CN104909314A - 一种云梯消防车转台及其调平控制方法 - Google Patents

一种云梯消防车转台及其调平控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种云梯消防车转台及其调平控制方法，比例阀与调平油缸连接，两个倾角传感器安装在转台上，两个倾角传感器、比例阀均与控制器电连接；通过倾角传感器信号的对比消除单个倾角传感器信号跳动引起的输出误差；控制器实时监控比例阀电流反馈，对比例阀的开口大小实施闭环控制；通过把转台运动的角速度和比例阀专家PID自动调平系统相结合，实现转台自动调平。本发明的适应性强，能够根据转台的角速度，快速进行转台调平的自动调节；采用了双倾角传感器进行检测，通过倾角传感器信号的对比可以消除单个倾角传感器信号跳动引起的输出误差，提高了安全等级；反馈电流的闭环控制能够消除由于比例阀电阻发热引起的比例阀电流发生变化。

Description

一种云梯消防车转台及其调平控制方法
技术领域
本发明涉及一种转台，具体涉及一种云梯消防车转台及其调平控制方法。
背景技术
大多数云梯消防车的转台调平是通过调节支腿来实现的，通过控制四个垂直支腿伸出量，实现转台的水平。通过支腿调平的方式，调节的角度范围较小，而转台自动调平能够有效提高整车场地坡度适应能力，通过转台调平技术实现上车调平的技术在消防车上越来越多地得到了应用。云梯消防车在进行救援时，通过转台带动梯架旋转，为了工作平台中的操作人员以及车辆的安全，必须保证转台底面与地面始终保持水平，并且不能出现抖动，保证救援任务的顺利完成。
目前云梯消防车转台的自动调平系统如图1所示，主要是根据转台安装的倾角传感器实时检测转台倾角，同时控制器接收到传感器信号后实时调节比例阀输出电流的大小。采用比例控制输出的方式控制电液比例阀，驱动转台调平油缸，实现转台调平，当转台倾角较大时，控制输出较大，当转台倾角较小时，控制输出较小。但是即使相对固定的参数，在转台运行速度变化时调平的效果也会有很大差异；并且当转台抖动时，倾角传感器的输出也会产生抖动，从而带动控制器的输出信号波动，导致整个液压系统会出现较大压力波动，因此需要设计具有转台自动调平能力良好的控制系统。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种云梯消防车转台及其调平控制方法，实现转台角度的实时调平，保证云梯消防车能够安全作业。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种云梯消防车转台，包括底盘、副车架、回转支承、转台托架和转台，副车架设置在底盘上，副车架通过回转支承与转台托架连接，转台底面中部与转台托架铰接，转台侧面通过调平油缸与转台托架连接，其特征在于，还包括比例阀、控制器和两个倾角传感器，比例阀与调平油缸连接，两个倾角传感器安装在转台上，两个倾角传感器、比例阀均与控制器电连接。
进一步的，调平油缸由左调平油缸和右调平油缸组成，转台两侧分别通过左调平油缸、右调平油缸与转台托架连接。
一种云梯消防车转台调平控制方法，通过倾角传感器信号的对比消除单个倾角传感器信号跳动引起的输出误差；控制器实时监控比例阀电流反馈，对比例阀的开口大小实施闭环控制；通过把转台运动的角速度和专家PID自动调平系统相结合，实现转台自动调平的自适应控制。
进一步的，专家PID参数（kp,ki,kd）利用专家经验来设计，
令e(k)表示离散化的当前采样时刻的误差值，e(k-1),e(k-2)分别表示前一个和前两个采样时刻的误差值，则有
△e(k)=e(k)-e(k-1)
△e(k-1)=e(k-1)-e(k-2)
设M1和M2为系统误差临界值，根据误差及其变化，对误差曲线进行定性分析：
a.当∣e(k)∣﹥M1时，说明误差的绝对值已经很大，不论误差变化趋势如何，控制器按一定值输出；
b.当e(k)△e(k)﹥0或△e(k)=0时，说明误差在朝误差绝对值增大的方向变化，或误差为某一常值，未发生变化，
如果∣e(k)∣≥M2，说明误差较大，由控制器实施控制；
如果∣e(k)∣﹤M2，说明尽管误差朝绝对值增大的方向变化，但误差绝对值本身并不是很大，由控制器实施控制；
c.当e(k)△e(k)＜0，△e(k)△e(k-1)＜0时，说明误差处于极值状态，如果此时误差的绝对值较大，即∣e(k)∣≥M2，由控制器实施控制；
d.当e(k)△e(k)＜0，△e(k)△e(k-1)>0时，说明误差朝绝对值减小的方向变化，采用减小到一定值时，保持控制器一定值输出值不变。
与现有技术相比，本发明的适应性强，能够根据转台的角速度，快速进行转台调平的自动调节；冗余保护，本发明采用了双倾角传感器进行检测，通过倾角传感器信号的对比可以消除单个倾角传感器信号跳动引起的输出误差，同时双倾角传感器检测提高了控制系统的安全等级；反馈电流的闭环控制能够消除由于比例阀电阻发热引起的比例阀电流发生变化。
附图说明
图1为背景技术中目前转台调平原理图；
图2为本发明云梯消防车转台示意图；
图3为本发明转台调平原理图；
图中：1、底盘，2、副车架，3、回转支承，4、转台托架，5、左调平油缸，6、右调平油缸，7、转台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图2和图3所示，本云梯消防车转台，包括底盘1、副车架2、回转支承3、转台托架4和转台7，副车架2设置在底盘1上，副车架2通过回转支承3与转台托架4连接，转台7底面中部与转台托架4铰接，转台7侧面通过调平油缸与转台托架4连接，还包括比例阀、控制器和两个倾角传感器，比例阀与调平油缸连接，两个倾角传感器安装在转台7上，两个倾角传感器、比例阀均与控制器电连接；调平油缸由左调平油缸5和右调平油缸6组成，转台7两侧分别通过左调平油缸5、右调平油缸6与转台托架4连接。
云梯消防车转台调平控制方法，转台调平系统包括两个倾角传感器，通过倾角传感器信号的对比消除单个倾角传感器信号跳动引起的输出误差；控制器实时监控比例阀电流反馈，对比例阀的开口大小实施闭环控制，消除由于比例阀运行一段时间后，比例阀温度升高引起的电阻变化对比例阀开口大小的影响；通过把转台7运动的角速度和专家PID自动调平系统相结合，实现转台7自动调平的自适应控制；
专家PID控制的实质是：基于受控对象和控制规律的各种知识，无须知道被控对象的精确模型，专家PID参数（kp,ki,kd）利用专家经验来设计，
令e(k)表示离散化的当前采样时刻的误差值，e(k-1),e(k-2)分别表示前一个和前两个采样时刻的误差值，则有
△e(k)=e(k)-e(k-1)
△e(k-1)=e(k-1)-e(k-2)
设M1和M2为系统误差临界值，根据误差及其变化，对误差曲线进行定性分析：
a.当∣e(k)∣﹥M1时，说明误差的绝对值已经很大，不论误差变化趋势如何，都应考虑控制器的输出按定值K1毫安输出，以达到迅速调整误差，使误差绝对值以最大速度减小，同时避免超调；
b.当e(k)△e(k)﹥0或△e(k)=0时，说明误差在朝误差绝对值增大的方向变化，或误差为某一常值，未发生变化，
如果∣e(k)∣≥M2，说明误差较大，可考虑由控制器实施较强的控制作用，即控制器输出增加为K2乘以PID的调节量，使误差绝对值朝减小的方向变化，迅速减小误差的绝对值，
控制器输出为u(k)=u(k-1)+k1{kp[e(k)- e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}；
如果∣e(k)∣﹤M2，说明尽管误差朝绝对值增大的方向变化，但误差绝对值本身并不是很大，可考虑实施一般的控制作用，即控制器输出增加为K3乘以PID的调节量，扭转误差的变化趋势，使其朝误差绝对值减小方向变化，
控制器输出为u(k)=u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；
c.当e(k)△e(k)＜0，△e(k)△e(k-1)＜0时，说明误差处于极值状态，如果此时误差的绝对值较大，即∣e(k)∣≥M2，可考虑实施较强的控制作用，即控制器输出增加为K4乘以PID的调节量，控制器输出为u(k)=u(k-1)+k1kpe(k)；
d.当e(k)△e(k)＜0，△e(k)△e(k-1)>0时，说明误差朝绝对值减小的方向变化，可采用减小到一定值时，保持控制器一定值输出值不变，即保持控制器前周期运行时的输出K5毫安不变。

