CN112000134A - 一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法及系统，属于自动调平技术领域，包括以下步骤：S1：驱动力矩均值计算；S2：辅助撑腿落地力矩预测及水平度值趋势预测。本发明能够自动判断出每条辅助撑腿在不同环境工况下辅助撑腿驱动力矩值，也解决辅助撑腿由于加工精度、装配质量等问题造成的驱动力矩不均衡带来的落地判断困难等技术问题，实现了每一条辅助撑腿驱动力矩的自动研判，提高了调试效率，降低了加工成本；并通过对撑腿驱动力矩的预测技术及水平度预测技术，有效保证了辅助撑腿落地的稳固性，避免了辅助撑腿支架等结构强度问题导致撑腿伸出过长破坏调平精度等问题，降低了辅助撑腿对已调平的水平度的影响，提高了系统可靠性和稳定性。

Description

一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法及系统

技术领域

本发明涉及自动调平技术领域，具体涉及一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法及系统。

背景技术

自动调平技术广泛运用与工业及军事装备等需要对装载平台进行调平的设备中，在某些特定需求下，装载平台过长或者装载平台上装备在工作时其工作范围过大，远远超出其自动调平撑腿的支撑范围，这种工况下需要对原有的自动调平平台增加辅助调平撑腿以增加装载平台的支撑负载能力，自动调平平台与负载组成工作系统。

如图1所示，自动调平平台包括装载平台1、四个辅助撑腿3、四个辅助撑腿支臂4、四个自动调平撑腿2与设置在装载平台1上的水平传感器5。

辅助撑腿是作为自动调平撑腿的补充，运输时辅助撑腿是收回的，工作时，在调平主撑腿完成平台的自动调平功能后，辅助撑腿伸出并且支撑到地面，辅助撑腿伸出支撑到地面后还不允许破坏已经完成的调平精度(调平度变化要在要求范围内)，辅助撑腿只是起到一个支撑作用，但是辅助撑腿也需要稳固支撑到地面，现有的辅助撑腿常采用电动撑腿或者液压撑腿的形式，电动撑腿是由交流伺服电机通过减速机带动丝杠转动，进而带动撑腿的伸出和收回动作；液压撑腿是由液压系统带动液压马达通过减速机带动丝杠转动，进而带动撑腿的伸出和收回动作，两种撑腿只是驱动单元不同，工作形式相同。

判断辅助撑腿是否支撑到地面，现有的工作方法是检测撑腿落地力矩完成，撑腿的交流伺服电机带有力矩反馈功能，液压马达也可以通过液压压力来判断驱动力矩变化，所以撑腿在伸出还未支撑到地面时候相当于没有负载，撑腿驱动交流伺服电机工作力矩(撑腿驱动液压马达压力)较小(在下文均统称为驱动力矩)，而在撑腿落地后相当于负载增大，通过判断撑腿驱动力矩变化进而判断撑腿是否稳固撑地；此种方法不足之处在于撑腿在运行过程中驱动力矩变化不稳定，辅助撑腿伸出落地过程驱动力矩变化会随着外界环境温度变化而不同，环境温度高，撑腿伸出驱动力矩小，环境温度低，由于热胀冷缩原因，金属撑腿材料收缩，撑腿传动结构间隙变小，摩擦变大，撑腿伸出驱动力矩也变大，以往采用一个落地力矩检测值或者采用外部开关来进行夏冬季转换，而且每条撑腿落地驱动力矩值都需要在调试时候进行测试调试，然后写入软件，调试过程繁琐，且夏冬季节时间跨度大，为了满足能适应全季节，其调试周期长；且辅助撑腿在生产制造过程中由于加工精度及工人装配熟练程度影响，辅助撑腿伸出过程其驱动力矩变化为一波动值，这个波动值随着加工或者装配精度变化而变化，往往在辅助撑腿还没落地时候即出现了撑腿落地撑地的驱动力矩值，造成撑腿尚未落地即停止，所以原辅助撑腿控制对撑腿加工及装配提出了较高要求，造成加工成本和时间成本增加；落地检测另一种方法是在撑腿底部设计一个特殊装置并且安装特定检测设备检测撑腿是否稳固落地，此方法需要设计特殊结构，还要增加特殊传感器，并且走线将传感器信号传输给控制单元，增加设备负载度，提高了设备成本，降低了设备可靠性；辅助撑腿往往安装在大跨度的辅助撑腿支臂远端，辅助撑腿落地后，由于大跨度的辅助撑腿支臂会产生形变，辅助撑腿支臂类似于杠杆作用，在支臂形变过程中辅助撑腿驱动力矩也较小，但是很容易破坏已有调平精度，所以单纯依靠撑腿落地检测来停止辅助撑腿也会造成已有调平精度破坏，上述问题亟待解决，因此，提出一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决因辅助撑腿落地控制问题导致撑腿伸出过长破坏调平精度或辅助撑腿伸出未落地即停止造成辅助撑腿未起作用等问题，提供了一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法，采用综合驱动力矩均值计算，辅助撑腿落地力矩预测，水平度趋势预测等方法，实现自动调平辅助撑腿的自动落地控制。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

