CN115995685A - 一种不对称机构自同步控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不对称机构自同步控制系统及方法，不对称机构包括上臂e、连接臂c和下臂；连接臂c与下臂d的连接部设置有上臂编码器，用于测量上臂安装面与下臂d的夹角β；下臂d与基准面的连接部设置有下臂编码器，用于测量下臂d与基准面的夹角α；比例放大板a、比例阀a、方向阀a、下臂a构成主动驱动回路；比例放大板b、比例阀b、方向阀b、下臂b构成被动驱动回路。下臂a主动举升或者下降时，下臂b随着下臂a同步运动，使得上臂e始终保持垂直姿态。本发明的一种不对称机构自同步控制系统及方法，具有使举升机构架设与撤收的时间最短、大幅增加了天线举升放落过程的稳定性、提高了液压控制系统对应用环境的适应能力等优点。

Description

一种不对称机构自同步控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种雷达天线控制技术，尤其是一种不对称机构自同步控制系统及方法。

背景技术

传统的机动雷达天线举高一般为7～8米。为了进一步提高雷达的探测性能，需要将雷达天线举高超过15米，于是二级举升机构便应运而生。二级举升机构分为上臂与下臂两部分，上臂可以独立举升与放落，下臂举升与放落时上臂要保持垂直状态而且平稳，不允许出现倾斜或左右摇摆现象。但由于常规的液压系统本身的调整功能非常有限，因此就对控制系统提出了较高的要求。

为便于(在运输状态)二级举升机构与装载平台的固定，用于下臂升降的两组液压油缸行程不等长，形成了一种不对称机构，但又要保证运动过程中不对称机构保持同步，以确保上臂保持垂直姿态，这又给控制系统增加了难度。液压系统的工作状态(尤其是流量与流速)随温度、季节、海拔的变化影响较大，比例放大板、比例阀的更换与调整、负载的变化，这些因素最终使得液压系统在驱动二级举升机构下臂运动时速度发生改变，影响上臂的稳定性与安全性。

采用传统的分立元件(电位器)，也可实现液压驱动系统的工作参数任意调整与保持，但硬件线路的复杂程度较高。也可以将关键的工作参数提取出来进行人为设定并保存，但经常调整或不熟悉该系统的人员操作时可能将参数调乱，给设备运行带来安全隐患，给后期维护造成负担。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种不对称机构自同步控制系统及方法，以实现二级举升机构的下臂举升与放落时不对称机构能自动跟随至同步、使上臂始终处于垂直状态而且绝对平稳。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

本发明的一种不对称机构自同步控制系统，不对称机构包括上臂e、连接臂c和下臂；所述连接臂c连接于所述上臂e和下臂之间；所述下臂包括下臂a、下臂b和下臂d；

连接臂c与下臂d的连接部设置有上臂编码器，用于测量上臂安装面与下臂d的夹角β；下臂d与基准面的连接部设置有下臂编码器，用于测量下臂d与基准面的夹角α；

自同步控制系统包括PLC、比例放大板、比例阀、方向阀、液压油缸、上臂编码器、下臂编码器；比例放大板包括比例放大板a和比例放大板b；比例阀包括比例阀a和比例阀b；方向阀包括方向阀a和方向阀b；

所述比例放大板a、比例阀a、方向阀a、下臂a构成主动驱动回路，下臂编码器为主动驱动回路反馈元件；比例放大板b、比例阀b、方向阀b、下臂b构成被动驱动回路，上臂编码器为被动驱动回路反馈元件。

本发明的一种调平支撑腿完全承载动态检测方法的结构特点也在于：

优选地，所述下臂a和下臂b均为液压油缸，且下臂a的行程大于下臂b的行程。

优选地，下臂a主动举升或者下降时，下臂b随着下臂a同步运动，使得上臂e始终保持垂直姿态。

优选地，在下臂a主动举升或者下降时，检测夹角α的变化量Δα和夹角β的变化量Δβ，根据Δα和Δβ的差值Δβ-Δα的大小，来控制下臂b的液压油缸的运动速度，来使得下臂b随着下臂a同步运动。

