CN106696916B

CN106696916B - 一种逼近式液压调平方法

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Publication number: CN106696916B
Application number: CN201611139170.3A
Authority: CN
Inventors: 张磊; 杨俊伟; 刘朝亮; 夏建
Original assignee: WUHAN BINHU ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: WUHAN BINHU ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2019-06-07
Anticipated expiration: 2036-12-12
Also published as: CN106696916A

Abstract

本发明属于自动控制领域，涉及一种逼近式液压调平方法。本发明通过平台的水平度，计算出从当前平台平面到另一个双轴水平偏差都减小的平面所需调平腿行程，控制相应调平腿伸收逼近较优平面，逼近完成后重复上述过程，反复逼近直到到达要求的精度。本方法实现了重型平台该精度调平的要求，解决了调平速度慢，振动大，虚腿，阵地适应性差，系统复杂可靠性较差的问题。

Description

一种逼近式液压调平方法

技术领域

本发明属于自动控制领域，涉及一种逼近式液压调平方法。

背景技术

液压调平在车载平台调平领域运用广泛，目前采用较多，技术成熟的方法有：1、逐高法，找出平台中水平度最高的调平腿作为基准，根据水平度设置其它三条腿伸长的行程，通过调节液压比例换向阀的开度成比例地同步伸长三条调平腿，达到调平的目的。2、虚拟平面法，根据平台的当前状态设定一个要到达的虚拟平面，根据水平度设置四条腿到虚拟平面的行程，通过调节液压比例换向阀的开度成比例地同步伸收四条调平腿，实现调平。3、模糊控制查表法，通过手动调平时，观察四条调平腿调节量对于水平姿态的影响，根据不同的倾斜度范围，模糊化为不同的偏差等级，根据各个轴的倾斜度等级，决策出一个确定性的调整策略，使得四条腿始终朝着有利的方向运动，制定出一个按照偏差程度，对四条调平腿的调节作用的经验表格。当系统进入自动调平模式后，根据预先制定的表格参数，自动调平控制软件重现出人对于不同的倾斜状态下对于各条调平腿的调节策略，完成调平。

但是第一种方法，调平腿只伸不降，在地面水平度差的情况下，出现行程不够无法调平；对调平腿的速度精度要求高，在液压系统性能降低时震动很大，易出现虚腿，还会出现超越最高腿的情况。第二种方法，对调平腿的速度精度要求较方法一更高，四条调平腿同时伸收，平台振动大，易出现虚腿。第三种方法，需要多种阵地经验，在液压系统性能降低时，需要更新经验表格，调平性能跟操作者的经验关系较大。

发明内容

针对现有技术的不足，特涉及一种逼近式液压调平方法。本发明通过平台的水平度，计算出从当前平台平面到另一个双轴水平偏差都减小的平面所需调平腿行程(该平面为一个较优平面)，控制相应调平腿伸收逼近较优平面，逼近完成后重复上述过程，反复逼近直到到达要求的精度。整个过程中每次逼近的偏差值可以根据实际情况设定，每次的逼近为三条腿同时伸或对角的两条调平腿一伸一收。由于双轴水平仪只在计算时做依据，控制依据液压马达的编码器，因此属于闭环监控，半闭环控制。本方法实现了重型平台该精度调平的要求，解决了调平速度慢，振动大，虚腿，阵地适应性差，系统复杂可靠性较差的问题。

本发明的技术方案是：一种逼近式液压调平方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、初步调整，根据调平腿的承重控制调平腿伸腿或收腿，将车载平台调整为初始平面；初始平面为各调平腿之间的承重力均衡；

步骤二、计算调平过程中逼近调整的次数，计算公式为：

其中，N为近调整的次数，P_x为单轴X轴的偏差，P_y为单轴Y轴的偏差，T_x为设定的单轴X轴的最大调整偏差，T_y为设定的单轴Y轴的最大调整偏差；

步骤三、分别计算X轴、Y轴的收敛函数，收敛函数为

根据收敛函数，确定每次调整单轴的水平度；

其中，P_c为某一个单轴的当前偏差，N_c为当前的逼近调整的次数，T_m为修正值，T_a为某一个单轴当前的调整值；

步骤四、按照每次调整单轴的水平度对车载平台进行调平。

根据如上所述的逼近式液压调平方法，其特征在于：所述的步骤四中，对车载平台进行调平的方法为：由步骤三得到当前平面到较优平面的设定调整偏差值，最高点不动，根据其他三个点到较优平面的距离得到行程值，并控制相应调平腿伸腿到行程值。

