長跨距雙平臺自動調(diào)平控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種23800mm長跨距、雙平臺的自動調(diào)平控制系統(tǒng)，尤其是對調(diào)平有精度要求的特種車輛的調(diào)平控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]自動調(diào)平系統(tǒng)主要用于特種車輛的自動調(diào)平，也可應(yīng)用于其它地面設(shè)備的自動調(diào)平。通常工作極限情況下，座車平臺要能承受風(fēng)阻引起的傾覆力矩，同時，要求調(diào)平時間盡量短，在執(zhí)行任務(wù)時，一定時間內(nèi)還必須保持水平精度。座車平臺調(diào)平后，不能存在軟腿問題。調(diào)平系統(tǒng)的支撐有三點支撐、四點支撐、六點支撐等幾種方案。三點支撐調(diào)平相對容易，缺點是抗傾覆能力差，必須增大支撐跨距以提高抗傾覆能力；四點、六點調(diào)平支撐可靠，抗傾覆能力強(qiáng)，但存在靜不定問題，容易產(chǎn)生“虛腿”，靜不定次數(shù)越高，系統(tǒng)越復(fù)雜。目前的調(diào)平方式有手動和自動兩種。手動調(diào)平主要采用人工調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)時需要多人配合反復(fù)操作各支撐腿，并同時觀察水準(zhǔn)儀刻度變化使其達(dá)到水平。調(diào)平過程中可能出現(xiàn)一種工作狀態(tài):一腿高，其余三腿低;相鄰兩腿高，其余兩腿低。傳統(tǒng)方法是借助于水平儀和經(jīng)驗反復(fù)調(diào)平，調(diào)整周期長，精度難以提高。這種方法調(diào)節(jié)時間長，操作難度大。自動調(diào)平采取自動支撐、調(diào)平、撤收方式，可有效減少操作人員的數(shù)量，降低工作強(qiáng)度，縮短作業(yè)時間。調(diào)平有液壓驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動兩種驅(qū)動方式，電機(jī)驅(qū)動承載的負(fù)載有限，且對供電功率要求較高?，F(xiàn)有技術(shù)采用的大跨距四點支撐液壓自動調(diào)平系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)具有驅(qū)動力大、工作平穩(wěn)、反應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、控制方便等優(yōu)點。液壓驅(qū)動可承載較大的負(fù)載，可以方便的實現(xiàn)“以小制大”。液壓驅(qū)動一般采用控制器件發(fā)出控制信號，進(jìn)而控制液壓系統(tǒng)的電磁閥，從而實現(xiàn)驅(qū)動調(diào)平油缸動作的目的。但也存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高等缺點。操作時，在水平缸兩腔形成回路，液壓源的原動力由座車平臺取力器提供。如果四腿負(fù)載均衡，一般不會發(fā)生虛腿現(xiàn)象。如果座車平臺中心偏移較大，四腿負(fù)載不均衡，靠單向背壓閥/平衡負(fù)載。支撐跨距越大，平臺系統(tǒng)剛性越差，調(diào)平系統(tǒng)越容易產(chǎn)生振蕩，穩(wěn)定性越差。傳統(tǒng)的液壓自動調(diào)平系統(tǒng)一般是單平臺的四點調(diào)平系統(tǒng)，基本上都是采用一個傾角傳感器進(jìn)行一組平臺的調(diào)平角度檢測，對調(diào)平過程中調(diào)平油缸的壓力動態(tài)不作檢測，算法采用逐高法，即先選定最高支腿不動的方法，其余3個支腿向上運動方法，采用角度誤差控制，通過支撐點運動來控制傾角。這種控制系統(tǒng)存在如下難點:
a)對于調(diào)平過程中的油缸壓力未作檢測，導(dǎo)致在某些大坡度下油缸超壓受力，有可能產(chǎn)生卡滯，從而損壞油缸；
b)控制策略無探虛腿環(huán)節(jié)，容易造成調(diào)平支腿油缸虛腿現(xiàn)象；
