基于目标面的开关阀控液压系统智能调平技术

　　0 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,而且要求时间短、速度快、精度高、稳定性好。调平系统是一非线性时变系统,很难建立一个精确的数学模型;且在调平过程中会出现液压支腿之间、支腿与倾角之间的/牵连耦合0问题,多支撑的/虚腿0问题,不同的液压缸在调平系统中的机械特性、运动特性差别较大等问题,这需要采用自适应控制技术或者智能控制方法才能得以解决。液压调平系统广泛应用于军用机动雷达、导弹战车、激光武器发射平台以及工业过程中的静力压桩机、液压支架、大型钻机等领域,建立高精度快速的自动调平技术就显得至关重要了。

　　1 平面调平技术数学模型

　　重载大跨距支撑液压平台都是刚性平台,且液压支腿与平台之间都是固定链接的,平台模型如图1。液压支腿只有一个自由度,这点和Stewart液压平台有根本的不同,在调平的过程中,各支撑点不是固定不动,在伸长动作过程中,支腿受平台的牵引在地面上有移动,且这种位移是随机的,无法计算和衡量,其运行轨迹实际是一条复杂的空间曲线,这样就很难建立精确的数学模型。平台坐标关系如图2所示。平台X轴方向的倾角为A,Y轴方向的倾角为B,OXYZ为水平坐标系,OX'Y'Z'为平台坐标系。

　　通过空间坐标变换可得:

　　n为液压支腿的个数。

　　由上面的数学推导也可以看到支撑点在X、Y、Z平面内都有位移,尤其是在大跨度大角度的时候3个位移都比较大。因此,要想建立初始平面到最后的调平平面的数学模型是不现实的,之前有很多文献在建模时作了很多的假设这已经偏离了平台的实际情况。借助微分的思想将承载平台的复杂的空间运动进行离散,在局部坐标系中建立了调平的数学模型。初始平面到最后的调平平面插入若干目标平面对调平过程进行离散,而在两个相邻的平面即局部建立精确的调平模型,对于每一次调节来说,把研究对象从绝对坐标系移到相对坐标系内进行分析,在相对坐标系内水平倾角A、B不再是变量而是常量,在两相邻平面可以建立较准确的数学模型如图3,在X、Y方向在相对坐标系中没有位移差,而在Z方向可以得到下面的比例关系:

　　在某一个瞬时平面时,平台倾斜面如图3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‘L12’,44‘L14’。另外,假设平台X、Y方向的边长分别为a、b,传感器又可测得平台在方向的倾斜角A、B,于是有2、3、4各点相对1点的相对高度分别为: