CN112612293B - 一种采用定值控制的调平方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用定值控制的调平方法，属于调平控制领域。液压调平需要选取合适的动作零点，机电调平时可以忽略。即采用固定控制量调平，一般取有效最大控制量的三分之一以下，对于机电调平可以更小。横轴、纵轴的定值可以相同，也可以不同，容易调平的轴，定值可以取得较大。在串行调平时，调平控制量＝升动作零点+定值，在并行调平的公共支腿控制量叠加时，需要将其中一个定值进行适当衰减，然后叠加，公共支腿调平控制量＝升动作零点+定值+衰减以后的定值，非公共支腿以及并行调平进入到调平单轴阶段时，调平控制量恢复为升动作零点+定值的形式。该种液压调平控制现场仅涉及修改一个升动作零点参数。
Description
技术领域
本发明属于调平控制领域，具体涉及一种采用定值控制的调平方法。
背景技术
调平控制技术在工农业生产活动当中大量应用，发挥着巨大的作用，有关专利层出不穷。然而考察它们，虽然含有一定的创新进步因素，却也存在着一些不合理的成分。比如关于调平控制量的产生方式还有需要改进的地方，我们可以看看如下几个专利，先看相当一部分专利没有对产生方式进行明确说明的情况，比如：
公开号CN107380140A专利《一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法》(2017-06-28申请)在其权利要求书第3款(2)中的正确的式子
X轴方向角度取值X＝(X前+X后)/2、
Y轴方向角度取值Y＝(Y前+Y后)/2。
而后在第4条款的(e)、(f)步骤分别就此X、Y值进行控制，但是没有明确说明如何由X、Y值推出控制量。
公开号CN109367525A专利《一种基于六点支撑的大型车体自动调平系统及方法》(2018-09-20申请)权利要求书第8条款中列出RX、RY、R＝RX×RY繁琐的旋转变换公式，再通过各点的坐标向量左乘R得到各点的坐标点值，很显然由这些坐标点值得到的高度差产生各支腿的控制量，但是如何由高度差产生控制量该专利也没有明确指出。
公开号CN110515397A专利《一种机电式自动调平系统及调平方法》(2019-07-11申请)在其权利要求书的第8款的步骤3)当中指出结合双轴倾角传感器的数据计算出每条支腿的行程数据，但是如何由行程数据得到控制量也没有明确说明。
公开号CN111273702A专利《方舱CT的舱体自动调平装置及控制方法》(2020-03-02申请)在其权利要求书第4款的S3～S7步骤当中由X轴、Y轴的倾角计算各支腿的调节量的正确公式为：
A1支腿调节量＝tan(x)×dy1-tan(y)×dx1；
A2支腿调节量＝-tan(x)×dy2-tan(y)×dx1；
A3支腿调节量＝tan(x)×dy1+tan(y)×dx2；
A4支腿调节量＝-tan(x)×dy2+tan(y)×dx2；
由调节量如何产生控制量该专利也没有明确指出。
以上专利产生控制量的方式，有可能是PID，也有可能是其它形式。
另有一部分明确说明由倾角(或者其它)误差采用PID公式得到调平控制量，比如：
发明人原先的一个调平专利(专利号ZL201210431487.X《一种精度小于1′的液压四点调平方法》)(2012-11-01申请)明确给出由倾角误差产生调平控制量的PID增量公式。
公开号CN109696927A专利《一种海工升降平台自动调平系统及方法》(2019-03-05申请)在其权利要求书的第5款的第四步、第六步明确表明基于PID算法；第6款的步骤S002、第7款的步骤S002明确给出由倾角误差产生调平控制量的PID绝对公式。
公开号CN111301363A专利《一种车控自动调平方法》(2020-04-02申请)在其权利要求书的第2款当中明确指出采用非线性PID进行控制，只是略去了具体公式。所提出的“非线性”指的是根据倾角误差的范围分段进行调平，也就是我们常说的粗调平、(精)调平。
对于采用其它方式形成调平控制量这里不做过多讨论，仅讨论采用PID的情况，PID控制固然相当成熟，然而也有一定的缺点，比如调试起来P、I、D参数烦于确定，并且如果采用液压时这些参数随温度变化剧烈，动作不平稳、容易引起超调，影响调平精度而致精度不高、时间延长、需要等待。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种采用定值控制的调平方法。
技术方案
在实际当中，由于升调平较降调平易控并且精度高，另外如果是液压调平降时还会产生因背压存在而无法判断虚腿的问题，所以这里仅讨论升调平的情况，不讨论降调平以及升降调平。
无疑在调平以前先要完成粗调平，使得倾角误差到达±几百角秒的范围。
实际上关于定值调平控制的技术，发明人早在2008年10月的四点液压调平实践当中就已经采用，当时无论在速度和精度上效果均不错。只是在2009年01月冬季的外场试验当中由于环境温度降温电磁阀动作零点增大的原因，原先动作零点失灵。为克服这个问题引入了PID调节，暂时放弃了定值控制而没有继续改进。后来逐渐发现PID控制存在着诸多缺点，而相比定值控制却是优点，因而改进原先定值控制，完善成现在的方法。
