垂直发射平台姿态调平的偏差耦合同步控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种垂直发射平台姿态调平的偏差耦合同步控制方法，步骤如下：首先建立垂直发射平台姿态调平系统的数学模型；再通过基于偏差耦合的主动同步姿态调平控制方法调节位置；最后进行垂直发射平台姿态调平系统的联合仿真。本发明针对多缸系统中普遍存在的大偏载、强耦合、强非线性及参数时变等特性，提出了一种耦合同步控制方法——偏差耦合控制，该法采用误差补偿器对多缸同步误差进行前馈补偿控制，考虑了自身以及其他各通道的运动状态，有效地处理了各通道间的耦合关系，从而减小各个子通道的同步误差，达到同步运动的目的。对比仿真结果验证了引入该同步控制方法的有效性。
【专利说明】
垂直发射平台姿态调平的偏差耦合同步控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于电液伺服控制技术领域，特别是一种垂直发射平台姿态调平的偏差耦 合同步控制方法。
【背景技术】
[0002] 作为地面武器的中坚力量，车载导弹具备野外发射、避开敌方雷达侦察的优势，能 够最大程度地打击敌人和保存自己，因此对于导弹发射装置来说，高机动性能和快速反应 性能则是为我方争取作战时间的关键因素。传统导弹多用倾斜发射，存在发射盲区，而垂直 发射具有结构简单、无死角发射、反应迅速、射程远等优点，已得到广泛应用。但由于受到战 场环境以及装备性能的直接影响，垂直发射装置从放列，调平到撤收一系列的转换动作，其 所需时间差距较大，这也是制约武器系统作战能力的重要环节。研究表明，导弹发射前发射 平台的调平时间占整个转换时间的三分之一。因此，研发高效率、高精度和快速的调平技术 对减少导弹武器发射前的准备时间，提高武器系统的快速反应能力、精确打击能力和生存 能力有着重要的理论意义和实际价值。
[0003] 随着工业技术的发展，大型、重载设备的运动单靠传统的单执行机构驱动方式显 然已经无法满足现代工程的要求，而液压同步驱动因其功率密度大、结构简单以及易于实 现自动化等优势逐步被工业领域广泛应用，尤其是近年来在重载平台、大型钻机、机器人控 制以及机动雷达、防空武器发射平台等领域，多液压执行机构同步驱动已经屡见不鲜，在工 程实际中具有很大的发展空间，研究意义重大。经典液压同步控制方法主要是由 Robert .D. Lorenz和Y.Koren提出并发展起来的，主要分为以下3类：同等方式、主从式和交 叉耦合控制。随着航空航天、军用雷达以及重载提升领域对高精度同步运动要求的提高，经 典同步控制方法面临了一系列的问题，如对于具有外界扰动、强耦合、参数时变以及强非线 性的系统，经典同步控制方法己无法实现高精度同步的要求。随着计算机以及控制理论的 发展，偏差耦合同步控制方法应运而生。
[0004] 偏差耦合同步控制的原理是将系统中某被控对象与其他控制对象分别比较，然后 将所得偏差信号进行相加作为该控制对象的补偿信号。这种控制算法最主要的改进在于利 用各个系统之间的阻尼系数关系，将相对信号添加到反馈信号中。偏差耦合控制结构源于 传统的交叉耦合同步控制，只是在其基础上做了一些改进，使其既能克服交叉耦合控制的 一些缺点，又能保留交叉耦合控制高精度等特性。对于具有外界扰动、强耦合、参数时变以 及强非线性的系统，能够实现高精度同步的要求。
