一种基于倾角补偿的调平控制系统及其方法与流程

文档序号:19881033发布日期:2020-02-08 12:00
一种基于倾角补偿的调平控制系统及其方法与流程

本发明属于平台调平控制系统技术领域,尤其涉及一种基于倾角补偿的调平控制系统及其方法。



背景技术:

在某些车辆底盘平面上安装的上装设备,在工作时需要车辆底盘为其提供一个稳定的水平基准平面,方能符合其工作要求。

目前一般通过在底盘平面中心安装单倾角传感器来反馈底盘平面倾斜度,通过换向比例阀驱动调平支腿实现底盘的动调平。由于单倾角传感器仅根据传感器安装区域的倾斜度进行调平,会造成整体底盘平面调平精度不高,调平时间较长;同时采用单一的倾角传感器进行倾斜度监测,将导致调平过程中对距离底盘中心较远的位置不能进行辅助控制,不能完成高度差的校正,容易造成底盘前部平面相对于底盘平面中心发生扭转,使调平过程不协调,稳定性差。



技术实现要素:

本发明的目的在于:针对上述存在的问题,本发明提供了一种基于倾角补偿的调平控制系统及其方法。该方法同时采用多个倾角传感器进行辅助监测,可防止调平过程中车头和车尾调平状态不协调而发生相对扭转的现象。

为了实现上述目的,本发明采用如下的技术方案。

一种基于倾角补偿的调平控制系统,其特征在于:包括底盘、多根调平支腿、多个倾角传感器、液压阀组和调平控制器,调平支腿均匀对称的分布于底盘平面四角,每根调平支腿上均设置有压力传感器,倾角传感器分别安装于底盘平面的中心以及底盘平面前端位置,液压阀组用于分别控制调平支腿的伸出,调平控制器分别与倾角传感器、压力传感器以及液压阀组相连接。

进一步的,所述调平控制器采用can总线分别与倾角传感器、压力传感器和液压阀组分布式连接。

一种基于倾角补偿的调平控制方法,包括以下步骤:

s1、将底盘平面简化为平面xoz,然后将xoz平面划分为象限ⅰ、象限ⅱ、象限ⅲ和象限ⅳ,将调平支腿分别安装于各个象限上;

s2、通过安装在xoz平面中心的倾角传感器实时采集当前平面绕x轴的旋转角∠a和绕z轴的旋转角∠b;

s3、根据步骤s2中的旋转角∠a和绕z轴的旋转角∠b的正负值,判断出平面倾斜角落入底盘平面的哪个象限,来确定当前的需要作出调平动作的调平支腿;

s4、通过步骤s2中的倾角传感器采集到的倾角值计算出底盘平面倾角角度值θ;

s5、根据步骤s4中的θ值,采用增量式pid算法控制模型,计算调平支腿对应的液压阀组的开度控制值μk;

s6、通过底盘平面前端的倾角传感器监测前部平面的x轴转动角∠a′,然后根据∠a′的正负号以及绝对值大小来确定主体调平过程中,前部调平支腿即象限ⅰ调平支腿和象限ⅳ调平支腿辅助控制值μk';

s7、通过调平控制器输出对应的液压阀组开度控制值μk和支腿辅助控制值μk',驱动对应的调平支腿完成底盘平面的倾角调节。

进一步的,判断出平面倾斜角落入底盘平面的哪个象限判定程序如下:

∠a和∠b转角均为正角度,平面倾斜角为第ⅰ象限;

∠a为正角度∠b为负角度,平面倾斜角为第ⅱ象限;

∠a为负角度∠b为负角度,平面倾斜角为第ⅲ象限;

∠a为负角度∠b为正角度,平面倾斜角为第ⅳ象限;

其中,象限ⅰ~ⅳ分别对应调平支腿1~4.

进一步的,所述步骤s4中倾角角度值θ的计算方法如下:

将∠a和∠b转化为弧度值,其中绕x轴的转角弧度值为α,绕z轴的转角弧度值为γ,则有

α=(∠a*180.0)/π;

γ=(∠b*180.0)/π;

通过x轴与z轴的弧度值,计算平面倾角正弦值sinθ;

计算公式为:

通过反正弦函数,计算平面倾角角度值:

θ=arcsinθ/π*180.0;

进一步的,所述步骤s5中液压阀组的开度控制值μk的算法如下:

根据pid算法控制模型,其中规定:r为设定的调平精度,μ为阀组开度控制值,e=r-θ,pid算法的目的是寻找合适的θ更好的复现r;

uk=uk-1+kp(ek-ek-1)+kiek+kd(ek+ek-2-2ek-1)

其中:

式中kp为比例系数、ti为积分时间常数、td为微分时间常数,t为采样周期。下标k为采样序号,在软件调试阶段,应对kp、ti、td三个参数进行调试整定。

进一步的,所述步骤s6中支腿辅助控制值μk'的计算方法为:

如果∠a′为正,对象限ⅰ支腿辅助控制值μk';

如果∠a′为负,对象限ⅳ支腿辅助控制值μk';

将∠a′换算成弧度ε,根据比例系数计算辅助控制值,有μk'=k·ε;其中,k为经验比例系数。

本发明的有益效果在于:

