一种针对液压系统的四点调平方法研究

撑腿之间的比例关系是相对不变的, 即 h1 h2
h3 h4 , 可以按照这样的比例关系同时控制四条
腿动作, 从而既快速又准确的让低点追平高点。
4 控制方法
实时比例追踪调平方法就是各支腿按照一 定的比例关系同时升高, 对水平平面进行实时追 踪、逐渐逼近。根据离散化的思想, 把调平过程分 解为若干个追踪周期, 每一个追踪周期包括数据 采集环节、数据处理环节和动作环节, 每经过一 个追踪周期, 承载平台向水平平面靠近一些, 逐 渐逼近水平, 即每经过一个追踪周期, 平台平面 与水平面的夹角逐渐变小, 直至趋近于零。一个 追踪周期相当于一个采样周期, 在每个追踪周期 的数据采集环节对经过上一追踪周期后的瞬时
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弹 箭与 制 导学 报
第 28 卷
水平倾角 、 进行采集; 在数据处理环节对采集 的数据进行转化和 处理, 判 断出高点 和动作区 域, 并根据控制模型给出下一追踪周期内各支腿 的动作系数, 同时对数据进行保存; 在动作环节 内, 各支腿按一定的比例进行动作。各个追踪周 期的追踪时间和动作比例系数都是实时变化的、 不同的。此控制方法主要针对由开关阀控制的液 压系统, 这样的液压系统支腿动作灵敏性差、滞 后性强, 因而利用传统的 P ID 等算法就很容易使 系统出现超调和震荡的现象。
1 引言
在现代国防与民用技术中, 常常需要把一个 装载某些设备的承载平台精确地调整到水平位 置, 以提高系统的工作性能, 达到某一指标要求。 飞航导弹、战术地空导弹以及战斗火炮等的发射 平台的调平, 对它 们本身的 性能有着 很大的影 响。因此, 调平技术尤其是高精度承载平台调平 方法和控制算法的研究就显得刻不容缓。
- 值小于 0, - 值大于 0 时, 支撑腿 1 为 最高点; - 值小于 0, - 值小于 0 时, 支 撑腿 2 为最高点; - 方向值大于 0, - 值 小于 0 时, 支撑腿 3 为最高点; - 值大于 0,
- 值大于 0 时, 支撑腿 4 为最高点。若承载 平台的 - 和 - 值调节成水平状态, 即输 出都为 0, 则可认为承载平台已处于水平状态。
5 实例分析
表 1 所示是一组在调试现场记录的试验数 据, 由此组数据分析可得: 平台的起始角度 、分 别为 - 85 、56 , 通过分析计算控制各条支腿动 作, 动作完成后进行第二次角度值的采集, 此时 的 、 为- 38 、56 , 依次循环控制平台逐渐趋于 水平位置。可以看到, 在经过 7 次调整后, 承载平
何臻等: 一种针对 液压系统的四点调平方法研究
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方向 的 信 号, 它 们 是 与水平倾 角在一定 范
围内成近似线性关系、 极性同倾 斜方向有 关 的模拟直流电压信号。 图 1 承载平台俯视图
- 值为正时, 表明 方向为高, - 值为 负时, 表明 方向为高, 同理 - 为正, 表明 方向为高, 反之则 方向为高。由此可判断, 当
第 28 卷 第 3 期 2008 年 06 月
弹箭与制导学报 Journal o f Pr ojectiles, Ro ckets, M issiles and G uidance
Vo l. 28 No . 3 Jun 2008
一种针对液压系统的四点调平方法研究*
何 臻, 潘宏侠, 高 强
( 中北大学机械工程与自动化学院, 太原 030051) 摘 要: 提出了一种针对液压系统的新的调平方 法和调平理 论, 突 破了 以点 调面 的调平 方法的 局限, 使自 动调平不再仅仅是模拟人工手动调节的过程。新方法以典型的重载、高精度发射平台为对象, 改变以往的 点 调平 的调平理论, 采用 面调平 方法, 建立相应的数学和控制模型, 最终实现了重载刚性平台的多点同动, 实 时逐步逼近水平平面, 从而达到快速、精确调平。经过实验验证, 此方法不仅具有原理简单、控制性能 稳定可 靠等优点, 而且能够很好地完成对高精度承载平 台的自动调平。 关键词: 液压系统; 调平; 平台 中图分类号: TJ768 文献标志码: A
文献对数学模型有 过一些探 讨, 但都 有一些缺 陷; 根据实时比例追踪调平方法, 文中主要要得
到不是水平倾角 、 与各支撑腿位移 Z 之间的 函数关系, 而是各支腿位移 Z 之间的比例关系,
因此把研究对象从绝对坐标系移到相对坐标系
内进行数学建模, 在相对坐标系内水平倾角 、
不再是变量而是常量, 而且, 在即将达到水平平 面的极限位置( 即水平倾角 、 极 小趋近于零)
2 水平检测
对于一般的调平系统, 承载平台水平度的检 测都是通过水平角度传感器来实现的, 并且水平
角度传感器都有两个相互垂直的角度敏感方向 ( - 、 - 方向) , 这样不仅可以精确地检 测到车体的承载平台与水平面的夹角, 而且具有 测量范围大、灵敏度高、线性误差小、耦合度小等 特点。
将水平传感器按图 1 所示的方向安装于承 载平台上, 一方面可以通过水平传感器的检测信 号, 快速、准确地找出承载平台的最高点; 另一方 面可以不受安装位置的限制, 将传感器安装在承 载平台的任何位置, 这样就避免了承载平台上安 装其他设备时对传感器的安装位置造成的影响。
实时比例追踪调平方法是基于空间状态离 散逼近和系统特性参数实时追踪, 其技术关键是 追踪周期的确定; 以及在每一个追踪周期内各支 腿升高距离的比例系数的确定和输出控制量( 时 间) 、实际控制量( 位移) 、反馈量( 角度) 之间的函 数关系。有两个重要参数, 各个追踪周期的追踪 时间和动作环节内的动作比例系数( 由数据处理 环节确定) , 这也是实时比例追踪调平方法中的 两大难点。根据水平倾角 、的不同, 追踪周期的 追踪区是不同的; 同时追踪区的追踪时间过长或 过短都会对控制产生相当大的影响。追踪时间过 长会使平台出现超调现象, 且不利于控制参数的 整定; 追踪时间过短会使调平时间过长, 并对控 制元件要求比较高。追踪区以及追踪区追踪时间 的确定主要通过经验和实验来完成。