[0005] 目前，偏差耦合同步控制主要应用于多电机同步控制领域，而在多液压缸同步控 制领域的研究还处于一个起步阶段。因此，设计开发一个合理有效的液压同步系统，并借鉴 耦合同步控制方法在多电机同步控制领域的研究成果，再辅之于合适的控制算法对多液压 缸同步控制系统进行研究，从液压系统及其控制算法这两个方面着手来提高多液压缸同步 控制系统的同步性能具有很大的发展潜力，是一个崭新的学术课题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种垂直发射平台姿态调平的偏差耦合同步控制方法，旨在 解决多轴运动系统中由于外界干扰因素导致的各轴动态特性不匹配问题，探索一种有效的 多液压缸同步控制技术，使各通道间的参数一致，弱化模型不确定性的影响，从而提高同步 精度。
[0007] 实现本发明目的的技术解决方案为:一种垂直发射平台姿态调平的偏差耦合同步 控制方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1，建立垂直发射平台姿态调平系统的数学模型：
[0009] 具体如下：
[0010]根据坐标系间坐标变换理论，任意一个非水平状态的坐标系均由一个水平坐标系 依次以X轴、Y轴、Z轴为旋转轴转过一定角度得到，而最终生成的坐标系与原水平坐标系间 的坐标变换矩阵#有如下关系式：
[0013]其中，α、β和γ分别为发射平台X轴、Y轴、Z轴方向的倾角，Ra为坐标系0ΧΑ到坐标 系OXqZq的二维坐标变换矩阵，Re为坐标系ΟΥιΖι到坐标系OYqZq的二维坐标变换矩阵，RY为坐 标系ΟΧιΥι到坐标系OXqYq的二维坐标变换矩阵；
[0014] 设各支腿在平台坐标系0ΧΛΖ冲的坐标为1Pi = (iPix，，iPiz )τ，在水平坐标系 ΟΧοΥοΖο中的坐标为0Pi = (0Pix，0Piy，0P iz)τ，发射平台的重心G在0ΧΛΖ!坐标系中的坐标为1G =(t，心，^)τ，在ΟΧοΥοΖ。坐标系中的坐标为 °G = (°GX，°Gy，°GZ)τ;
[0015] 结合发射平台调平的实际情况，式(5)简化为
[0017] 已知1G=(Gx，Gy，0)T，发射平台四个支腿在平台坐标系中的坐标分别为 1?:=(0,0， 0)\中2=〇^，0,0)7>3 = 〇^，0)7>4=(0，11，0)7，其中1^为发射平台的长，!1为发射平台的 宽；
[0018] 由. W (KU,3,4),得到水平坐标系下的各点坐标：
[0019] °Pi=(0,0,0)T (7)
[0020] °P2=(L cosa,〇,-L sina)T (8)
[0021] 0P3=(L cosa+H sinasinP，H cos0，_L sina+H cosasinP)1" (9)
[0022] °P4=(H sinasinP,H cosP,H cosasinP)T (10)
[0023] 〇G=(Gx cosa+Gy sinasinP，Gy cos0，_Gx sina+Gy cosasinP)1" (11)
[0024] 即垂直发射平台姿态调平系统的数学模型。
[0025] 步骤2,通过基于偏差耦合的主动同步姿态调平控制方法调节位置：
[0026] 具体如下：
[0027] 所述垂直发射平台的每条支腿均对应一个单出杆液压缸；
[0028]步骤2-1，判断最高支撑腿
[0029] 当发射平台处于非水平状态时，支腿1为坐标系原点，倾角α和β的正负由右手螺旋 法则判定，其中α和β分别对应平台的横滚角和俯仰角；
[0030] 步骤2-2,计算高度差
[0031]由于平台倾角为小角度，为了方便计算，近似有cosa = cos0=l，sina = a，sin0 = β;于是￥简化成
[0035] 得到各支撑点在水平坐标系中Z方向上的坐标为Vlz