c)由于座車平臺跨距較大，在不同的坡度情況下，左右大梁受力不一致，后平臺存在一定程度的相對扭轉(zhuǎn)，一個雙軸傾角傳感器無法真實反映整個平臺(前、后兩個平臺)的傾角值。
[0003]d)特種車若采用空氣懸架結(jié)構(gòu)，通過氣囊的充氣、放氣來實現(xiàn)大梁高度的上升與下降?？諝鈶壹艿臍饽覅⑴c，會干擾調(diào)平過程。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)4點支撐式車體快速自動調(diào)平系統(tǒng)，用一雙軸液體擺作為水平度敏感元件，以4組單桿活塞液壓缸和電液比例流量閥為核心的液壓系統(tǒng)作為調(diào)平執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用計算機(jī)對調(diào)平過程進(jìn)行控制。采用基于4點支撐的位置誤差控制調(diào)平方法，多點同時調(diào)節(jié)，調(diào)平過程完全依賴于水平傳感器與單片機(jī)的實時通信，系統(tǒng)中剛度的提高是以增加靜不定次數(shù)為代價，使用壓力傳感器降低靜不定次數(shù)，這大大增加了平臺的復(fù)雜性。依靠增加支撐方式使其盡可能的接近理論意義上的剛性平臺會增加平臺的靜不定次數(shù)，就會給調(diào)平系統(tǒng)帶來新的虛腿問題。在高次靜不定系統(tǒng)的調(diào)平過程中，虛腿問題成了一個突出問題。為了解決系統(tǒng)由于高次超靜定產(chǎn)生的虛腿問題，傳統(tǒng)的解決方法是控制策略借助于力傳感器測量來實現(xiàn)。但由于支腿常年工作在惡劣的環(huán)境下，如果采用力傳感器測量的方式，傳感器的靈敏度和精度容易有所下降甚至失效、如果不使用力傳感器，在平臺實際應(yīng)用中，虛腿與實腿的區(qū)分難以界定，將會造成腿力的不確定性和多解性。在調(diào)平系統(tǒng)中，要將等效負(fù)載限制在某一個區(qū)域之內(nèi)也比較困難。目前的發(fā)展趨勢為盡可能的不使用力傳感器，而是通過控制策略來保證系統(tǒng)在高次靜不定情況下不產(chǎn)生虛腿問題。
[0005]在調(diào)平系統(tǒng)的控制方面，大都采用傳統(tǒng)的PID控制方法。在這些調(diào)平方式中，前提是建立精確地數(shù)學(xué)模型，這勢必對模型要求非常高，而在考慮實際情況的前提下，一些非線性，時變性因素將會對建立模型在實際應(yīng)用中帶來嚴(yán)峻的考驗。傳統(tǒng)的PID控制難以協(xié)調(diào)快速性和穩(wěn)定性之間的矛盾，在參數(shù)變化和外界干擾的情況下其魯棒性也不好。在大跨距下，傳感器探測“盲區(qū)”、前后平臺難以兼顧、調(diào)平支腿壓力超壓、系統(tǒng)產(chǎn)生虛腿等不穩(wěn)定的問題。調(diào)平控制方法不能簡單的推廣到雙平臺系統(tǒng)，算法上也未考慮各種坡度工況，調(diào)平場地適應(yīng)性差。在目前，要滿足工業(yè)要求的高精度方面，解決平臺的非剛性問題是最主要的難題，系統(tǒng)穩(wěn)定與精度同樣重要，如何解決平臺的可靠性問題，也是現(xiàn)在控制領(lǐng)域研究的一個重要問題。平臺可靠性，精度成為現(xiàn)代精密儀器使用中急需解決的問題，國內(nèi)技術(shù)研究相對比較薄弱，而國外如美國powegear公司引進(jìn)的140-1229調(diào)平系統(tǒng)和美國HWH公司引進(jìn)的625系列調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平精度也不高。
