一种大型升降平台多支点同步控制方法和控制系统与流程

本发明涉及工业控制领域，具体涉及一种大型升降平台多支点同步控制方法和控制系统。

背景技术：

大型升降平台由于平台自身重量大、起升高度高等特点，通常采用多个升降液压执行元件作为升降支点控制平台的升降运动，在升降过程中，由于液压执行元件存在的非线性摩擦阻力、液压系统的泄漏、液压元件的制造精度差异、液压元件长时间运转导致工作特性发生变化、负载不均匀等原因，各升降支点在升降时通常会产生较大的同步误差。当同步误差超过一定范围后，会导致平台倾斜、设备损坏等不利后果产生。以某大型检修升降平台为例，由于所需维修设备本身的特殊性，要求升降平台升降过程中同步精度达到10mm以内，否则平台将会倾斜，导致设备损坏，造成经济损失。

液压同步控制是提高升降同步精度的主要途径。液压同步控制主要有开环控制和闭环控制两种形式。

同步开环控制主要利用同步阀实现单向同步运动回路，同步精度主要依赖于同步阀的分流精度；或者通过串联两液压缸实现同步运动回路，同步精度主要依赖于两缸的工作面积的接近度。开环同步控制结构简单、成本低，但由于开环同步控制回路不能有效消除或抑制外界干扰等不利因素的影响，常用于对同步精度要求不高的场合，另外，开环控制方法也无法实现将同步误差控制在某一合理范围的技术要求。

当采用同步闭环控制时可对执行件的输出进行检测、反馈，并与输入信号进行比较，从而构成负反馈闭环控制，该系统可以消除和抑制开环控制系统中诸多不利因素的影响，常用于对同步精度要求比较高的场所，但组成复杂，且执行元件成本较高。现有技术中，同步闭环控制系统通常采用pid控制器和比例阀实现执行件的高精度同步控制，但比例阀成本较高，对于譬如大型升降平台这种精度要求不是特别高的应用场合而言较为浪费，且由于大型升降平台负重较大，频率较高的速度调节容易导致比例阀和执行元件的损坏。因此，寻找一种适用于大型升降平台的低成本的闭环同步控制方法成为本领域技术人员所研究的重要课题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种大型升降平台多支点同步控制方法和控制系统，能够低成本的准确控制大型升降平台各升降支点的同步误差不超过一定范围。

为实现上述目的，本发明提供了一种大型升降平台多支点同步控制方法，所述方法应用于大型升降平台，所述大型升降平台包括至少两个升降支点，所述方法包括：

分别获取每个升降支点的高度位置值；

比较每个升降支点的高度位置值，根据大型升降平台的运动状态确定最滞后升降支点；

计算每个升降支点与最滞后升降支点的高度偏差，高度偏差是指各升降支点的高度位置值与最滞后升降支点的高度位置值之差的绝对值；

根据各升降支点的高度偏差分别向对应的升降支点发送速度控制信号，以保证每个升降支点与所述最滞后升降支点的高度偏差不超过预设最大高度偏差。

进一步地，比较每个升降支点的高度位置值，根据大型升降平台的运动状态确定最滞后升降支点的方法为：

比较每个升降支点的高度位置值，选择出最大高度位置值和最小高度位置值；

若大型升降平台处于上升运动状态，则最小高度位置值对应的升降支点为最滞后支点；

若大型升降平台处于下降运动状态，则最大高度位置值对应的升降支点为最滞后支点。

进一步地，根据高度偏差分别向对应升降支点发送速度控制信号，以保证各升降支点与最滞后升降支点的高度偏差不超过预设最大高度偏差，具体包括：

根据预设最大高度偏差确定启动阈值和停止阈值；

比较各升降支点的高度偏差与启动阈值的大小；

如果高度偏差大于或等于启动阈值，向对应升降支点发送降低速度的控制信号，将速度由预设的第一额定速度调节至预设的第二额定速度，所述第二额定速度小于所述第一额定速度；

检测各升降支点的高度位置值，计算处于速度调节状态的升降支点与最滞后支点之间的高度偏差；

比较该高度偏差与停止阈值的大小，如果高度偏差小于停止阈值，向对应升降支点发送提高速度的速度控制信号，将对应升降支点的速度由第二额定速度恢复至第一额定速度。

进一步地，根据预设最大高度偏差确定启动阈值和停止阈值的方法包括以下步骤：

根据预设最大高度偏差确定启动阈值的数值范围，启动阈值的数值范围为：dstart＜dmax-2ξvht，其中，dmax为预设最大高度偏差，ξ为升降支点升降时实际速度中最大值和最小值的偏差比率，vh为第一额定速度，t为控制周期；

确定停止阈值的数值范围，停止阈值的数值范围为：dstop＞2[(1+0.5ξ)vh-(1-0.5ξ)vl]t，其中，ξ为升降支点升降时实际速度中最大值和最小值的偏差比率，vh为第一额定速度，vl为第二额定速度，t为控制周期；

根据启动阈值的数值范围、停止阈值的数值范围和启动阈值与停止阈值的数量关系确定启动阈值和停止阈值，其中，启动阈值与停止阈值的数量关系为启动阈值大于停止阈值。

本发明还提供了一种大型升降平台多支点同步控制系统，包括高度位置检测模块、计算模块和同步控制模块；每个升降支点对应一个高度位置检测模块；高度位置检测模块用于检测对应的每个升降支点的高度位置信号，并将高度位置信号发送给计算模块；计算模块用于根据每个升降支点的高度位置信号确定最滞后升降支点，然后将每个升降支点的高度位置信号与最滞后升降支点的高度位置信号进行比较，获得每个升降支点与最滞后升降支点之间的高度偏差，并将各升降支点的高度偏差发送给同步控制模块；同步控制模块用于根据各升降支点的高度偏差分别向对应升降支点发送速度控制信号，以保证各升降支点与最滞后升降支点的高度偏差不超过预设最大高度偏差。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明根据大型升降平台工作原理，将升降支点升降的额定速度设为两个值，通过两个额定速度的切换，控制各升降支点的高度位置之差不超过合理的误差范围，不需要利用pid控制器和比例阀，组成简单，保证同步精度的同时，可以有效降低执行元件成本，避免由于高频速度变动带来的高损耗。另外，本发明还提供了一种阈值确定方法，为准确控制各升降支点高度之间的偏差不超过最大高度偏差提供了解决方案。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明方法实施例的大型升降平台多支点同步控制方法流程图；

图2是本发明提供的大型升降平台多支点同步控制方法实施例中升降支点高度偏差与额定速度关系图；

图3是本发明提供的大型升降平台多支点同步控制方法实施例中启动阈值范围确定方法示意图；

图4是本发明提供的大型升降平台多支点同步控制方法实施例中停止阈值范围确定方法示意图；

图5是本发明提供的大型升降平台多支点同步控制方法实施例中启动阈值、停止阈值与控制周期的关系图；

图6是根据本发明系统实施例的大型升降平台多支点同步控制系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

方法实施例：

参见图1，该图为本发明提供了大型升降平台多支点同步控制方法实施例流程图。

本实施例提供的大型升降平台多支点同步控制方法，包括以下步骤：

s10：检测每个升降支点高度位置值；

需要说明的是，每个升降支点对应检测一个升降支点高度位置值，代表的是每个升降支点的实际高度位置。由于每个升降支点是由一个驱动机构进行驱动的，每个升降支点的高度位置会出现偏差，其对应的高度位置值并不相同。

s11：根据大型升降平台移动方向和每个升降支点的高度位置值，确定最滞后升降支点；

比较每个升降支点的高度位置值，选择出最大高度位置值和最小高度位置值；若大型升降平台处于上升运动状态，则最小高度位置值对应的升降支点为最滞后支点；若大型升降平台处于下降运动状态，则最大高度位置值对应的升降支点为最滞后支点。

s12：计算每个升降支点与最滞后升降支点之间的高度偏差；

用各升降支点的高度位置值减去最滞后升降支点的高度位置值，然后求绝对值，便可以获得各升降支点的高度偏差；

s13：根据计算得到的高度偏差分别向对应的升降支点发送速度控制信号，以保证每个升降支点与最滞后升降支点的高度偏差不超过预设最大高度偏差dmax。

由于各个升降支点的速度差异将导致其位移的差异，因此，通过调整各升降支点的额定速度可以调节其高度位置，从而控制各升降支点之间的高度偏差不超过预设的最大高度偏差dmax。

其中，步骤s13具体包括：根据最大高度偏差dmax确定启动阈值dstart和停止阈值dstop；比较各升降支点高度偏差与启动阈值dstart的大小；如果高度偏差大于或等于启动阈值dstart，向对应升降支点发送降低速度的控制信号，将速度由第一额定速度vh调节至第二额定速度vl，vl＜vh；计算处于速度调节状态的升降支点与最滞后支点之间的高度偏差；比较计算得到的高度偏差与停止阈值dstop的大小，如果高度偏差小于停止阈值dstop，向对应升降支点发送提高速度的速度控制信号，将对应升降支点的速度由第二额定速度vl恢复至第一额定速度vh，高度偏差和额定速度之间的关系如图2所示。

启动阈值和停止阈值的确定方法包括以下步骤：

根据预设最大高度偏差确定启动阈值的数值范围，启动阈值的数值范围为：dstart＜dmax-2ξvht，其中，dmax为预设最大高度偏差，ξ为升降支点升降时实际速度最大值与最小值的偏差比率，vh为第一额定速度，t为控制周期；

确定停止阈值的数值范围，停止阈值的数值范围为：dstop＞2[(1+0.5ξ)vh-(1-0.5ξ)vl]t，其中，ξ为升降支点升降时实际速度最大值与最小值的偏差比率，vh为第一额定速度，vl为第二额定速度，t为控制周期；