S1：驱动力矩均值计算

辅助撑腿开始伸出，对辅助撑腿的驱动力矩进行实时检测，计算出当前环境及工况条件下力矩平均值，并确定辅助撑腿当前的落地力矩检测阀值；

S2：辅助撑腿落地力矩预测及水平度值趋势预测

辅助撑腿伸出至落地过程中，对辅助撑腿当前的驱动力矩值进行检测，利用步骤S1中确定的落地力矩检测阀值判断是否达到落地力矩停止动作条件；同时实时采集载体平台水平度值，对水平度变化进行趋势分析，判断是否达到水平度停止动作条件；上述两种判断过程同时进行，任一判断过程达到停止动作条件后立即停止辅助撑腿动作。

更进一步的，在所述步骤S1中，驱动力矩均值计算的具体过程如下：

S11：启动辅助撑腿伸出后，对辅助撑腿驱动力矩值进行周期性采集，共采集多次，；

S12：采集完毕后，用采集的总驱动力矩值和除以采集次数，得到驱动力矩均值；

S13：将驱动力矩均值乘以落地检测力矩值系数，从而确定落地力矩检测阀值；

上述过程的计算公式为：

T＝(T1+T2+…+Tn)/n*110％

其中，T为落地力矩检测阀值，T1，T2，…Tn分别为每次采集的辅助撑腿力矩值，n为采集次数，110％为落地检测力矩值系数。

更进一步的，所述步骤S11中的采集周期为100ms，所述步骤S12中的采集次数为50次，所述步骤S13中的落地检测力矩值系数为110％。

更进一步的，在所述步骤S2中，辅助撑腿落地力矩预测过程如下：

S211：辅助撑腿伸出过程中对辅助撑腿当前的驱动力矩值进行周期性检测；

S212：当驱动力矩值是否持续多次大于落地力矩检测阀值，停止当前辅助撑腿动作，四条辅助撑腿分别单独计算控制。

更进一步的，所述步骤S211中的采集周期为100ms，所述步骤S212中的持续次数为10次。

更进一步的，在所述步骤S3中，水平度值趋势预测过程如下：

S221：辅助撑腿落地时，同时实时周期性采集载体平台水平度值；

S222：将每次采集水平度值都与上一次采集的水平度值进行比较，并且对水平度变化进行趋势分析；

S223：当水平度值发生变化趋势且水平度变化连续多次大于设定值即停止辅助撑腿动作。

更进一步的，所述S221中的采集周期为10ms，所述步骤S223中水平度变化设定值为1′，变化次数为10次。

本发明还提供了一种自适应自动调平辅助撑腿控制系统，包括：

驱动力矩均值计算模块，用于对辅助撑腿的驱动力矩进行实时检测，计算出当前环境及工况条件下力矩平均值，并确定辅助撑腿当前的落地力矩检测阀值；

辅助撑腿落地力矩预测模块，用于对辅助撑腿当前的驱动力矩值进行检测，利用落地力矩检测阀值判断是否达到落地力矩停止动作条件；

水平度值趋势预测模块，用于实时采集载体平台水平度值，对水平度变化进行趋势分析，判断是否达到水平度停止动作条件；

处理控制模块，用于控制上述各模块完成相关动作；

所述驱动力矩均值计算模块、所述辅助撑腿落地力矩预测模块、所述水平度值趋势预测模块均与所述处理控制模块电连接。

本发明相比现有技术具有以下优点：该自适应自动调平辅助撑腿控制方法，能够自动判断出每条辅助撑腿在不同环境工况下辅助撑腿驱动力矩值，也解决了辅助撑腿由于加工精度、装配质量等问题造成的驱动力矩不均衡带来的落地判断困难等技术问题，实现了每一条辅助撑腿驱动力矩的自动研判，提高了调试效率，降低了加工成本；并通过对撑腿驱动力矩的预测技术及水平度预测技术，有效保证了辅助撑腿落地的稳固性，避免了辅助撑腿支架等结构强度问题导致撑腿伸出过长破坏调平精度等问题，降低了辅助撑腿对已调平的水平度的影响，提高了系统可靠性和稳定性，值得被推广使用。