[0036] °Ρ?ζ = -α1Ρ?χ+β1Ρ?γ (14)
[0037] 由于平台调平前是预支承状态，初始倾角为αο,βο;代入式（14)得到一个最高支撑 点，设最高点由此得到任意时刻各支撑点的位置误差&为：
[0038] e i = °Phz-°Piz = -a〇 (^hx-^ix) +β〇 (^hy^iy) (15)
[0039] 1)当aQ〈0，β〇>0时，得到初始状态支腿3最高，支腿1最低，将各支撑点坐标代入式 (15)得：
[0040] ei = -aoL+βοΗ, Θ2 = β〇Η, e3 = 0, e4=-a〇L (16)
[0041] 因此，支腿上升的总行程D为：
[0043] 调平时间由最低支腿1的位置误差的大小决定：
[0044] T = ei/v= (-aoL+βοΗ)/v (18)
[0045] 其中T为调平时间，￥为液压缸的上升速度；
[0046] 2)当α〇>〇，β〇>〇时，得到初始状态支腿4最高，支腿2最低，将各支撑点坐标代入式 (15)得：
[0047] ei = PoH,e2 = a〇L+PoH,e3 = a〇L,e4 = 0
[0048] 因此，支腿上升的总行程为：
[0050] 调平时间由最低支腿2的位置误差的大小决定：
[0051] T = e2/v= (aoL+βοΗ)/ν
[0052] 3)当α〇>〇，β〇〈〇时，得到初始状态支腿1最高，支腿3最低，将各支撑点坐标代入式 (15)得：
[0053] ei = 0 ,e2 = a〇L,e3 = a〇L-0oH,e4=-0oH
[0054] 因此，支腿上升的总行程为：
[0056] 调平时间由最低支腿3的位置误差e3大小决定：
[0057] T = e3/v= (a〇L-0oH)/v
[0058] 4)当α〇〈〇，β〇〈〇时，得到初始状态支腿2最高，支腿4最低，将各支撑点坐标代入式 (15)得：
[0059 ] ei = -a〇L, e2 = 0, e3 = -β〇Η, Θ4 = -aoL-βοΗ
[0060]因此，支腿上升的总行程为：
[0062] 调平时间由最低支腿4的位置误差e4大小决定：
[0063] T = e4/v= (-aoL-βοΗ)/ν；
[0064] 步骤2-3,通过偏差耦合同步控制算法，获得更好的同步控制性能：
[0065] 四条支腿分为四条平行支路，每条支路包括依次连接的误差补偿器、加法器、控制 器和支腿，误差补偿器包括第一加法器、第一增益补偿器、第二加法器、第二增益补偿器和 第三加法器，第一加法器和第一增益补偿器串联为第一支路，第二加法器和第二增益补偿 器串联为第二支路，第一支路和第二支路并联后与第三加法器串联，每个液压缸将输出位 置反馈信号作为误差补偿器的输入信号，支腿η的位置输出分别与其余液压缸位置输出进 行比较，随后将各个通道的差值传送到对应的增益补偿器，最后将各个补偿值相加后作为 支腿η的误差补偿信号对支腿η进行位置控制，从而实现支腿η与其他支腿间的协调同步运 动;误差补偿器各通道中的补偿增益K nj对各个通道间的参数差异进行补偿，从而消除控制 通道间的参数差异性对系统同步性能的影响;其中n、j均为支腿序号，j不为最高支腿序号， 且n, j = l~4, j乒 η;
[0066] 误差控制变量21为各支腿自身的位置误差与支腿间的位置同步误差的线性组合， 即
[0068]步骤3,进行垂直发射平台姿态调平系统的联合仿真：
[0069] 具体如下：
[0070] 首先根据发射平台实际工况，确定相关参数;之后在AMESim和Simulink中进行建 模仿真，具体步骤如下：