优选地，通过调整下臂b的控制电压来调整下臂b的液压油缸的运动速度。

本发明还公开了一种电子设备，其包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的不对称机构自同步控制系统的控制方法。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。所述计算机程序被处理器执行时实现所述的不对称机构自同步控制系统的控制方法。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明公开了一种不对称机构自同步控制系统及方法，不对称机构包括上臂e、连接臂c和下臂；连接臂c与下臂d的连接部设置有上臂编码器，用于测量上臂安装面与下臂d的夹角β；下臂d与基准面的连接部设置有下臂编码器，用于测量下臂d与基准面的夹角α；比例放大板a、比例阀a、方向阀a、下臂a构成主动驱动回路；比例放大板b、比例阀b、方向阀b、下臂b构成被动驱动回路。下臂a主动举升或者下降时，下臂b随着下臂a同步运动，使得上臂e始终保持垂直姿态。

本发明的不对称机构自同步控制系统及方法，用于实现二级举升机构的下臂举升与放落时，不对称机构能自动跟随至同步，使上臂始终处于垂直状态而且绝对平稳，运动过程中上臂不出现倾斜或左右摇摆现象，同时液压系统在外部环境(如温度、季节、海拔)变化或系统器件状态发生变化时无需调整工作参数。

本发明的一种不对称机构自同步控制系统及方法，具有使举升机构架设与撤收的时间最短、大幅增加了天线举升放落过程的稳定性、提高了液压控制系统对应用环境的适应能力等优点。

附图说明

图1为二级举升机构的工作示意图。

图2为本发明的二级举升机构的上臂和下臂的示意图。

图3为本发明的控制系统的框图。

图4为本发明的控制方法的流程图。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1-图4，本发明的一种不对称机构自同步控制系统，不对称机构包括上臂e、连接臂c和下臂；所述连接臂c连接于所述上臂e和下臂之间；所述下臂包括下臂a、下臂b和下臂d；

连接臂c与下臂d的连接部设置有上臂编码器，用于测量上臂安装面与下臂d的夹角β；下臂d与基准面的连接部设置有下臂编码器，用于测量下臂d与基准面的夹角α；

自同步控制系统包括PLC、比例放大板、比例阀、方向阀、液压油缸、上臂编码器、下臂编码器；比例放大板包括比例放大板a和比例放大板b；比例阀包括比例阀a和比例阀b；方向阀包括方向阀a和方向阀b；

所述比例放大板a、比例阀a、方向阀a、下臂a构成主动驱动回路，下臂编码器为主动驱动回路反馈元件；比例放大板b、比例阀b、方向阀b、下臂b构成被动驱动回路，上臂编码器为被动驱动回路反馈元件。

具体实施时，所述下臂a和下臂b均为液压油缸，且下臂a的行程大于下臂b的行程。

具体实施时，下臂a主动举升或者下降时，下臂b随着下臂a同步运动，使得上臂e始终保持垂直姿态。

具体实施时，在下臂a主动举升或者下降时，检测夹角α的变化量Δα和夹角β的变化量Δβ，根据Δα和Δβ的差值Δβ-Δα的大小，来控制下臂b的液压油缸的运动速度，来使得下臂b随着下臂a同步运动。

具体实施时，通过调整下臂b的控制电压来调整下臂b的液压油缸的运动速度。

本发明还公开了一种电子设备，其包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的不对称机构自同步控制系统的控制方法。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。所述计算机程序被处理器执行时实现所述的不对称机构自同步控制系统的控制方法。

如图1是二级举升机构的工作示意图。图1中，二级举升机构有5种工作状态：状态1～状态5。图1中自左向右的这5种状态如下：

状态1：上臂最低位，下臂最低位；

状态2：上臂中间位，下臂最低位；

状态3：上臂最高位，下臂最低位；

状态4：上臂最高位，下臂中间位；

状态5：上臂最高位，下臂最高位。

本发明涉及的二级举升机构的上臂和下臂的连接关系如图2所示，e为上臂，a、b、d为下臂；其中d为下臂支撑机构，a和b为相互独立且行程a>行程b的不等长液压油缸。连接臂c为上臂与下臂的连接部件。上臂编码器安装在c与d的连接点，用于测量上臂安装面与下臂支撑机构夹角β，下臂编码器安装在d与基准面的连接点，用于测量下臂支撑机构与基准面夹角α，下臂举升或放落时，a、b液压油缸达到自同步状态就能保证α与β在单位时间内变化量大致相等，即可保证上臂垂直。