根据启动阈值的数值范围、停止阈值的数值范围和启动阈值与停止阈值的数量关系确定所述启动阈值和停止阈值，其中，启动阈值与停止阈值的数量关系为启动阈值大于停止阈值。

启动阈值和停止阈值的确定的基本原理

(1)dstart的取值范围的确定

dstart的取值需考虑如下因素：

1)dstart设置的值越小，越有利于各支点保持同一个平面，但速度的切换越频繁，影响调节元件使用寿命。

2)dstart取值需满足关系式dstart＞dstop，dstart过小，压缩了dstop取值空间。

3)dstart越大，越不利于各支点保持同一个平面，大到一定程度，升降支点最大偏差将大于dmax。

如图3所示，考虑最坏的情况，某升降支点在t1时刻采样到的高度位置值与最滞后升降支点的高度位置值之间的高度偏差无限接近但小于dstart，因此未启动速度调节。在t1+t时刻采样到的高度偏差大于dstart，启动速度调节，该升降支点收到速度调节命令并切换速度需要一定的时间，额定速度由vh变为vl的实际发生时刻最坏情况将位于t1+2t之前并与之充分靠近的时刻。注意到最滞后升降支点的速度处于未调节状态，额定值也是vh。从t1开始到t1+2t时刻，该升降支点与最滞后升降支点之间的速度偏差最大为ξvh，对应的最大位移偏差增加量为

δd1＝ξvh·2t(1)

要求在t1+2t时刻的高度偏差小于dmax，因此有

δd1+dstart＜dmax(2)

代入可得

dstart＜dmax-2ξvht(3)

(2)dstop的取值范围的确定

dstop的取值需要考虑以下因素：

1)dstop设置的值越小，越能充分利用本次速度调节动作，有利于各升降支点保持同一个平面，前提是没有调节过度，即被调节的升降支点没有落后于原来最滞后升降支点。

2)dstop也不能过大，需满足dstart＞dstop的要求。

如图4所示，考虑最坏情况，某升降支点已处于速度调节状态，其额定速度为vl。该升降支点在t1时刻采样到的高度位置值与最滞后升降支点高度位置值间的偏差大于但充分接近于dstop，因此未停止速度调节。在t1+t时刻采样到的高度偏差小于dstart＞dstop，经主控制器判决后，将停止速度调节，但该升降支点收到命令并切换速度，其实际发生的时刻最坏情况将位于t1+2t之前并与之充分靠近的时刻。从t1开始到t1+2t时刻，该升降支点的额定速度为vl，但实际取值最慢为(1-0.5ξ)vl。注意到最滞后升降支点处于速度未调节状态，其速度取最大值(1+0.5ξ)vh。在这种情况下，这两个升降支点之间的高度偏差减小得最快，偏差减小量为

δd2＝[(1+0.5ξ)vh-(1-0.5ξ)vl]·2t(4)

为避免调节过度，形成新的偏差，要求δd2<dstop，即

dstop＞2[(1+0.5ξ)vh-(1-0.5ξ)vl]t(5)

根据式(3)和式(5)，可以计算得到dstart和dstop的取值范围，再结合dstart＞dstop的要求，可最终确定启动阈值dstart和停止阈值dstop可能的取值。

譬如：某组合型大型升降平台，具有6个升降支点，各升降支点间通过无线方式进行通信，实现同步升降。vh＝3.5cm/s，vl＝2cm/s，ξ＝0.2，dmax＝3cm。首先根据式和绘制dstart曲线和dstop曲线，进而得到启动阈值和停止阈值可选区域，如图5中阴影部分所示。从图中可见，控制周期t大于545ms后，将没有阈值可选，即无法进行有效速度调节。其次，根据dstart＞dstop的要求，具体选取两个阈值，其取值组合有多种。表1中对t＝220ms，列举了两种可选的取值组合。

表1可选阈值组合示例

基于以上实施例提供的大型升降平台多支点同步控制方法，本发明实施例还提供了一种大型升降平台多支点同步控制系统，下面结合附图来详细介绍。

系统实施例：

参见图6，该图为本发明提供的大型升降平台多支点同步控制系统实施例示意图。

本实施例提供的大型升降平台多支点同步控制系统，包括高度位置检测模块100、计算模块200和同步控制模块300；

每个升降支点对应一个高度位置检测模块100；高度位置检测模块100用于检测对应的升降支点的高度位置信号，并将高度位置信号发送给计算模块200；需要说明的是，高度位置信号代表的是每个升降支点的高度位置值，因为每个升降支点都是由其所对应的驱动机构进行驱动的，所以每个升降支点的高度位置值会出现偏差，其对应的高度位置信号并不相同。计算模块200用于根据每个升降支点的高度位置信号确定最滞后升降支点，然后将每个升降支点的高度位置信号与最滞后升降支点的高度位置信号进行比较，获得每个升降支点与最滞后升降支点之间的高度偏差，并将各升降支点的高度偏差发送给同步控制模块300；同步控制模块300用于根据各升降支点的高度偏差分别向对应升降支点发送速度控制信号，以保证升降支点与最滞后升降支点的高度偏差不超过预设最大高度偏差。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。