[0071] 步骤3-1，在AMESim中对四点支撑发射平台进行建模，包括平台结构和液压支腿的 建模；
[0072] 步骤3-2,在Simulink中对调平方法和控制算法进行建模，为了方便对比仿真验 证，控制算法采用经典PID控制和基于偏差耦合的PID控制进行仿真；
[0073] 步骤3-3,进行发射平台姿态调平系统的AMESim和Simulink联合仿真，获取平台调 平对比仿真结果。
[0074] 本发明与现有技术相比，其显著优点是：
[0075] 1)本发明从同步运动控制角度出发，针对多液压缸运动过程中各通道间的耦合效 应，以往采用主从同步和并行同步的经典同步控制方法已不能满足高精度同步的要求，故 尝试将偏差耦合控制方法引入其中，弱化各通道间的耦合关系，以获得较好的同步稳定性。
[0076] 2)偏差耦合属于耦合同步控制方法，目前运用在多电机同步控制领域居多，将该 法运用在实际多液压缸同步系统中也是本发明的新颖之处。
[0077] 3)本发明将偏差耦合控制方法融入PID控制中形成新型的PID控制器，以克服传统 PID控制在处理多缸系统固有的耦合、非线性等特性的不足。
【附图说明】
[0078] 图1为本发明的坐标系旋转示意图。
[0079] 图2为本发明的非水平状态下发射平台简图。
[0080] 图3为本发明的偏差耦合控制原理图。
[0081] 图4为本发明的支腿1的第一误差补偿器内部结构。
[0082] 图5为本发明的平台倾角变化曲线图(经典PID控制下）。
[0083] 图6为本发明的平台各支腿位移变化曲线图(经典PID控制下）。
[0084] 图7为本发明的平台倾角变化曲线图（基于偏差耦合的PID控制下）。
[0085] 图8为本发明的平台各支腿位移变化曲线图（基于偏差耦合的PID控制下）。
[0086]图9为本发明的方法流程图。
[0087]图10为本发明的发射平台结构图。
【具体实施方式】
[0088] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0089] 结合图1至图4以及图9和图10,一种垂直发射平台姿态调平的偏差耦合同步控制 方法，包括以下步骤：
[0090]步骤1，建立垂直发射平台姿态调平系统的数学模型，具体如下：
[0091 ] 设OXqYqZq为水平坐标系，保持静止不动，ΟΧιΥιΖι为非水平坐标系，由水平坐标系 ΟΧοΥοΖο经过一系列旋转得到，其旋转变化示意图如图1所示。此处规定旋转角方向满足右手 螺旋定则，即大拇指指向旋转轴的正方向，四指弯曲方向即为旋转角的正方向。
[0092]根据坐标系间坐标变换理论，任意一个非水平状态的坐标系均由一个水平坐标系 依次以X轴、Υ轴、Ζ轴为旋转轴转过一定角度得到，而最终生成的坐标系与原水平坐标系间 的坐标变换矩阵〗￡有如下关系式：
[0093] 1R-KKR,, (1)
[0094] 其中，Ra为坐标系OXiZi到坐标系ΟΧοΖο的二维坐标变换矩阵，其值为
[0096]以Xo轴为旋转轴转过β角度时的坐标变换矩阵Re为
[0098]以Zo为轴转过γ角度时的RY为
[0100]将对应的矩阵值代入，得到
[0102] 假定此时发射平台处于非水平状态，平台的简化模型如图2所示，平台X轴方向倾 角为α，Y轴方向倾角为β，ΟΧοΥοΖο为水平坐标系，0ΧΛΖ!为平台坐标系（与平台固联）。设各支 腿在平台坐标系ΟΧιΥιΖι中的坐标为 1Pi =(，Ay，)τ，在水平坐标系OXqYqZo中的坐标 为Vi = (QPix，QPiy，QPiz)τ，发射平台的重心G在OXiYiZi坐标系中的坐标为 1G = (kx，by，kz)τ， 在ΟΧοΥοΖο坐标系中的坐标为QG = (QGX，QGy，QG Z)τ。