根据如上所述的逼近式液压调平方法，其特征在于：所述的步骤四中，由步骤三得到当前平面到较优平面的设定调整偏差值，中间两个点不动，根据最高点和最低点到较优平面的距离得到行程值，并控制最高点收腿，控制最低点伸腿。

根据如上所述的逼近式液压调平方法，其特征在于：还包括精调时逼近调整的步骤，通过X轴、Y轴的精度要求，设置平台调整精度值。

根据如上所述的逼近式液压调平方法，其特征在于：所述初始平面时，各调平腿承重力在均衡平均值20％内。

根据如上所述的逼近式液压调平方法，其特征在于：所述调平腿的承重力大于均衡平均值20％时该腿收，调平腿的承重力大于承重力时该腿伸。

根据如上所述的逼近式液压调平方法，其特征在于：所述调平腿共四条。

本发明的有益效果是：一是调平过程中，调平腿受力均匀，平台平稳，震动小，有效的避免虚腿；二是可以提高调平腿和调平平台的寿命；三是调平速度快，调平精度高。

附图说明

图1：本发明整体控制框图；

图2：两种等效模型框图中模型一；

图3：两种等效模型框图中模型二；

图4：本发明控制流程框图；

图5：本发明一次调平过程中，受力和水平度关系变化实测图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，为本发明的控制框图，车载平台的水平状态通过双轴水平仪发送给控制器，用以设定较优平面，计算调整逼近偏差值；控制器控制液压马达驱动梯形丝杆调平腿，调平腿的行程由装载在液压马达上的编码器得到，每次调整逼近的控制过程是依据编码器值，因此属于闭环监控、点控制，半闭环控制。较水平度的全闭环输出的优势为：水平度的全闭环输出以水平度为基准，单轴方向顺序地调整调平腿，调平腿的速度不好设定，由于车载平台机械结构的柔性变形，行程也不好确定，且在边界处点动，后调整的单轴水平度在前期调整中基本不变，使得调平腿的受力情况恶化，可调整余量减小；闭环监控、点控制，半闭环控制在每次调整往后确定调平腿的行程，调平腿的速度易于设定，不存在点动情况，提高了调平速度，且双轴的水平度同时同比例地得到调整，调平腿的受力情况较好，可调整余量大。

以下结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

本发明的一个具体实施例：

本发明涉及调平大于20t的车载平台，调平腿的最大行程不大于55cm，车载平台车轮离地高度不大于35cm，对阵地要求单轴水平度不大于3度，液压调平精度也能高达1分以内。调平过程需平稳，且有一定的时间要求。

1.1初步调整

根据四条调平腿承重之和和每条腿的承重，分别伸收，达到每条腿的承重大致相等，由于车载平台在结构设计时就设计为重量均匀分布在车载平台中心，因此可以确定承重大致相等的四条腿在一个平面上，可以设该平面为初始平面。设车载平台的四条调平腿逆时针依次为A、B、C、D，平台的中心点为O，B、C、D腿不动，A腿伸，由于车载平台的刚性，导致平台的中心点O上升，A、C腿的承重之和(Fa′+Fc′)较原承重之和(Fa+Fc)增加，A、C腿对中心点O的力臂较之前的力臂变化较小，而它们对中心点O的转矩大小仍然相等(O点平衡)，因此，A、C腿的承重比例变化也较小，两者的和增加了，A、C腿的承重都增加了。同理，三条腿不动，另外一条腿收时，它和它的对角的承重就会减小。因此，可以根据上述的两条准则，将承重最大的腿收，将承重最小的腿伸，就可以将车载平台调整为初始平面(如将承重大于平均值20％以上的腿收起，直到承重在平均值的正负20％范围以内，将将承重小于平均值20％以上的腿伸出，直到承重在平均值的正负20％范围以内，调整完成后，各条调平腿的承重大致相等，根据力平衡和力矩平衡、车载平台重量均匀分布在中心、各调平腿到车载平台中心的力臂相等，得出四条调平腿与车载平台连接点，即四点大致在一平面上)，本发明中，20t的车载平台四条调平腿，每条调平腿均衡承重力为5t，则可以认为四条腿每条腿的承重力在4t至6t之间，系统达到初始平面，即可进行后续步骤。但调平腿的执行机构为梯形丝杆，调平腿伸时(连接调平腿支撑部件的)螺母上升，驱动力要克服施加在(连接调平腿支撑部件的)螺母上载荷的下滑分量，调平腿收时螺母下降，驱动力和加在螺母上的载荷的下滑分量一起做正功，因此，同样大小的驱动力下，调平腿收比伸速度快，初步调整时，尽可能多使用收腿(收承重超出范围值的腿，速度较伸承重低于范围值的腿伸的速度快，其他承重较轻的调平腿的承重也增加得快，承重朝着均匀化的趋势快)，以减小初步调整时间。

