系统采集机车数据；其中机车数据包括电机车的速度模拟量和位置；采集机车数据的时间间隔为0.1秒，设定数量为20；

步骤二：当采集电机车的机车数据的数量等于设定数量时，则将采集到的机车数据标记为一组处理数据，将一组处理数据以线性队列的形式存储在plc的v寄存器区域，使用v区寄存器指针存储一组处理数据；具体为：

s1：一组处理数据包括二十对速度模拟量v和机车位置x，将二十对速度模拟量标记为v1、v2、……、v20，将二十对机车位置标记为x1、x2、……、x20；

s2：首先比较v1和v20的差值绝对值a0，当差值绝对值a0的速度小于0.1m/s，则不做处理；

s3：当差值绝对值a0的速度大于等于0.1m/s，则比较v1和v10的差值a11以及v11和v20的差值a12；

当a11和a12其中一个大于另一个的两倍时，具体表现为：当a11>2×a12时，则速度拐点为(v5 v6)/2，对应机车位置为(x5 x6)/2；

当a11与a12之比小于2或大于1/2时，则速度拐点为(v10 v11)/2，对应的机车位置为(x10 x11)/2；

步骤三：对一组处理数据进行分析寻找速度拐点和位置，将得到的所有速度拐点和位置构成位置速度图，将位置速度图存储在plc的断电保持区，并通过使用寄存器指针，以线性队列的形式成对存储位置速度图；

步骤四：通过数据采集系统内的智能调节模块对电机车的位置速度图进行调整。

智能调节模块用于采集电机车在行驶轨道上的实时载重并进行分析生成变更速度并对位置速度图进行调整，智能调节模块包括载重采集单元、载重分析单元和和速度更新单元；载重采集单元用于采集电机车在行驶轨道上的实时载重及当前实时位置并将其发送至载重分析单元，载重分析单元用于对电机车的载重进行分析，具体分析步骤为：

步骤一：通过plc的断电保持区获取电机车对应的位置速度图；将当前实时位置与位置速度图进行比对获取得到电机车剩余行驶的拐点并拐点标记为速度变更拐点；

步骤二：将速度变更拐点标记为di；i＝1，2，……，n；n为整数；获取速度变更拐点对应位置速度图中的速度并将该速度标记为学习速度，用符号xi表示；

步骤三：获取电机车在人工驾驶时的载重并标记为g1i；将电机车的实时载重标记为g2i；将人工驾驶时的载重与电机车的实时载重进行比对，当两者相同时，不进行任何操作；

步骤四：当电机车的实时载重g2i大于人工驾驶时的载重g1i，则进行降速调整，具体为：

s41：获取电机车的维修总次数和电机车的维修值并分别标记为f和m；

s42：将电机车的维修总次数、维修值以及电机车的实时载重和工驾驶时的载重进行归一化处理并取其数值；

s43：利用公式获取得到速度变更拐点对应的变更速度vxi；其中，b1、b2、b3均为预设比例系数；μ为修正因子，取值为0.9264；b1、b2、b3分别为0.064、0.073、0.012；

s44：载重分析单元将变更速度发送至速度更新单元；

步骤五：当电机车的实时载重g2i小于人工驾驶时的载重g1i，则进行升速调整，具体为利用公式获取得到速度变更拐点对应的变更速度vxi；其中，b5为预设比例系数；载重分析单元将变更速度发送至速度更新单元；b5为0.057；

速度更新单元包括控制器；控制器用于接收变更速度并将其转换成对应的模拟量，然后根据当前电机车所处位置，控制器向逆变器主板输出对应的模拟量，来控制电机车逆变器的输出功率，继而控制电机车行车速度，使得到电机车行车速度与变更速度相等。