[0103] 从前面得知，式(5)为一般情况下非水平坐标系与水平坐标系间的变换矩阵，结合 发射平台调平的实际情况，矩阵中的α和β分别对应平台的横滚角和俯仰角，而由于四条支 撑腿一端与平台刚性连接，另一端与地面接触，其在Χ0Υ平面内的平动几乎为零，因此平台 绕Ζ轴的旋转角γ小到忽略不计，即sin γ =0,cos γ =1。因此，式(5)简化为
[0105] 已知1G=(Gx，Gy，0)T，发射平台四个支腿在平台坐标系中的坐标分别为 1?:=(0,0， 0)\中2=〇^，0,0)7>3 = 〇^，0)7>4=(0，11，0)7，其中1^为发射平台的长，!1为发射平台的 宽；
[0106] 由_卞=乂 A，％=>匕卜1,2,3,4)，得到水平坐标系下的各点坐标：
[0107] °Pi=(0,0,0)T (7)
[0108] °P2=(L cosa,〇,-L sina)T (8)
[0109] 0P3=(L cosa+H sinasinP，H cos0，_L sina+H cosasinP)1" (9)
[0110] °P4=(H sinasinP,H cosP,H cosasinP)T (10)
[0111] 0G=(Gx cosa+Gy sinasinP，Gy cos0，_Gx sina+Gy cosasinP)1" (11)
[0112] 即垂直发射平台姿态调平系统的数学模型。
[0113] 步骤2,通过基于偏差耦合的主动同步姿态调平控制方法调节位置，具体如下：
[0114] 垂直发射平台的姿态调平采用"追逐最高点"调平法。平台经过预支承后，一般处 于非水平状态，此时必有一个最高支撑点，调平时保持最高点不动，其余支撑点向上运动与 之看齐，最终和最高点平齐即处于水平状态。具体实施步骤如下：
[0115] 所述垂直发射平台的每条支腿均对应一个单出杆液压缸；
[0116] 步骤2-1，判断最高支撑腿
[0117] 图2所示的发射平台处于非水平状态，支腿1为坐标系原点，倾角α和β的正负由右 手螺旋法则判定，图示为α〈0，β>0，此时支腿3最高，支腿1最低；
[0118] 步骤2-2,计算高度差
[0119]由于平台倾角为小角度，为了方便计算，近似有cosa = cosP=l，sina = a，sinP = β;于是0简化成
[0123] 得到各支撑点在水平坐标系中Z方向上的坐标为
[0124] °Piz = -a1Pix+e1Piy (14)
[0125] 由于平台调平前是预支承状态，初始倾角为αο,βο;代入式（14)得到一个最高支撑 点，设最高点由此得到任意时刻各支撑点的位置误差为：
[0126] e i = °Phz-°Piz = -a〇 (^hx-^ix) +β〇 (^hy^iy) (15)
[0127] 以α〇〈0，β〇>0为例，得到初始状态支腿3最高，支腿1最低，将各支撑点坐标代入上式 得：
[0128] ei = -aoL+βοΗ, Θ2 = β〇Η, e3 = 0, e4=-a〇L (16)
[0129] 因此，支腿上升的总行程为：
[0131 ]调平时间由最低支腿1的位置误差大小决定：
[0132] T = ei/v= (-aoL+βοΗ)/v (18)
[0133] 其中T为调平时间（s)，vS液压缸的上升速度(m/s)。
[0134] 其他三种情况如下：
[0135] 当α〇>〇，β〇>〇时，得到初始状态支腿4最高，支腿2最低，将各支撑点坐标代入式(15) 得：
[0136] ei = PoH,e2 = a〇L+PoH,e3 = a〇L,e4 = 0