如前所述液压电磁阀动作零点往往随着环境温度变化而变化，那么如何适应这种变化？在2012年11月01日发明人申请的相关专利当中提出通过试验估计出各温度段对应的动作零点数据，应当说这个办法一定程度地解决环境变化问题，但是也存在一个缺点：估计的动作零点是固定的，会出现过大或过小给PID带来超调或者等待动作时间过长的问题。
经过充分的工程实践，发明人对该方法进行如下改进：在常温条件，如果条件允许也可以有冬季时-5～5℃的气温条件，以及高、低温条件下分别获得动作零点数据，对抽样数据进行全温拟合得到各温度段初步的动作零点数据，当实践当中出现问题时，使用组合键修改参数方法予以现场修改，直到满足要求，解决原先参数出现问题不能修改的难题。
在程序当中根据当前温度选取对应的升动作零点参数UPMinLimitControl，据此形成控制量。
机电控制时电机机构的动作零点较小，并且没有像液压电磁阀这样随温度变化明显，可以不用考虑温度影响。
顾名思义定值控制就是用固定的控制量去实施控制，而不管误差超出的大小，那么这个控制量固定在多少合适？为了权衡运动速度以及控制精度，经过充分工程实践证明，取升最大控制量MaxControl排除升动作零点参数UPMinLimitControl以后部分的1/N(N≥3)进行定值控制是可行的，该N参数具体通过试验确定。如果某轴容易调平，那么取值可以相对较小。横轴或者纵轴使用的N参数可以相同，也可以不同，这里以相同情况说明，不同情况同理从略。
某轴效应支腿为调平该轴动作的支腿，比如在串行四点调平(比较普遍，所以此处以四点调平为主)时为该轴较低的两个支腿，串行三点调平时为一个支腿。
在串行调平(或者调平单轴)时，某轴效应支腿的控制量LegXControl_1＝UPMinLimitControl+(1/N)×(MaxControl-UPMinLimitControl)(N≥3)；
大于四点调平时，效应支腿为排除纵轴的轴向上最高点所在支腿的其它支腿，如某六点调平纵轴前低后高时效应支腿为前两、中两共四腿，见附图1。当出现效应支腿在该轴向上大于一种分布时，其中和由最高点沿轴向发出的水平线垂直距离最小的效应支腿，其纵轴控制分量为LegXControl_1，剩下效应支腿，分别按照该支腿和此水平线的垂直距离与前述最小垂直距离的比k将LegXControl_1放大。
当采用并行调平时，为防止两轴效应支腿当中重叠公共支腿控制量叠加造成的过冲，需要对其中一个控制量进行衰减，系数为Kred(0＜Kred≤1)，其确定和前述的N参数也是同样的办法，衰减以后的控制量为LegXControl_1_1＝
UPMinLimitControl+(1/N)×Kred×(MaxControl-UPMinLimitControl)(N≥3，0＜Kred≤1)；
公共支腿叠加后的控制量为LegXControl_2＝
LegXControl_1+LegXControl_1_1＝
UPMinLimitControl+(1/N)×(1+Kred)×(MaxControl-UPMinLimitControl)(N≥3，0＜Kred≤1)；
当多于一个公共支腿时，其它公共支腿控制量叠加进行类似处理；
非公共支腿控制量为调平单轴控制量LegXControl_1或按前述比例系数k放大；
在并行调平进行到单轴调平阶段时，效应支腿的控制量也恢复为调平单轴控制量LegXControl_1或按前述比例系数k放大。
为归一起见，调平单轴控制量LegXControl_1的表达式也写成含有Kred(Kred＝1)的形式：
LegXControl_1＝
UPMinLimitControl+(1/N)×Kred×(MaxControl-UPMinLimitControl)(N≥3，Kred＝1)。
某个效应支腿的控制量计算，在串行调平(或者调平单轴)时，Kred＝1；在并行调平中，当不是公共支腿时，Kred＝1；是公共支腿时0＜Kred≤1。
定值控制在调平流程框图中的概略位置见附图2所示。
有益效果
本发明提出的一种采用定值控制的调平方法，有益效果如下：
1.定值控制省去了繁琐的编程工作，程序简单、可靠；
2.液压调平定值控制现场仅涉及修改一个参数升动作零点参数UPMinLimitControl，调试方便。当出现超调或者不动作时现场修改参数，算法适应能力强；
3.由于固定的控制量作用，调平动作平稳，降低传感器扰动干扰，提高抗干扰能力，收敛精度高；
4.没有PID积分环节的等待时间，超调最少，调平快。
附图说明
图1某六点调平纵轴前低后高时的效应支腿以及定值控制量计算示意图
图2定值控制在调平流程框图中的概略位置(图中虚线)图
图3定值控制在某液压调平流程框图中的概略位置(图中虚线)图
图4定值控制在某机电调平流程框图中的概略位置(图中虚线)图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1：
本发明实施例1示意图见附图3。
如前所述液压电磁阀动作零点往往随着环境温度变化而变化，在常温条件，如果条件允许也可以有冬季时-5～5℃的气温条件，以及高、低温条件下分别获得动作零点数据，然后在全温范围通过对抽样数据拟合处理得到各温度段初步的动作零点数据，在实践当中出现不合适时，通过使用组合键修改参数办法修改当前动作零点参数，直到满足使用要求为止，解决原先定值控制动作零点固定不能修改的问题，做到全温范围适用。