Research of Four-point Leveling Method for Hydraulic System
H E Zhen, P AN H ongx ia, GA O Qiang ( Scho ol of M echanical Eng ineering and A uto immunizat ion, N o rth U niver sity o f China, T aiy uan 030051, China) Abstract: A kind of new met ho d and t heo ry f or hy dr aulic system w as intr oduced which is based upon adv anced and matur e r esear ch result and adopt the method of theor ies, ex periments co mbined w ith a pplicat ion. It br eaks the limit of adjusting the sur face by adjusting the po int s and make the auto mat ic leveling no longer the pro cess that imitates the ar tif-i cial adjustment. T he new metho d takes t he ty pical heav y carr ier and hig h- accuracy launching platfo rm as a ta rget, conv erting the o ld points- based leveling theo ry to a newly surface- based metho d and builds the cor respo nding mathematica l and co nt rol mo dels. Finally , it was realized that severa l po ints of the heav y load rig id platfor m mo ve at the same time, and make a r ea-l time and gr adual appro ach the level surface. T esting by ex per iments, this metho d no t o nly has the advantag es o f having simple principle and st able contr ol capability , but can achiev e automatic lev eling o f the hig h- accuracy heav y carr ier platfor m per fectly. Keywords: hy dr aulic system; leveling; platfor m
h2 = a sin
( 2)
h3 = asin + bsin
( 3)
h4 = bsin
( 4)
其中 h3 是由于 2、4 两点的相对高度 h2 和 h4 所产
生, 即 h2 与 h4 的和。
另外值得注意的是, 在水平时 22 12 , 如 果 22 与 12 是刚性连接, 倘若在绝对坐标系下
建立数学模型, 则倾斜时会存在两种可能: 1) 2 点不动。则 22 与 12 连接必然 发生形
3 数学模型的建立
数学模型主要是得到水平倾角 、与各支撑
腿位移 Z 之间的函数关系, 这样在建立系统的
数学模型之后, 可以根据要求, 对各条支撑腿的 Z 进行控制借以控制承载平台的水平度, 使其
达到要求的精度。但由于系统本身具有一定的非
线性和强耦合性, 各条支撑腿与平台的结合点在
调平过程走过的轨迹是一空间曲线, 系统的数学 模型比较复杂, 很难建立准确的关系式。以往的
时, 可以建立较准确的数学模型, 从而得到各支 腿极限位移的比例关系, 如下式:
lim d1 lim d2 lim d3 lim d 4: =
,0
,0
,0
,0
Байду номын сангаас
h1 h2 h3 h4
( 1)
其中 d1 、 d2 、 d3 、 d4 分别为各条支撑腿需要
移动的位移。
在某一个瞬时平面即某个相对坐标系时, 平 台倾斜面如图 2 所示, 其中 1234 为倾斜时的平台
平面, 1 2 3 4 为水平状态时平台平面, 假设此时 1
点为最高点, 则 可以近 似 的认
为 22 12 , 44 14 。另
外, 假 设 平 台
X 、Y 方向的边 长分别为 a 、b,
图 2 承载平台倾斜示意图
传感器又可测得平台在 X 、Y ( - 和 - )
方向的倾斜角 、, 于是有 2、3、4 各点相对 1 点的 相对高度分别为:
变, 使得 12 2 小于 90 , 或者支撑 22 的支撑腿 不再是一条线, 也就是 22 发生弯曲, 造成很大的
摩擦力, 不利于调平。 2) 2 点移动。则要保持 22
12 , 2 点必然要
向外移动, 除非支撑腿下面安装滚轮, 否则也会 造成很大的摩擦力, 使得调平计算更加复杂。
因此, 系统的数学模型只能在相对坐标系下 建立, 在相对坐标系下, 每次调平过程中四条支
水平传感器输出含有 - 和 - 两个
* 收稿日期: 2007- 06- 19 基金项目: 山西省 先进制造技术 重点实验室基金项目( SZZ0708) ; 中北大学青年科 学基金资助 作者简介: 何臻( 1983- ) , 男, 山西临汾人 , 硕士研究生, 研究方向: 检测技术与自动化装置。
第3期
台达到了近似水平状态, 倾斜角度 、 分别为: 0. 5 、0. 4 , 用 时 105s, 满 足 了 调 平 时 间 小 于 3m in, 调平精度小于 2 的指标要求。
6 结论
表 1 试验数据 角度值 - 方向 - 方向
实 时比 例 采集次序 角度