[0137] 因此，支腿上升的总行程为：
[0139]调平时间由最低支腿2的位置误差的大小决定：
[0140] T = e2/v= (a〇L+PoH)/v
[0141] 当α〇>〇，β〇〈〇时，得到初始状态支腿1最高，支腿3最低，将各支撑点坐标代入式(15) 得：
[0142] ei = 0 ,e2 = a〇L,e3 = a〇L-0oH,e4=-0oH
[0143] 因此，支腿上升的总行程为：
[0145] 调平时间由最低支腿3的位置误差e3大小决定：
[0146] T = e3/v= (a〇L-0oH)/v
[0147] 当α〇〈〇，β〇〈〇时，得到初始状态支腿2最高，支腿4最低，将各支撑点坐标代入式（15) 得：
[0148] ei = -a〇L, e2 = 0, e3 = -β〇Η, Θ4 = -aoL-βοΗ
[0149] 因此，支腿上升的总行程为：
[0151] 调平时间由最低支腿4的位置误差e4大小决定：
[0152] T = e4/v= (-aoL-βοΗ)/ν〇
[0153] 步骤2-3,通过偏差耦合同步控制算法，获得更好的同步控制性能：
[0154] 对于多液压缸同步控制系统，引入偏差耦合同步控制方法能够获得较好的同步稳 定性。该法的核心思想是，将每一个子通道的输出都与其他通道的输出进行比较，所得的偏 差乘以相应的增益系数后再相加作为该通道的误差补偿信号。具体的控制原理如图3所示。 对于所要讨论的四点支撑发射平台（假设支腿3最高即 Xd = X3)，该控制方法的特殊性在于采 用误差补偿器对多缸同步误差进行前馈补偿控制，通过误差补偿器将各支腿与其余支腿 (除最高支腿)的位置输出作差并线性组合后作为该支腿的同步误差补偿信号，再加上各支 腿自身的位置误差，经过线性处理后对控制器发出控制信号，从而使同步误差减小直至为 〇,最终达到同步运动的目的。以支腿1为例，其误差补偿器内部结构如图4所示。
[0155] 由图4看出，误差补偿器综合体现了所有待调节液压缸的运行状态，即每个液压缸 将输出位置反馈信号作为误差补偿器的输入信号，支腿1的位置输出分别与其余液压缸位 置输出进行比较，随后将各个通道的差值传送到对应的增益补偿器，最后将各个补偿值相 加后作为支腿1的误差补偿信号对支腿1进行位置控制，从而实现支腿1与其他支腿间的协 调同步运动。误差补偿器各通道中的补偿增益对各个通道间的参数差异进行补偿，从而 消除控制通道间的参数差异性对系统同步性能的影响；其中j为支腿序号，j不为最高支腿 序号，且j = 2~4, j乒3。
[0156] 误差控制变量21为各支腿自身的位置误差与支腿间的位置同步误差的线性组合， 即
[0158]步骤3,进行垂直发射平台姿态调平系统的联合仿真，具体如下：
[0159]根据发射平台实际工况，具体参数设置如下：
[0160]初始倾角α〇 = -〇·88°，β〇= 1 ·92° ;发射平台尺寸为LXH= 10605mmX2800mm。
[0161 ]由α〈〇，β>〇得知，支腿3最高，支腿2次高，支腿4次低，支腿1最低。
[0162] 由式（15)，各支撑点i与最高点h间的初始位置误差分别为：ei = | α〇 | L+βοΗ = 254.28mm，e2 = i5()H=95 · 20mm，e3 = 0，e4= I α〇 I L = 159 · 08mm
[0163] 经典PID控制:选取PID参数为kP = 220，ki = 0，kd= 10，仿真运行时间为10s;基于偏 差耦合的PID控制:选取PID参数为1^ = 220，匕=0，1^ = 0，仿真运行时间为58。