附图说明

图1是现有技术中自动调平平台的示意图；

图2是本发明实施例二中自适应自动调平辅助撑腿控制方法的总体流程示意图；

图3是本发明实施例二中驱动力矩均值计算过程示意图；

图4是本发明实施例二中辅助撑腿落地力矩预测过程示意图；

图5是本发明实施例二中水平度值趋势预测过程示意图。

图1中：1、装载平台；2、自动调平撑腿；3、辅助撑腿；4、辅助撑腿支臂；5、水平传感器。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

本实施例提供一种技术方案：一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法，包括以下步骤：

S1：驱动力矩均值计算

辅助撑腿开始伸出，对辅助撑腿的驱动力矩进行实时检测，计算出当前环境及工况条件下力矩平均值，并确定辅助撑腿当前的落地力矩检测阀值；

S2：辅助撑腿落地力矩预测及水平度值趋势预测

辅助撑腿伸出至落地过程中，对辅助撑腿当前的驱动力矩值进行检测，利用步骤S1中确定的落地力矩检测阀值判断是否达到落地力矩停止动作条件；同时实时采集载体平台水平度值，对水平度变化进行趋势分析，判断是否达到水平度停止动作条件；上述两种判断过程同时进行，任一判断过程达到停止动作条件后立即停止辅助撑腿动作。

在所述步骤S1中，驱动力矩均值计算的具体过程如下：

S11：启动辅助撑腿伸出后，对辅助撑腿驱动力矩值进行周期性采集，共采集多次，；

S12：采集完毕后，用采集的总驱动力矩值和除以采集次数，得到驱动力矩均值；

S13：将驱动力矩均值乘以落地检测力矩值系数，从而确定落地力矩检测阀值。

所述步骤S11中的采集周期、所述步骤S12中的采集次数与所述步骤S13中的落地检测力矩值系数均根据工作系统的特性调整。

所述步骤S11中的采集周期为100ms，所述步骤S12中的采集次数为50次，所述步骤S13中的落地检测力矩值系数为110％。

在所述步骤S2中，辅助撑腿落地力矩预测过程如下：

S211：辅助撑腿伸出过程中对辅助撑腿当前的驱动力矩值进行周期性检测；

S212：当驱动力矩值是否持续多次大于落地力矩检测阀值，停止当前辅助撑腿动作，四条辅助撑腿分别单独计算控制。

所述步骤S211中的采集周期、所述步骤S212的持续次数均根据工作系统的特性调整。

所述步骤S211中的采集周期为100ms，所述步骤S212的持续次数为10次。

在所述步骤S3中，水平度值趋势预测过程如下：

S221：辅助撑腿落地时，同时实时周期性采集载体平台水平度值；

S222：将每次采集水平度值都与上一次采集的水平度值进行比较，并且对水平度变化进行趋势分析；

S223：当水平度值发生变化趋势且水平度变化连续多次大于设定值即停止辅助撑腿动作。

所述步骤S221中的采集周期、所述步骤S223中水平度变化设定值及变化次数均根据工作系统的特性调整。

所述S221中的采集周期为10ms，所述步骤S223中水平度变化设定值为1′，变化次数为10次。

本发明还提供了一种自适应自动调平辅助撑腿控制系统，包括：

驱动力矩均值计算模块，用于对辅助撑腿的驱动力矩进行实时检测，计算出当前环境及工况条件下力矩平均值，并确定辅助撑腿当前的落地力矩检测阀值；

辅助撑腿落地力矩预测模块，用于对辅助撑腿当前的驱动力矩值进行检测，利用落地力矩检测阀值判断是否达到落地力矩停止动作条件；

水平度值趋势预测模块，用于实时采集载体平台水平度值，对水平度变化进行趋势分析，判断是否达到水平度停止动作条件；

处理控制模块，用于控制上述各模块完成相关动作；

所述驱动力矩均值计算模块、所述辅助撑腿落地力矩预测模块、所述水平度值趋势预测模块均与所述处理控制模块电连接。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种技术方案：一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法，本方法通过软件算法，综合驱动力矩均值计算，辅助撑腿落地力矩预测，水平度趋势预测等方法，实现辅助撑腿自动落地控制。综合驱动力矩均值计算解决了辅助撑腿在各种环境工况下辅助撑腿落地驱动力矩的阀值门限问题；辅助撑腿落地力矩预测能够准确判断辅助撑腿是否稳固撑地；水平度趋势预测保证了辅助撑腿落地后不破坏原有调平精度；以上步骤相结合，结合软件实现自动调平辅助撑腿的自动落地控制。