1.2计算整个逼近调整的次数

设定调整的双轴最大偏差，整个逼近调整的次数N取单轴偏差对设定单轴偏差最大值的除数的较大值加一。N的取值为：

其中，P_x为单轴X轴的偏差，P_y为单轴Y轴的偏差，T_x为设定的单轴X轴的最大调整偏差，T_y为设定的单轴Y轴的最大调整偏差。

(例如，当前的车载平台的水平度为X轴143′，Y轴123′，设定X轴调整的最大偏差为10′，Y轴8′，N的取值为max((143/10),(123/8))+1,即max(14,15)+1,取16)

由于整个车载平台的重量大，液压马达的驱动力大，相应的总油压大，液压站的电机工作在恒功率状态下，因此液压站的流量小，会出现给定控制量大承重大的调平腿速度为零，而给定控制量小承重小的调平腿速度较大的情况，与平台承重轻、重油路流量大、同等比例下各调平腿的称重之差的绝对值小情况有差异。故重载平台在调平腿承重均匀性差的情况下调速性能急剧下降。设定的偏差越小，调平腿的设定行程越短，调平腿承重的均匀性越好，调速性能越好，但行程短会导致调平腿点动的频率增大，影响了调平的时间。设定的偏差越大，调平腿承重的均匀性越差，调速性能越差(调平腿的承重较大，伸或收需要的驱动力较调平腿承重较小的驱动力要大，极限情况是一定流量的高压油在其它调平腿动作时有油压损耗时在承重较大的调平腿的液压阀全开情况下推不动调平腿，导致调速失败，在其它各腿走完行程后停止动作进入等待状态没有油压损耗时，承重较大的调平腿开始动作)，会出现多条调平腿行程已走完等待剩下单腿完成行程时间较长的情况，也影响了调平的时间。设定调整的双轴最大偏差，可以根据试验的实际情况，得到较合适的设定值。

1.3设计调整收敛函数

由于已经设定了逼近调整的次数，那么每次的逼近调整值取得不合适会导致调整过程出现发散，实际的调整次数离设定的逼近调整的次数相差较大，那么出现了调平预期不可控的情况。可以设计一个调整收敛的函数为：

其中，P_c为某一个单轴的当前偏差，N_c为当前的逼近调整的次数，(P_c/N_c)为两者的除数，T_m为修正值，T_a为某一个单轴当前的调整值。

下一次的调整值为：T_a′＝(P_c-T_a)/(N_c-1)+T_m＝(P_c/N_c)+T_m–T_m/(N_c-1)<T_a，因此，该函数收敛，且第一次的调整值为最大值。

由于每次调整的最大值不大于设定值，那么T_a1＝(P/N)+T_m≤P*T/(P+T)+T_m≤T，得到T_m≤T*T/(P+T)，P的最大值为3°。

例如，当前的车载平台的水平度为X轴63′，Y轴43′，设定X轴调整的最大偏差为10′，Y轴8′，T_m取1′，N＝7，第一次的调整值为(63/7+1)＝10′、(43/7+1)＝7.14′，如果每次都能精确到达较优平面，第二次的调整值为(53/6+1)＝9.83′、(35.86/7+1)＝6.98′，第三次的调整值为(43.17/5+1)＝9.63′、(28.88/5+1)＝6.78′，第四次的调整值为(33.54/4+1)＝9.39′、(22.1/4+1)＝6.53′，第五次的调整值为(24.15/3+1)＝9.05′、(15.57/3+1)＝6.19′，第六次的调整值为(15.1/2+1)＝8.55′、(9.34/2+1)＝5.67′，第七次的调整值为6.55′、3.67′,实际情况不会这样理想，每次调整后的水平度实际差值较调整值小，第一次以后的调整值都会较计算值大，这个差值随着调整次数增多在减小(调整值越小，越容易逼近)，从上述计算可以看到，整个调整值是收敛的，且都小于设定值。