[0164] 建模仿真过程在AMESim和Simulink中进行，具体步骤如下：
[0165] 步骤3-1，在AMESim中对四点支撑发射平台进行建模，包括平台结构和液压支腿的 建模；
[0166] 步骤3-2,在Simulink中对调平方法和控制算法进行建模，为了方便对比仿真验 证，控制算法采用经典PID控制和基于偏差耦合的PID控制进行仿真；
[0167] 步骤3-3,进行发射平台姿态调平系统的AMESim和Simulink联合仿真，获取平台调 平对比仿真结果。
[0168] 说明书附图中图5和图6是经典PID控制下，发射平台倾角变化曲线图和各支腿位 移变化曲线图。由图得知，发射平台的调平精度为±(0.7X10- 3)°即±2.52〃，调平时间为 6.5s〇
[0169] 说明书附图中图7和图8是基于偏差耦合的PID控制下，发射平台倾角变化曲线图 和各支腿位移变化曲线图。由图得知，发射平台的调平精度为±(0.3X10- 4)°即±0.108〃， 调平时间为4.5s。
[0170] 由此易见，将偏差耦合控制方法融入PID控制器中，能够实现多液压缸的同步运 动，提高调平精度，减少调平时间。
【主权项】
1. 一种垂直发射平台姿态调平的偏差禪合同步控制方法，其特征在于，包括W下步骤： 步骤1，建立垂直发射平台姿态调平系统的数学模型； 步骤2,通过基于偏差禪合的主动同步姿态调平控制方法调节位置； 步骤3,进行垂直发射平台姿态调平系统的联合仿真。2. 根据权利要求1所述的垂直发射平台姿态调平的偏差禪合同步控制方法，其特征在 于，步骤1所述建立垂直发射平台姿态调平系统的数学模型，具体如下： 根据坐标系间坐标变换理论，任意一个非水平状态的坐标系均由一个水平坐标系依次 WX轴、Y轴、Z轴为旋转轴转过一定角度得到，而最终生成的坐标系与原水平坐标系间的坐 标变换矩阵托有如下关系式：其中，α、β和γ分别为发射平台X轴、Y轴、Z轴方向的倾角，Ra为坐标系OXiZi到坐标系 ΟΧοΖο的二维坐标变换矩阵，Re为坐标系OYiZi到坐标系ΟΥοΖο的二维坐标变换矩阵，Κγ为坐标 系OXiYi到坐标系ΟΧοΥο的二维坐标变换矩阵； 设各支腿在平台坐标系OXiYiZi中的坐标为iPi = (iPix，iPiy，iPiz )τ，在水平坐标系ΟΧοΥοΖο 中的坐标为咕1=(咕1、，中巧，中。八发射平台的重屯、6在0乂诗121坐标系中的坐标为吃=(也， 也，iGz) T，在ΟΧοΥοΖο坐标系中的坐标为％ =(也，吃y，吃Z) T; 结合发射平台调平的实际情况，式巧)简化为樹 已知lG=(Gx，Gy，0)τ，发射平台四个支腿在平台坐标系中的坐标分别为lPl = (0,0,0)τ， 中2=化，0,0)τ，?ρ3=化，H，0)τ，lp4=(0，H，0)τ，其中L为发射平台的长，H为发射平台的宽； 由If，"(,'='1'化.它(仁1,2,3,4):.得到水平坐标系下的各点坐标：即垂直发射平台姿态调平系统的数学模型。3. 根据权利要求1所述的垂直发射平台姿态调平的偏差禪合同步控制方法，其特征在 于，步骤2所述通过基于偏差禪合的主动同步姿态调平控制方法调节位置，具体如下： 所述垂直发射平台的每条支腿均对应一个单出杆液压缸； 步骤2-1，判断最高支撑腿 当发射平台处于非水平状态时，支腿1为坐标系原点，倾角α和0的正负由右手螺旋法则 判定，其中α和β分别对应平台的横滚角和俯仰角； 步骤2-2,计算高度差 由于平台倾角为小角度，为了方便计算，近似有。