一种多点支撑平台的调平控制方法转让专利
申请号 : CN202110075160.2
文献号 : CN112859935B
文献日 : 2022-05-13
发明人 : 张帆 , 杨文韬 , 刚宪约 , 王慧恒 , 武际兴 , 刘爱冰 , 吕春毅
申请人 : 山东理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种多点支撑平台的调平控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,将n条支腿赋予序号1~n;分别驱动第i条支腿沿着垂向产生一个设定位移,并保持其他的支腿不动,i的范围为1~n,按照从1到n的次序分别测量并计算每条支腿的载荷增量,并将各载荷增量依次放入n×n维矩阵第i行的第1到n列中;将该n×n维矩阵中对应任意不在一条直线上的三条支腿的三行数据删除,构造出(n‑3)×n的承载交互作用矩阵步骤2,在步骤1驱动第i条支腿沿着垂向产生一个设定位移的同时,测量平台绕纵向和横向的倾角变化量θix、θiy,分别放入2×n维矩阵的第i列的第1、2行,构造出2×n维的变形交互作用矩阵
步骤3,将承载交互作用矩阵和变形交互作用矩阵放入(n‑1)×n维的矩阵中,构造出承载与变形联合控制矩阵
步骤4,以平台质心为坐标系原点,平台的纵、横、垂向分别为x、y、z轴建立坐标系,各支腿与平台连结点的坐标记为(xi,yi,zi),平台总重量记为G,分别设定各条支腿的承载理想配额为 以各支腿载荷Fi与其承载理想配额的均方差最小为目标,以平台绕x、y轴的力矩平衡和沿z轴的力平衡为约束,则各支腿的最优载荷计算模型为公式4*
将公式4利用Lagrange乘子法求解,各支腿的最优载荷Fi满足公式5步骤5,测量各支腿的当前载荷,计算各支腿当前载荷与其最优载荷的载荷偏差率;测量平台的二维倾角;
步骤6,将各支腿的载荷偏差率和平台的二维倾角分别与设定的载荷偏差率阈值和倾角阈值对比,判断是否满足支腿锁死条件:若是,即载荷偏差率和二维倾角均小于各自阈值,则支腿锁死,调平成功;若否,即载荷偏差率和二维倾角有任何一个超过阈值,则执行步骤7;
步骤7,将步骤4所述的各支腿的最优载荷,步骤5所述的各支腿当前载荷,以及平台的二维倾角,与步骤3所述的承载与变形联合控制矩阵相结合放入公式6,构造出平台几何与支腿载荷联合控制方程
t * t *
公式6中Fi为当前载荷,Fi为最优载荷,{Fi‑Fi}是将对应步骤1所述的三条支腿的数据删除后的(n‑3)×1维列向量, 为平台绕x、y轴的倾角,求解公式6即可得到平台实现几何调平和载荷控制需要的各支腿作动量Δxi;
步骤8,按照步骤7所得的各支腿作动量的比例关系,控制各支腿同步作动调平;
步骤9,测量各支腿的当前载荷,计算各支腿当前载荷与其最优载荷的载荷偏差率;测量平台的二维倾角;
步骤10,将各支腿的载荷偏差率和平台的二维倾角分别与设定的载荷偏差率阈值和倾角阈值对比,判断是否满足支腿锁死条件:若是,即载荷偏差率和二维倾角均小于各自阈值,则支腿锁死,调平成功;若否,即载荷偏差率和二维倾角有任何一个超过阈值,则将步骤
9所述的各支腿的当前载荷以及平台的二维倾角重新带入步骤7所述的平台几何与支腿载荷联合控制方程,计算各支腿作动量并执行步骤8和9,直至步骤10的判断满足条件,进而支腿锁死,调平成功。
说明书 :
一种多点支撑平台的调平控制方法
技术领域:
支承安装调试等等,都以该技术为源头支撑。传统的调平控制方法均将上装平台简化为刚
体,在没有严格的控制理论模型的前提下,基于点追逐法和角度误差法,通过反复迭代测试
和作动实现调平功能,存在速度慢、精度低、反复振荡、支腿载荷不完全受控,甚至出现虚腿
和过载等诸多问题。近年来,不少PLC、PID控制、神经网络控制等应用到自动调平系统,但控
制系统复杂、适应性差,且调平速度、精度和支腿载荷不完全受控仍未有效解决。
控制信号进行迭代调节。CN201410800478.2的中国专利公开了一种支撑平台的调平方法及
装置,用于大跨距四点支撑平台,其方法是在前、后发射平台分别安装双轴调平传感器,按