1.4依据等效模型选择逼近方法的步骤

在设计完调整收敛函数后，得到了每次调整到的较优平面到当前平面的双轴水平偏差。根据这些参数，控制调平腿逼近较优平面，较优平面为双轴水平度比当前车载平台的双轴水平度小的平面。在四支点平衡的情况下，两个以上的支点动作时承重就会转移，如果转移不平稳，会使得承重朝着均匀化相反的趋势发展，使得有较大的震荡。如果在支点动作时，承重向平衡方向转移时，承重朝着均匀化的趋势发展。在平台的支点中的长、宽、斜边三个方向上，每对支点对中间承重均匀分布的转矩和分别为不为零、不为零、约等于零。因此有六种逼近的模型：四条腿同时伸，四条腿同时收，三条腿同时伸，三腿同时收，两条腿伸两条腿收，一条腿伸一条腿收。四条腿同时动，会在水平、垂直、斜边方向上形成较大的转矩，平台的稳定性会降低。收腿时，承重较小的调平腿在较小的驱动力收腿速度较快，承重变得更小，收腿速度更快，控制效果发散，调平也不宜于使用三腿收腿。伸腿时，承重较小的调平腿在较小的驱动力收腿速度较快，承重变大，收腿速度变慢，控制效果收敛，调平也不宜于使用伸腿，或使用伸腿与收腿的组合。因此，较好地调平模型为三腿同时伸，或一腿伸一腿收，兼顾了调平的稳定性。

两个对角支点同时伸或收时，它们的中心点上升或下降，另外两支点若要承重之和保持不变，两者的中心点要相应的升或降，如果这两点都动，对调速要求就较高了，如果单个支点动，只要与前面两点的行程成比例，它与不动支点的中心点就会与动的支点对的中心点同步，两支点的承重之和不变，同时，两个支点对中心点的转矩平衡，故的动静两个支点的承重变化很小，如图2。在对角支点不动时，另外的两个支点一伸一收，伸收的行程一致时，中心点O高度不变，不动的两个支点承重不变，动的两个支点对中心点O的转矩平衡，故动的两个支点的承重变化很小，如图3。两种模型的效果大致相同，为两种等效模型。

以平台的水平度作为反馈调整水平度，形成全闭环，如图4的A图所示。这种控制方法精度高，但双轴水平仪为静态型水平仪，精度和灵敏度较高，在调整过程中变化大，各调平腿的速度不好设定，一般设置为相同的开度，各调平腿的行程不成比例，导致平台的承重朝着均匀化的反方向发展，还存在边界处点动频繁的情况，降低了调平的平稳度，增加了调平时间。

假设调平平台的刚度较好，这时调平腿的调整行程可以与调平平台当前的水平面与较优平面的调整水平度对应起来，调整的行程直接可以应用三角形勾股定理得到。实际的调平平台是柔性的，采用上述做法，只能逼近较优平面，由于调整的角度很小，逼近的效果也较好。这种控制方法是以平台各个调平腿的行程数据作为反馈的，为半闭环反馈，但每次逼近前的计算那一时刻又是以调平平台当前的水平度为反馈的，控制效果优于半闭环控制，如图4的B图所示。半闭环与全闭环的偏差由平台的柔度决定的，平台的水平度越小，平台的柔性变形越小，半闭环与全闭环的偏差越小。