〇3〇 = (；〇30=1，31]1〇 = 〇,31扯=0;于 是掉简化成得到各支撑点在水平坐标系中Ζ方向上的坐标为Viz Viz = -aiPix+0iPiy (14) 由于平台调平前是预支承状态，初始倾角为α〇，β〇;代入式（14)得到一个最高支撑点，设 最高点i=h，中1Ζ《中hz;由此得到任意时刻各支撑点的位置误差ei为：;) 1) 当α〇<0，β〇〉0时，得到初始状态支腿3最高，支腿1最低，将各支撑点坐标代入式（15) 得：因此，支腿上升的总行程D为：件巧 调平时间由最低支腿1的位置误差ei大小决定： T = ei/v= (-α〇1+β〇Η)/ν (18) 其中Τ为调平时间，V为液压缸的上升速度； 2) 当α〇〉〇，β〇〉〇时，得到初始状态支腿4最高，支腿2最低，将各支撑点坐标代入式（15) 得：调平时间由最低支腿2的位置误差Θ2大小决定： Τ = θ2/ν= (α〇1+β〇Η)/ν 3) 当α〇〉〇，β〇<〇时，得到初始状态支腿1最高，支腿3最低，将各支撑点坐标代入式（15) 得： ei = 0, Θ2 = a〇L, Θ3 = a〇L-0oH, Θ4 = -β〇Η 因此，支腿上升的总行程为：调平时间由最低支腿3的位置误差Θ3大小决定： Τ = θ3/ν= (α〇1-β〇Η)/ν 4)当α〇<〇，β〇<〇时，得到初始状态支腿2最高，支腿4最低，将各支撑点坐标代入式（15) 得： ei = -a〇L, Θ2 = 0, Θ3 = -β〇Η, 64=-a〇L-0oH 因此，支腿上升的总行程为：调平时间由最低支腿4的位置误差Θ4大小决定： Τ = θ4/ν=(-曰 oL-β〇Η)/ν; 步骤2-3，通过偏差禪合同步控制算法，获得更好的同步控制性能： 四条支腿分为四条平行支路，每条支路包括依次连接的误差补偿器、加法器、控制器和 支腿，误差补偿器包括第一加法器、第一增益补偿器、第二加法器、第二增益补偿器和第Ξ 加法器，第一加法器和第一增益补偿器串联为第一支路，第二加法器和第二增益补偿器串 联为第二支路，第一支路和第二支路并联后与第Ξ加法器串联，每个液压缸将输出位置反 馈信号作为误差补偿器的输入信号，支腿η的位置输出分别与其余液压缸位置输出进行比 较，随后将各个通道的差值传送到对应的增益补偿器，最后将各个补偿值相加后作为支腿η 的误差补偿信号对支腿η进行位置控制，从而实现支腿η与其他支腿间的协调同步运动；误 差补偿器各通道中的补偿增益Κη苗f各个通道间的参数差异进行补偿，从而消除控制通道间 的参数差异性对系统同步性能的影响；其中η、j均为支腿序号，j不为最高支腿序号，且η, j =1~4,护η; 误差控制变量Zi为各支腿自身的位置误差与支腿间的位置同步误差的线性组合，即4.根据权利要求1所述的垂直发射平台姿态调平的偏差禪合同步控制方法，其特征在 于，步骤3所述进行垂直发射平台姿态调平系统的联合仿真，具体如下： 首先根据发射平台实际工况，确定相关参数;之后在AMESim和Simulink中进行建模仿 真，具体步骤如下： 步骤3-1，在AMESim中对四点支撑发射平台进行建模，包括平台结构和液压支腿的建 模； 步骤3-2,在Simulink中对调平方法和控制算法进行建模，为了方便对比仿真验证，控 制算法采用经典PID控制和基于偏差禪合的PID控制进行仿真； 步骤3-3,进行发射平台姿态调平系统的AMESim和Simulink联合仿真，获取平台调平对 比仿真结果。
【文档编号】G05D3/12GK106094881SQ201610431647
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】仇杨, 胡健, 刘春青, 马吴宁, 刘雷
【申请人】南京理工大学