Claims (4)

1.一种云梯消防车转台，包括底盘（1）、副车架（2）、回转支承（3）、转台托架（4）和转台（7），副车架（2）设置在底盘（1）上，副车架（2）通过回转支承（3）与转台托架（4）连接，转台（7）底面中部与转台托架（4）铰接，转台（7）侧面通过调平油缸与转台托架（4）连接，其特征在于，还包括比例阀、控制器和两个倾角传感器，比例阀与调平油缸连接，两个倾角传感器安装在转台（7）上，两个倾角传感器、比例阀均与控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种云梯消防车转台，其特征在于，所述的调平油缸由左调平油缸（5）和右调平油缸（6）组成，转台（7）两侧分别通过左调平油缸（5）、右调平油缸（6）与转台托架（4）连接。
3.如权利要求1所述的一种云梯消防车转台调平控制方法，其特征在于，通过倾角传感器信号的对比消除单个倾角传感器信号跳动引起的输出误差；控制器实时监控比例阀电流反馈，对比例阀的开口大小实施闭环控制；通过把转台（7）运动的角速度和专家PID自动调平系统相结合，实现转台（7）自动调平的自适应控制。
4.根据权利要求3所述的一种云梯消防车转台调平控制方法，其特征在于，所述的专家PID参数（kp,ki,kd）利用专家经验来设计，
令e(k)表示离散化的当前采样时刻的误差值，e(k-1),e(k-2)分别表示前一个和前两个采样时刻的误差值，则有
△e(k)=e(k)-e(k-1)
△e(k-1)=e(k-1)-e(k-2)
设M1和M2为系统误差临界值，根据误差及其变化，对误差曲线进行定性分析：
a.当∣e(k)∣﹥M1时，说明误差的绝对值已经很大，不论误差变化趋势如何，控制器按一定值输出；
b.当e(k)△e(k)﹥0或△e(k)=0时，说明误差在朝误差绝对值增大的方向变化，或误差为某一常值，未发生变化，
如果∣e(k)∣≥M2，说明误差较大，由控制器实施控制；
如果∣e(k)∣﹤M2，说明尽管误差朝绝对值增大的方向变化，但误差绝对值本身并不是很大，由控制器实施控制；
c.当e(k)△e(k)＜0，△e(k)△e(k-1)＜0时，说明误差处于极值状态，如果此时误差的绝对值较大，即∣e(k)∣≥M2，由控制器实施控制；
d.当e(k)△e(k)＜0，△e(k)△e(k-1)>0时，说明误差朝绝对值减小的方向变化，采用减小到一定值时，保持控制器一定值输出值不变。
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