本发明提供的不对称机构自同步控制方法，用于二级举升机构的液压驱动系统中，所涉及的液压驱动系统包括PLC、比例放大板、比例阀、执行器和上臂编码器、下臂编码器。当上臂处于最高位置(垂直状态)时下臂a开始举升或放落，行程较长的下臂a的油缸按照给定的启动速度和加、减速度主动举升或放落，α角度在每500ms内变化量记为Δα，行程较短的下臂b的油缸按照给定的启动速度跟随下臂a油缸运动，β角度在每500ms内的变化量记为Δβ，动态调整下臂b油缸速度使|Δα-Δβ|<m既可保证下臂a、下臂b两油缸实现自同步运动，也保证了上臂始终保持垂直姿态。其中m为预先设定的角度阈值。

本发明采用这种微分的方法控制单位时间内角度变化量，无需人为修改和保存液压驱动系统重要工作参数，下臂b的跟随油缸自动与下臂a的主动油缸保持同步，而且液压驱动系统重要工作参数在气候、海拔、比例放大板、比例阀、负载发生变化时，对系统的同步性能不产生影响，这样会大大减小后期设备维护的成本与工作量，也会延长整个设备使用寿命。

如图3所示，本发明的不对称机构同步控制系统主要由PLC、比例放大板、比例阀、执行机构、方向阀、编码器等部件构成。其中，PLC输出控制电压施加至比例放大板，比例放大板将该控制电压转换成具有驱动能力的电流信号来驱动比例阀的开口随控制电压作同步变化，进一步地调节液压系统的流量随控制电压作同步变化，进一步地调节液压系统驱动负载的速度随控制电压作同步变化。本实施例中，下臂a为主动部件，下臂a的油缸为主动油缸，下臂b的油缸为跟随油缸。

PLC程序中的控制电压输出变量为0～32767时，对应电压信号为0～5V。比例放大板，与比例阀配合使用，比例阀为电流驱动器件，比例放大板用于将PLC输入的0～5V电压控制信号变换成0～2A电流输出(驱动比例阀)的一独立单元，实际使用时取1V～4V的工作区间。

比例阀是将比例放大板输出的电流控制其阀芯开口大小，在液压系统中用以控制液压系统的流量大小，进一步地控制执行机构的运动速度。

方向阀(或者换向阀)控制执行机构的动作方向。执行机构是系统中动作的执行者，执行机构在液压系统中，在比例阀和方向阀的共同作用下，按照一定的速度能够平稳地进行诸如升、降、前进、后退、正传、反转等运动。

编码器：编码器是用来反馈执行机构举升或下降运动时角度变化，编码的变化量与运动速度大小呈比例。编码器的反馈值0～65535对应角度为0～360度，本发明涉及的编码器实际反馈值在0～10922之间变化，对应角度在0～60度之间变化。其中，比例放大板，比例阀，方向阀归属于液压系统所有，执行机构为液压系统所驱动的负载，是最终动作的执行者。

液压驱动的几个主要参数为：启动电压、递进电压和最大电压。

启动电压：是控制液压系统能够驱动负载工作的最小电压(但不是0V)，该电压越小启动越平稳，但小于“死区电压”(一般0.8V)时液压系统流量不足而不能驱动负载运动。此时液压泵站虽然正常工作，但会出现负载静止不动的情况，液压驱动系统的流量随温度和季节的变化较敏感，所以在液压驱动控制系统中，取一略大于“死区电压”的电压值作为启动电压，本发明涉及的液压驱动系统中下臂a、下臂b的液压油缸的启动电压取值为1V。

递进电压：是液压调速系统驱动负载运动时，在单位时间内控制电压的增加或减少量，递进电压越小负载运动越平稳，但负载运动时加速或减速过程变得较长；递进电压越大负载运动会出现窜动或抖动现象，负载运动时加速或减速过程较短。在实际应用中选择一个合适的递进量，使液压调速系统驱动负载运动时既能满足负载运动的平稳性，又能满足负载运动的快速性，在兼顾平稳与快速的前提下a液压油缸递进电压取值为0.05V/100ms，b液压油缸递进电压取值为0.02V/100ms。

最大电压：是液压调速系统驱动负载运动在最大速度时的控制电压。控制电压越高负载运动速度越快，当控制电压递进至一定数值是，液压系统流量达到最大值，也即负载运动速度达到最大值。最大电压一般为额定5V，但在实际应用中最大电压值小于额定电压值，本发明涉及的液压驱动系统中实际最大电压取值为4V。