规则顺序分别调整前、后平台的横、纵向角度使其满足设定的阈值。CN202010002450.X的中
国专利公开了一种调平控制系统及方法,其方法是首先调节支腿高度使第一倾角满足精度
要求,再使第二倾角满足精度要求,重复整个流程,直到第一、第二倾角均小于极限倾角,则
调平结束。这些专利均通过反复迭代测试和作动实现调平功能,并不能很好地保证调平精
度、速度,更不能同时实现对支腿载荷的完全控制。
本不可能实现精确调平,更不能实现支腿载荷完全受控。要解决该问题,必需进行平台几何
与支腿载荷联合控制。因此,本专利提出一种能够高速且同步的实现平台几何与支腿载荷
联合调平控制的方法,精确得到各支腿作动量,通过极少的迭代次数即可达到调平目的。
发明内容:
支腿载荷分配的联合控制方法,解决现有调平方法中精度低、速度慢、鲁棒性差、支腿载荷
不完全受控、甚至出现虚腿和过载等问题。
的载荷增量,并将各载荷增量依次放入n×n维矩阵第i行的第1到n列中;将该n×n维矩阵中
对应任意不在一条直线上的三条支腿的三行数据删除,构造出(n‑3)×n的承载交互作用矩
阵
变形交互作用矩阵
s
理想配额为Fi ,以各支腿载荷Fi与其承载理想配额的均方差最小为目标,以平台绕x、y轴的
力矩平衡和沿z轴的力平衡为约束,则各支腿的最优载荷计算模型为
和倾角阈值对比,判断是否满足支腿锁死条件:若是,即Fi ≤εF,且Δθx≤εθ,Δθy≤εθ,则支
d
腿锁死,调平成功;若否,即Fi>εF,或Δθx>εθ,或Δθy>εθ,则执行步骤7。
荷联合控制方程
现几何调平和载荷控制需要的各支腿作动量Δxi。
和倾角阈值对比,判断是否满足支腿锁死条件:若是,即Fi ≤εF,且Δθx≤εθ,Δθy≤εθ,则支
d
腿锁死,调平成功;若否,即Fi>εF,或Δθx>εθ,或Δθy>εθ,则将步骤9所述的各支腿的当
前载荷以及平台的二维倾角重新带入步骤7所述的平台几何与支腿载荷联合控制方程,计
算各支腿作动量并执行步骤8和9,直至步骤10的判断满足条件,进而支腿锁死,调平成功。
问题,调平后的平台姿态稳定度高;
鲁棒性高。
附图说明
具体实施方式
不用于限定本发明。
骤:
条支腿上的载荷增量,即为f11、f12…f1n,并依序放入矩阵第一行;以同样方法依次操作第2
至n条支腿沿着垂向产生同样的设定位移,分别测量各条支腿上的载荷增量,构造出n×n维
的矩阵;将n×n维矩阵中对应任意不在一条直线上的三条支腿的三行数据删除,构造出(n‑
3)×n的承载交互作用矩阵
1、2行;以同样方法测量第2至n条支腿产生设定位移时平台的二维倾角变化量,构造出2×n
维的变形交互作用矩阵
s
配额为Fi ,以各支腿载荷Fi与其承载理想配额的均方差最小为目标,以平台绕x、y轴的力矩
平衡和沿z轴的力平衡为约束,各支腿的最优载荷计算模型满足
荷Fi 与其对应的最优载荷Fi 计算各支腿的载荷偏差率: 利用二维倾角传感
器C测量平台绕x、y轴的倾角:Δθx、Δθy。
和倾角阈值对比,判断是否满足支腿锁死条件:若是,即Fi ≤εF,且Δθx≤εθ,Δθy≤εθ,则支
d
腿锁死,调平成功;若否,即Fi>εF,或Δθx>εθ,或Δθy>εθ,则执行步骤7,进行调平。
几何调平和载荷控制需要的各支腿作动量Δxi。
和倾角阈值对比,判断是否满足支腿锁死条件:若是,即Fi ≤εF,且Δθx≤εθ,Δθy≤εθ,则支
d
腿锁死,调平成功;若否,即Fi>εF,或Δθx>εθ,或Δθy>εθ,则将步骤9所述的各支腿的当
前载荷以及平台的二维倾角重新带入步骤7所述的平台几何与支腿载荷联合控制方程,计
算各支腿作动量并执行步骤8和9,直至步骤10的判断满足条件,进而支腿锁死,调平成功。
明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对
本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思
的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。