在程序当中只要根据当前温度选取对应的动作零点UPMinLimitControl，再形成控制量即可。顾名思义定值控制就是用固定的控制量去实施控制，而不管误差超出的大小，经过工程实践证明，可以取升最大控制量MaxControl排除升动作零点参数UPMinLimitControl以后部分的1/3作为定值控制量，横轴或者纵轴可以相同。
四点调平某轴效应支腿为该轴较低的两个支腿。
在串行调平(或者调平单轴)时，某轴效应支腿的控制量LegXControl_1＝
UPMinLimitControl+(1/3)×(MaxControl-UPMinLimitControl)；
当采用并行调平时，为防止两轴效应支腿当中重叠公共支腿控制量叠加造成的过冲，需要对其中一个控制量进行衰减，系数为0.23，衰减以后的控制量为LegXControl_1_1＝
UPMinLimitControl+(1/3)×0.23×(MaxControl-UPMinLimitControl)
公共支腿叠加后的控制量为LegXControl_2＝
LegXControl_1+LegXControl_1_1＝
UPMinLimitControl+(1/3)×(1+0.23)×(MaxControl-UPMinLimitControl)；
非公共支腿控制量为调平单轴控制量LegXControl_1；
在并行调平进行到单轴调平阶段时，效应支腿的控制量也恢复为调平单轴控制量LegXControl_1。
实施例2：
本发明实施例2示意图见附图4。
机电控制时电机机构的动作零点较小，并且没有液压电磁阀这样随温度变化明显，在全温范围变化不大，可以不用考虑温度影响。
顾名思义定值控制就是用固定的控制量去实施控制，而不管误差超出的大小，经过工程实践证明，可以取升最大控制量MaxControl的1/8作为定值控制量，横轴或者纵轴可以相同。
四点调平某轴效应支腿为该轴较低的两个支腿。
采用串行调平时效应支腿的控制量LegXControl_1＝(1/8)×(MaxControl)；
当采用并行调平时，为防止两轴效应支腿当中重叠公共支腿控制量叠加造成的过冲，需要对其中一个控制量进行衰减，系数为0.23，衰减以后的控制量为LegXControl_1_1＝
(1/8)×0.23×(MaxControl-UPMinLimitControl)
公共支腿叠加后的控制量为LegXControl_2＝
LegXControl_1+LegXControl_1_1＝
(1/8)×(1+0.23)×(MaxControl-UPMinLimitControl)；
非公共支腿控制量为调平单轴控制量LegXControl_1；
在并行调平进行到单轴调平阶段时，效应支腿的控制量也恢复为调平单轴控制量LegXControl_1。
Claims (1)
1.一种采用定值控制的调平方法，其特征在于：在常温、高、低温条件下分别获得动作零点数据，对动作零点数据进行全温拟合得到各温度段初步的动作零点数据；当各个温度零点数据出现问题时，使用组合键修改参数方法进行修改，直到满足要求；在程序当中根据当前温度选取对应的升动作零点参数UPMinLimitControl，据此形成控制量；先完成粗调平使得倾角误差到达±几百角秒的范围后再采用控制量进行精调平；用固定的控制量去实施精调平，而不管误差超出的大小；该固定的控制量取升最大控制量MaxControl排除升动作零点参数UPMinLimitControl以后部分的1/N，N≥3，其中N参数具体通过试验确定；如果某轴容易调平，那么控制量可以相对较小；横轴或者纵轴使用的N参数相同；串行四点以下调平或者调平单轴时某轴的效应支腿控制量为LegXControl_1=
UPMinLimitControl+（1/N）×（MaxControl- UPMinLimitControl），N≥3；大于四点调平时，效应支腿为排除纵轴的轴向上最高点所在支腿的其它支腿；当出现效应支腿在其轴向上具有大于一种分布时，其中和由最高点沿轴向发出的水平线垂直距离最小的效应支腿，其纵轴控制分量为LegXControl_1，剩下效应支腿，分别按照该支腿和此水平线的垂直距离与前述最高点沿轴向发出的最小水平线垂直距离的比k将LegXControl_1放大；当采用并行调平时，为防止两轴效应支腿当中重叠公共支腿控制量叠加造成的过冲，需要对其中一个控制量进行衰减，系数为Kred，0＜Kred≤1，衰减以后的控制量为LegXControl_1_1=
UPMinLimitControl+（1/N）×Kred×（MaxControl- UPMinLimitControl），N≥3，0＜Kred≤1；
公共支腿叠加后的控制量为LegXControl_2=
LegXControl_1 +LegXControl_1_1=
2UPMinLimitControl+（1/N）×（1+Kred）×（MaxControl- UPMinLimitControl）
N≥3，0＜Kred≤1；
当多于一个公共支腿时，其它公共支腿控制量叠加进行类似处理；
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112612293A (zh) | 2021-04-06 |
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