如图4是控制方法的流程图。控制系统启动后，下臂a的油缸作为主动油缸，并且按照启动电压为1V，加减速递进电压为0.05V/100ms，最大电压为4V的工作参数进行举升或下降。下臂b的油缸作为跟随油缸，启动电压也设为1V，工作过程中动态调整控制电压V＝1.0+ΔV*n，使a、b两油缸保持同步。a油缸主动举升或下降时，α角度在每500ms内变化量记为Δα；b油缸跟随a油缸运动，β角度在每500ms内的变化量记为Δβ。

(1)(Δβ-Δα)>m时，b油缸需减速运动；

(2)(Δβ-Δα)<-m时，b油缸需加速运动；

(3)-m<(Δβ-Δα)<m时，即|Δα-Δβ|<m，b油缸保持当前速度不变。

b油缸调速公式：V＝1.0+ΔV*n；其中1.0为启动电压；ΔV为b油缸的递进电压，取值为0.02V/100ms；n为控制软件循环次数，可以设为100ms循环一次。为保证不对称机构的同步精度m取值为35，即同步误差小于0.2度。在设备使用过程中，不论温度、季节、海拔变化；或比例放大板、比例阀、液压管路的更换或调整；或负载情况的变化时，无需调整液压系统参数。

基于本发明的不对称机构同步控制方法使液压驱动系统在兼顾平稳性的前提下以最大斜率进行加减速，使二级举升机构架设与撤收的时间最短，也大幅增加了天线举升放落过程的稳定性，同时使得液压控制系统对应用环境的适应能力大大提高，应用范围得以大大扩展。

民用领域的拖动、牵引等设备的不对称机构同步控制中，也可以移植此方法，使其使用范围更广泛。

本发明的一种不对称机构自同步控制系统及方法，具有以下几个方面的特点。

(1)有效避免了液压系统在外部环境(如温度、季节、海拔)变化时控制系统重要参数需重新设置与保存。

(2)有效避免了系统器件状态发生变化时控制系统重要参数需重新设置与保存。

(3)有效避免了人为修改控制系统重要参数而导致参数发生紊乱危险。

(4)采用这种微分的方法控制单位时间内角度变化量，将人与环境对控制系统的影响降至最低，大大提高了控制系统的稳定性与安全性。

(5)基于本发明的方法，使控制系统对应用环境的适应能力大大提高，应用范围得以大大扩展。

(6)民用领域的拖动、牵引等设备的不对称机构同步控制中，也可以移植此方法，使其使用范围更广泛。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种不对称机构自同步控制系统，其特征是，不对称机构包括上臂e、连接臂c和下臂；所述连接臂c连接于所述上臂e和下臂之间；所述下臂包括下臂a、下臂b和下臂d；

连接臂c与下臂d的连接部设置有上臂编码器，用于测量上臂安装面与下臂d的夹角β；下臂d与基准面的连接部设置有下臂编码器，用于测量下臂d与基准面的夹角α；

自同步控制系统包括PLC、比例放大板、比例阀、方向阀、液压油缸、上臂编码器、下臂编码器；比例放大板包括比例放大板a和比例放大板b；比例阀包括比例阀a和比例阀b；方向阀包括方向阀a和方向阀b；

所述比例放大板a、比例阀a、方向阀a、下臂a构成主动驱动回路，下臂编码器为主动驱动回路反馈元件；比例放大板b、比例阀b、方向阀b、下臂b构成被动驱动回路，上臂编码器为被动驱动回路反馈元件。

2.根据权利要求1所述的一种不对称机构自同步控制系统，其特征是，所述下臂a和下臂b均为液压油缸，且下臂a的行程大于下臂b的行程。

3.一种根据权利要求1或2所述的不对称机构自同步控制系统的控制方法，其特征是，下臂a主动举升或者下降时，下臂b随着下臂a同步运动，使得上臂e始终保持垂直姿态。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征是，在下臂a主动举升或者下降时，检测夹角α的变化量Δα和夹角β的变化量Δβ，根据Δα和Δβ的差值Δβ-Δα的大小，来控制下臂b的液压油缸的运动速度，来使得下臂b随着下臂a同步运动。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征是，通过调整下臂b的控制电压来调整下臂b的液压油缸的运动速度。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求3至5中任一项所述的不对称机构自同步控制系统的控制方法。

7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求3至5中任一项所述的不对称机构自同步控制系统的控制方法。

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