工作系统工作时，在自动调平完成以后，辅助撑腿开始伸出，辅助撑腿的实时驱动力矩检测计算出当前环境及工况条件下力矩平均值，解决辅助撑腿当前落地力矩阀值确定问题，再结合辅助撑腿力矩检测和水平度检测的综合控制策略，实现辅助撑腿落地检测。

如图3所示，驱动力矩均值计算具体实现过程如下：启动辅助撑腿伸出后，伺服控制器以100ms为一个周期采集辅助撑腿驱动力矩值，每采集1次将采集计数器增加1，将采集到的驱动力矩值进行相加，一共采集50次，采集完毕后用采集的总驱动力矩值和除以采集次数，取一个驱动力矩值平均数，将这个平均值可以作为撑腿动作的平均驱动力矩参考值，落地检测驱动力矩值在此驱动力矩平均值上增加10％即可以作为辅助撑腿落地检测力矩值，在实际产品中，这个采样周期可以根据工作系统特点进一步调整，如辅助撑腿运动速度快，辅助撑腿力矩采样周期可以从100ms缩减到更短时间，如辅助撑腿运动速度慢，可以将采样周期增加，采集总时间也可以随着工作系统(自动调平平台与负载组成)特点进行变化，辅助撑腿运动速度快时辅助撑腿驱动力矩采集总次数可以小于50次，反之可以增加采集次数，每一条辅助撑腿单独计算。

在图3中，流程图中S为采样次数，Sn为根据实际需要设定的总采样次数，一般建议为50次以上，可以采取60次，70次等不同，T为控制器每次采样的驱动力矩值，Tsum为累加的驱动力矩值和，T₀为取均值后驱动力矩值，X％为根据实际需求设定的落地检测力矩值系数，可以设定110％，120％，130％等，根据实际工作系统设定，T_D为计算后的落地检测驱动力矩值(辅助撑腿落地检测阀值)。

如图4所示，辅助撑腿落地力矩预测具体实现过程如下：辅助撑腿伸出过程中以100ms为一个周期检测当前撑腿驱动力矩值，发现撑腿驱动力矩大于计算出的辅助撑腿落地检测阀值并且持续10次均大于驱动力矩落地检测阀值即停止本条辅助撑腿动作，四条辅助撑腿分别单独计算控制，在实际产品中，这个采样时间可以根据工作系统特点进一步调整，如辅助撑腿运动速度快，辅助撑腿力矩采样周期可以从100ms缩减到更短时间，如辅助撑腿运动速度慢，可以将采样周期增加，判断当前辅助撑腿驱动力矩大于设定落地驱动力矩次数也可以随着工作系统特点进行变化，如果工作系统负载大变化次数可以减小，负载轻变化次数可以增加，落地阀值计算也可以根据调平负载轻重进行调整，负载轻，落地阀值较驱动力矩平均值增加系数可以小于10％，反之可以增加。

在图4中，T为当前采样驱动力矩值，T_D为设定撑腿落地检测力矩值，N为判定次数。

如图5所示，水平度趋势预测具体实现过程如下：辅助撑腿落地时，伺服控制器同时采集载体平台水平传感器的水平度值，水平度值采集时间10ms一次，伺服控制器每次采集的水平度值都和上一次采集水平度值进行比较，并且对水平度变化进行趋势分析，一旦发现水平度值发生变化趋势且水平度变化大于1’且一直保持变化趋势达10次即停止所有辅助撑腿动作，水平度采样时间和可以变化范围可以随着工作系统特点进行调整。水平度检测是四条辅助撑腿同时进行，一旦发现水平度变化超过1’四条辅助撑腿同时停止。