1、本发明中,将支腿均匀对称安装在底盘平面的四个方位上,构建“四点调平”控制模型,并完成控制算法的推导,可实现底盘的快速,精准、稳定协调的调平;

2、采用“双倾角传感器”的方式,在调平过程中对距离底盘中心较远的位置进行辅助控制,完成高度差自校正,该方式可解决大长度、刚性差的汽车底盘在调平过程中出现的车头与车尾调平状态不协调,发生相对扭转的现象。

3、采用can总线进行传感器与执行机构的分布式安装,简化了电缆数量,使电气布局简洁,美观,系统经济性较好。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图;

图2是本发明中底盘平面象限划分示意图;

图3是本发明中pid控制算法模型。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1所示,一种基于倾角补偿的调平控制系统,包括底盘、多根调平支腿、多个倾角传感器、液压阀组和调平控制器,调平支腿均匀对称的分布于底盘平面四角,每根调平支腿上均设置有压力传感器,倾角传感器分别安装与底盘平面的中心以及底盘平面前端位置,液压阀组用于分别控制调平支腿的伸出,控制器分别与倾角传感器、压力传感器以及液压阀组相连接。

所述控制器采用can总线分别与倾角传感器、压力传感器和液压阀组分布式连接。

一种基于倾角补偿的调平控制方法,包括以下步骤:

s1、将底盘平面简化为平面xoz,然后将xoz平面划分为象限i、象限ii、象限iii和象限iv,将支腿分别安装于各个象限上;

s2、通过安装在xoz平面中心的倾角传感器实时采集当前平面绕x轴的旋转角∠a和绕z轴的旋转角∠b;

s3、根据步骤s2中的旋转角∠a和绕z轴的旋转角∠b的正负值,判断出平面倾斜角落入底盘平面的哪个象限,来确定当前的需要作出调平动作的支腿;

s4、通过步骤s1中的倾角传感器采集到的倾角值计算出底盘平面倾角角度值θ;

s5、根据步骤s4中的θ,采用增量式pid算法控制模型,计算调平支腿对应的液压阀组的开度控制值μk;

s6、通过底盘平面前端的倾角传感器监测前部平面的x轴转动角∠a′,然后根据∠a′的正负号以及绝对值大小来确定主体调平过程中,象限ⅰ支腿和象限ⅳ支腿的辅助控制值μk';

s7、通过调平控制器输出对应的液压阀组开度控制值μk和辅助控制值μk',驱动对应的调平支腿完成底盘平面的倾角调节。

如图2所示,判断出平面倾斜角落入底盘平面的哪个象限判定程序如下:

∠a和∠b转角均为正角度,平面倾斜角为第ⅰ象限;

∠a为正角度∠b为负角度,平面倾斜角为第ⅱ象限;

∠a为负角度∠b为负角度,平面倾斜角为第ⅲ象限;

∠a为负角度∠b为正角度,平面倾斜角为第ⅳ象限;

其中,象限ⅰ~ⅳ分别对应调平支腿1~4.

所述步骤s4中倾角角度值θ的计算方法如下:

将∠a和∠b转化为弧度值,其中绕x轴的转角弧度值为α,绕z轴的转角弧度值为γ,则有

α=(∠a*180.0)/π;

γ=(∠b*180.0)/π;

通过x轴与z轴的弧度值,计算平面倾角正弦值sinθ;

计算公式为:

通过反正弦函数,计算平面倾角角度值:

θ=arcsinθ/π*180.0;

所述步骤s5中液压阀组的开度控制值μk的算法如下:

如图3所示,其中规定:r为设定的调平精度,μ为阀组开度控制值,e=r-θ,pid算法的目的是寻找合适的θ更好的复现r;

uk=uk-1+kp(ek-ek-1)+kiek+kd(ek+ek-2-2ek-1)

其中:

式中kp为比例系数、ti为积分时间常数、td为微分时间常数,t为采样周期。下标k为采样序号,在软件调试阶段,应对kp、ti、td三个参数进行调试整定。

所述步骤s6中支腿辅助控制值μk'的计算方法为:

如果∠a′为正,对象限ⅰ支腿辅助控制值μk';

如果∠a′为负,对象限ⅳ支腿辅助控制值μk';

将∠a′换算成弧度ε,根据比例系数计算辅助控制值,有μk'=k·ε;其中,k为经验比例系数。

综上所示,一种基于倾角补偿的调平控制系统的控制过程为:

首先由底板平面中心的倾角传感器1实时监测底盘平面倾角值,确定当前倾角在可调节范围内;

再进行调平支腿的伸出操作,并通过该压力传感器实时监测各调平支腿油缸的压力值,直至所有调平支腿可靠着地承受载荷;

在所有调平支腿可靠承受载荷的情况下,根据四点调平控制算法,实时计算当前动作支腿以及该调平支腿的控制量值,驱动液压阀组完成对应调平支腿的伸出控制;

在调平过程中,通过倾角传感器2实时计算底盘前部平面的左右高度差,并根据高差大小和方向,计算出调平支腿1和调平支腿4的辅助控制值,驱动液压阀组完成前部平面高差的调整,以保持整体调平时,前部(车头位置)不发生“扭转”现象。

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