智能调节模块还包括维修采集单元、存储单元和维修分析单元；维修采集单元用于采集电机车的每次维修的零部件名称和维修时刻并将其发送至存储单元内存储，维修分析单元用于获取电机车的每次维修的零部件名称和维修时刻并进行处理，具体处理步骤为：

ss1：统计维修时刻的数量得到维修总次数；

ss2：将维修时刻依照时间先后顺序进行排序，然后计算相邻两个维修时刻之间的时间差得到间隔时长；将所有的间隔时长进行求和并取均值得到间隔维修均值并标记为w1；

ss3：设定电机车上所有零部件名称均对应一个零件值；将每次维修的零部件名称与所有零部件进行匹配获取得到对应的零件值，将每次维修的零部件对应的零件值进行求和得到零件总值并标记为w2；

ss4：将电机车的零件总值和维修均值进行归一化处理并取其数值，然后利用公式获取得到电机车的维修值m；其中，d1和d2均为预设比例系数；维修分析单元将电机车的维修值发送至存储单元内存储；d1、d2分别为0.03和0.074；

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置；

本发明在车辆进行人工驾驶，并启动自学习功能时，算法采集速度模拟量给定和位置数据，将模拟量转化为实际速度数据，处理这些位置和速度数据后寻找出速度拐点。根据车辆运行方向，速度存在正负。

每0.1秒成对的获取一次当前模拟量给定v和车辆位置x，每采集20对数据，就处理一次数据，寻找速度拐点。这20对变量以线性队列的形式存储在plc的v寄存器区域。使用v区寄存器指针，来辅助存储这两个变量，单次采集的两个变量各占4字节，总共占用8字节，两个变量存在相邻地址，每存完一对，指针数值加8，意为指针向后移动8个字节，准备存储下一对变量，直到存储到20对变量。

拿到20对变量后，先比较v1和v20的差值绝对值a0，如果小于0.1m/s，则不做处理，说明没有发现速度拐点；

如果v1和v20差值绝对值a0大于等于0.1m/s，则比较v1和v10的差值a11，以及v11和v20的差值a12；如果a11和a12其中一个大于另一个的2倍，例如a11＝2xa12,则认为速度拐点为(v5 v6)/2，对应位置(x5 x6)/2；如果a11和a12之比小于2或大于1/2，则认为速度拐点为(v10 v11)/2，对应的位置(x10 x11)/2。

将速度拐点成对的位置-速度数据，存储在plc的断电保持区，通过使用寄存器指针，以线性队列的形式成对存储这些数据；

本发明在使用时，在人工驾驶电机车时，通过安装在电机车上的数据采集系统采集机车数据；当采集电机车的机车数据的数量等于设定数量时，则将采集到的机车数据标记为一组处理数据，将一组处理数据以线性队列的形式存储在plc的v寄存器区域，使用v区寄存器指针存储一组处理数据；对一组处理数据进行分析寻找速度拐点和位置，将得到的所有速度拐点和位置构成位置速度图，将位置速度图存储在plc的断电保持区，并通过使用寄存器指针，以线性队列的形式成对存储位置速度图；通过数据采集系统内的智能调节模块对电机车的位置速度图进行调整，本发明自主驾驶电机车设定位置速度图，无需大量人员测量轨道，只需车辆沿着需要设定的路线跑一遍，即可自动设定好位置速度图。大量节省了人力，没有人员在轨道上工作的安全隐患，基本不影响矿井生产；

智能调节模块用于采集电机车在行驶轨道上的实时载重并进行分析生成变更速度并对位置速度图进行调整，载重采集单元用于采集电机车在行驶轨道上的实时载重及当前实时位置并将其发送至载重分析单元，载重分析单元用于对电机车的载重进行分析，将电机车的维修总次数、维修值以及电机车的实时载重和工驾驶时的载重进行归一化处理并取其数值；利用公式获取得到速度变更拐点对应的变更速度；载重分析单元将变更速度发送至速度更新单元；速度更新单元包括控制器；控制器用于接收变更速度并将其转换成对应的模拟量，然后根据当前电机车所处位置，控制器向逆变器主板输出对应的模拟量，来控制电机车逆变器的输出功率，继而控制电机车行车速度，使得到电机车行车速度与变更速度相等；通过智能调节模块根据电机车在行驶轨道上的实时载重进行分析并结合电机车的维修总次数、维修值得到变更速度，然后通过速度更新单元对电机车进行速度控制，从而合理的控制电机车在轨道上行驶。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。