在图5中，S为当前采样水平度值，S₀为本次调平后水平度值，M为判定次数。

需要说明的是，载体平台上的水平传感器，各辅助撑腿上的交流伺服电机(液压马达)均与伺服控制器连接，其中，交流伺服电机带有力矩反馈功能，液压马达也可以通过液压压力来判断驱动力矩变化。

综上所述，上述两组实施例的自适应自动调平辅助撑腿控制方法，能够自动判断出每条辅助撑腿在不同环境工况下辅助撑腿驱动力矩值，也解决了辅助撑腿由于加工精度、装配质量等问题造成的驱动力矩不均衡带来的落地判断困难等技术问题，实现了每一条辅助撑腿驱动力矩的自动研判，提高了调试效率，降低了加工成本；并通过对撑腿驱动力矩的预测技术及水平度预测技术，有效保证了辅助撑腿落地的稳固性，避免了辅助撑腿支架等结构强度问题导致撑腿伸出过长破坏调平精度等问题，降低了辅助撑腿对已调平的水平度的影响，提高了系统可靠性和稳定性，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：驱动力矩均值计算

辅助撑腿开始伸出，对辅助撑腿的驱动力矩进行实时检测，计算出当前环境及工况条件下力矩平均值，并确定辅助撑腿当前的落地力矩检测阀值；

S2：辅助撑腿落地力矩预测及水平度值趋势预测

辅助撑腿伸出至落地过程中，对辅助撑腿当前的驱动力矩值进行检测，利用步骤S1中确定的落地力矩检测阀值判断是否达到落地力矩停止动作条件；同时实时采集载体平台水平度值，对水平度变化进行趋势分析，判断是否达到水平度停止动作条件；上述两种判断过程同时进行，任一判断过程达到停止动作条件后立即停止辅助撑腿动作。

2.根据权利要求1所述的一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法，其特征在于：在所述步骤S1中，驱动力矩均值计算的具体过程如下：

S11：启动辅助撑腿伸出后，对辅助撑腿驱动力矩值进行周期性采集，共采集多次，；

S12：采集完毕后，用采集的总驱动力矩值和除以采集次数，得到驱动力矩均值；

S13：将驱动力矩均值乘以落地检测力矩值系数，进而确定落地力矩检测阀值。

3.根据权利要求2所述的一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法，其特征在于：所述步骤S11中的采集周期为100ms，所述步骤S12中的采集次数为50次，所述步骤S13中的落地检测力矩值系数为110％。

4.根据权利要求1所述的一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法，其特征在于：在所述步骤S2中，辅助撑腿落地力矩预测过程如下：

S211：辅助撑腿伸出过程中对辅助撑腿当前的驱动力矩值进行周期性检测；

S212：当驱动力矩值是否持续多次大于落地力矩检测阀值，停止当前辅助撑腿动作，四条辅助撑腿分别单独计算控制。

5.根据权利要求4所述的一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法，其特征在于：所述步骤S211中的采集周期为100ms，所述步骤S212中的持续次数为10次。

6.根据权利要求1所述的一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法，其特征在于：在所述步骤S3中，水平度值趋势预测过程如下：

S221：辅助撑腿落地时，同时实时周期性采集载体平台水平度值；

S222：将每次采集水平度值都与上一次采集的水平度值进行比较，并且对水平度变化进行趋势分析；

S223：当水平度值发生变化趋势且水平度变化连续多次大于设定值即停止辅助撑腿动作。

7.根据权利要求6所述的一种自适应自动调平辅助撑腿控制方法，其特征在于：所述S221中的采集周期为10ms，所述步骤S223中水平度变化设定值为1′，变化次数为10次。

8.一种自适应自动调平辅助撑腿控制系统，其特征在于，根据如权利要求1～7任一所述的控制方法进行辅助撑腿的控制工作，包括：

驱动力矩均值计算模块，用于对辅助撑腿的驱动力矩进行实时检测，计算出当前环境及工况条件下力矩平均值，并确定辅助撑腿当前的落地力矩检测阀值；

辅助撑腿落地力矩预测模块，用于对辅助撑腿当前的驱动力矩值进行检测，利用落地力矩检测阀值判断是否达到落地力矩停止动作条件；

水平度值趋势预测模块，用于实时采集载体平台水平度值，对水平度变化进行趋势分析，判断是否达到水平度停止动作条件；

处理控制模块，用于控制上述各模块完成相关动作；

所述驱动力矩均值计算模块、所述辅助撑腿落地力矩预测模块、所述水平度值趋势预测模块均与所述处理控制模块电连接。

Images