在水平度大的调平腿承重较小时，选择等效模型A；在水平度大的调平腿承重较大时，选择等效模型B。

三腿同时伸时，三条调平腿与当前车载平台平面的支点到设定的较优平面的距离可以这样计算：由1.3得到当前平面到较优平面的设定调整偏差值，即AB与A′B′夹角，AD与A′D′夹角。从图2可以看到，B支点到B′支点的距离为AB的距离乘以AB与A′B′夹角的弧度值，D支点到D′支点的距离为AD的距离乘以AD与A′D′夹角的弧度值，BD中点到B′D′中点的距离为0.5*(BB′+DD′)，C′要在较优平面上，必须在A′点到B′D′的中点的延长线上，且AC的中点与BD的中点重合，A′C′的中点与B′D′的中点重合，CC′的长度为AC中点到A′C′中点的距离的两倍，即(BB′+DD′)。根据三条调平腿行程的长短，成正比地给出相应液压阀的开度值，得到近似比例的速度，较快地逼近较优平面。

一腿伸一腿收时，两条调平腿与当前车载平台平面的支点到设定的较优平面的距离可以这样计算：由1.3得到当前平面到较优平面的设定调整偏差值，即AB与A′B′夹角，AD与A′D′夹角。从图3可以看到，A支点到A′支点的距离为AB的距离乘以AB与A′B′夹角的弧度值，或AD的距离乘以AD与A′D′夹角的弧度值，但两者值大多数情况下不等，这时AA′的值取两者的最大值，AC的中点与BD的中点重合，A′C′的中点与B′D′的中点重合，BD与B′D′重合，AC的中点与A′C′的中点重合，那么CC′大小与AA′大小相等，也取AB的距离乘以AB与A′B′夹角的弧度值与AD的距离乘以AD与A′D′夹角的弧度值中的较大值。两条调平腿的行程大小相等，方向相反，同样开度下收腿速度优于伸腿速度，因此，将伸腿的调平腿的比例阀开度设为收腿调平腿的比例阀开度一定倍数，近似地得到相等速度，较快地逼近较优平面。

1.5精调时逼近调整的步骤

调整次数为一时，进入精调状态，这时平台的水平度的双轴误差都小于设定的双轴的最大调整偏差。这时的油压调整为高压小流量，便于提高调整精度。这时的较优平面不再像前面那样设置，只需设为较调平要求精度平面的精度略高，这样既能达到调平要求，又能减小调平时间。可能一次逼近没有达到调平要求，这与水平仪输出稳定的数据需要一定的时间有关，但二次调整就能达到调平要求。图5为控制器记录下某一次调平过程中调平腿的承重和水平仪显示的水平度数据，整个过程中调平腿的承重比较均匀，调平的水平度递减平稳，能较好地完成调平要求。此步骤为常规的调平方法。

本发明的方法适用于4腿调平，在3腿、5腿、6腿等多腿调平方法中，可通过测量平台处于初始平面时各调平腿的承重力，然后采用该承重力进行初始平面调整依据即可在多腿调平中实施。本发明的方法不但适用于液压式调平，也适用于机械式调平。

Claims

1.一种逼近式液压调平方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤二、计算调平过程中逼近调整的次数，计算公式为：

步骤三、分别计算X轴、Y轴的收敛函数，收敛函数为

根据收敛函数，确定每次调整单轴的水平度；

步骤四、按照每次调整单轴的水平度对车载平台进行调平；

车载平台水平向右边为X轴正值，垂直向上为Y轴正值。

2.根据权利要求1所述的逼近式液压调平方法，其特征在于：所述的步骤四中，对车载平台进行调平的方法为：由步骤三得到当前平面到较优平面的设定调整偏差值，最高点不动，根据其他三个点到较优平面的距离得到行程值，并控制相应调平腿伸腿到行程值。

3.根据权利要求1所述的逼近式液压调平方法，其特征在于：所述的步骤四中，由步骤三得到当前平面到较优平面的设定调整偏差值，中间两个点不动，根据最高点和最低点到较优平面的距离得到行程值，并控制最高点收腿，控制最低点伸腿。

4.根据权利要求1、2或3任一项所述的逼近式液压调平方法，其特征在于：还包括精调时逼近调整的步骤，通过X轴、Y轴的精度要求，设置平台调整精度值。

5.根据权利要求1、2或3任一项所述的逼近式液压调平方法，其特征在于：所述初始平面时，各调平腿承重力在均衡平均值20％内。

6.根据权利要求1、2或3任一项所述的逼近式液压调平方法，其特征在于：所述调平腿的承重力大于均衡平均值20％时该腿收，调平腿的承重力大于承重力时该腿伸。

7.根据权利要求1所述的逼近式液压调平方法，其特征在于：所述调平腿共四条。