[0006]工作平臺一般分為兩大類:動基座平臺和靜基座平臺。動基座平臺用于移動載體上某裝置的調(diào)平要求快速實時的調(diào)平控制系統(tǒng)，其載荷一般不大，這種平臺的控制方法和實際應(yīng)用已經(jīng)比較成熟。靜基座平臺用于固定基座上某裝置的調(diào)平，或運動載體在停止以后的快速自動調(diào)平。這種平臺的特點是工作平臺與載體一起調(diào)平，因而在結(jié)構(gòu)上多采用多點支承結(jié)構(gòu)來加強(qiáng)平臺的剛度來減少變形。平臺調(diào)平完成后還需對平臺進(jìn)行位置鎖定，防止在重載情況下失平。目前在對靜基座平臺調(diào)平方面的研究還不是很多，在這方面投入的科研力量也不充足。國內(nèi)目前有很大一部分的科研力量集中在工程應(yīng)用的研究上，在對這類問題建立數(shù)學(xué)模型方面還沒有形成一個可行的理論體系和較好的解決方案，特別是在虛腿的解決方案上還沒有一個行之有效的解決方案。國內(nèi)目前有很多的工程應(yīng)用都采用了機(jī)械液壓式調(diào)平方法。這種方法具有代表性的工作原理是:PLC輸出脈寬調(diào)制(PWM)信號，以PWM工作方式作為高速開關(guān)閥的先導(dǎo)控制級，普通液控?fù)Q向閥作為高速開關(guān)閥功率放大級。通過傾角傳感器反饋的信號，不斷調(diào)整控制高速開關(guān)閥的PWM信號的占空比，即可控制液控?fù)Q向閥閥心的位移實現(xiàn)對油缸位移的控制最終完成機(jī)器平臺的自動調(diào)平。這種調(diào)平方式雖然在一定程度上可以實現(xiàn)調(diào)平的自動化，但也只適用于那些調(diào)平精度要求不高的場合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為實現(xiàn)長跨距、雙平臺自動調(diào)平系統(tǒng)的可靠使用，以保證達(dá)到武器系統(tǒng)規(guī)定的調(diào)平精度要求，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種調(diào)平時間短，調(diào)平精度高，可靠性高，控制實時性強(qiáng)，坡度適應(yīng)性好，工作安全可靠的自動調(diào)平系統(tǒng)。以解決在大跨距下，傳感器探測“盲區(qū)”、前后平臺難以兼顧、調(diào)平支腿壓力超壓、系統(tǒng)產(chǎn)生虛腿等不穩(wěn)定的問題。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種長跨距雙平臺自動調(diào)平控制系統(tǒng)，包括:在同一車體上的兩個平臺、監(jiān)控調(diào)平支腿油缸壓力狀態(tài)的壓力傳感器、分別檢測兩個平臺傾角的雙軸傳感器、通過電連接顯示單元的主控單元、串聯(lián)主控單元的多路閥控制板和電連接多路閥控制板的多路電液比例換向閥組，并組成分散控制系統(tǒng)，其特征在于:顯示器發(fā)出控制命令給主控單元，主控單元以主控板為控制樞紐，通過調(diào)平軟件產(chǎn)生的控制命令，解析并發(fā)出控制命令，以分布串聯(lián)的多路閥控制板為輸出放大級，發(fā)送到多路電液比例換向閥組，控制各支腿調(diào)平油缸完成調(diào)平動作，支腿調(diào)平油缸動作過程，利用兩個電連接主控板的雙軸傾角傳感器分別實時檢監(jiān)測兩個平臺的角度，用電連接主控板的壓力傳感器檢測調(diào)平支腿油缸的動態(tài)壓力，雙軸傾角傳感器并通過CAN總線與多路閥控制板、主控單元通訊，主控單元通過相應(yīng)的大坡度和小坡度軟件算法策略，區(qū)分為車頭朝上、車頭朝下兩種工況，最終實現(xiàn)兩個平臺均達(dá)到不同坡度下的調(diào)平精度要求。
[0009]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
調(diào)平時間短，調(diào)平精度高，可靠性高，本發(fā)明使用壓力傳感器進(jìn)行動態(tài)壓力檢測，檢測四個支腿伸出觸地時的壓力值，針對大坡度流量不足的問題，確定在不同坡度下調(diào)平支腿油缸需要的流量和確定多路電液比例換向閥組的驅(qū)動電壓，通過動態(tài)檢測四支腿觸地壓力可以保證四個支腿油缸受力相對均勻，確保支腿在調(diào)平過程中不會超過其額定工作壓力、利用兩個雙軸傾角傳感器分別檢測兩個平臺，用壓力傳感器檢測油缸的動態(tài)壓力，采用獨特的調(diào)平軟件策略，解決了兩個平臺難以同時兼顧、同時達(dá)到調(diào)平精度要求的問題。避免了調(diào)平過程中出現(xiàn)流量不足，產(chǎn)生卡滯的現(xiàn)象。將四支腿流量由固定值優(yōu)化為比例控制，在控制策略上加入探虛腿環(huán)