多点支撑平台的上装姿态控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114690792A(43)申请公布日2022.07.01(21)申请号202210196942.6(22)申请日2022.03.02(71)申请人山东理工大学地址255086山东省淄博市高新技术产业开发区高创园A座313室(72)发明人张帆聂振祺王慧恒杨文韬武际兴(51)Int.Cl.G05D1/08(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称多点支撑平台的上装姿态控制方法(57)摘要本发明公开了一种多点支撑平台的上装姿态控制方法。分别测量平台的承载交互作用矩阵和变形交互作用矩阵，构建承载与变形耦合控制矩阵；测量各支腿的当前载荷，并计算其最优载荷；基于操作员的档杆指令生成升降、侧倾和俯仰基准参量，连同当前载荷、最优载荷、承载与变形耦合控制矩阵，构建平台几何与支腿载荷耦合控制方程；计算并修正得到对应指令下的支腿总作动量，并执行同步作动；循环检测操作员指令直至全部置零，结束姿态控制。该方法具有同步实现平台姿态控制和保持支腿均匀承载的效果，能够显著提升多点支撑平台的上装姿态控制速度、几何精度、过程稳定性、支腿承载稳定性和控制鲁棒性。CN114690792ACN114690792A权利要求书1/3页1.本发明公开了一种多点支撑平台的上装姿态控制方法，该平台的上装为纵向对称平面结构，由4条以上支腿垂向支撑，支腿沿上装的纵向对称面对称分布；支腿的上端与上装固定连接，下端固定支撑在地面上，支腿的液压缸可进行垂直方向的伸缩运动，每条支腿的结构尺寸、与上装的连接结构完全相同；每条支腿上安装有两个液压敏感元件构成的测量垂向载荷的力传感器和测量支腿作动量的位移传感器，上装上表面有主轴沿平台纵向的二维倾角传感器；操作员通过控制升降档杆、侧倾档杆和俯仰档杆给与指令输入，通过控制器解析计算，得到各液压支腿的作动量，以此来对平台进行姿态调整，其特征在于包括以下步骤：步骤1，将n条支腿分别赋予序号1～n；以上装的几何中心为坐标系原点，按右手定则将平台的纵、横、垂向分别设为x、y、z轴，各支腿与上装连结点的坐标记为(xi，yi，zi)，i＝1～n，倾角和力矩的正方向判定由右手螺旋定则确定；步骤2，驱动第i条支腿垂向作动伸长，同时保持其他的支腿不动，由所述的位移传感器实时测量直至产生一个设定位移，按照从1到n的次序分别由所述的力传感器测量每条支腿的载荷增量，将各载荷增量除以所述设定位移并依次放入一个n×n维矩阵第i列的第1到n行中；循环驱动各支腿执行上述操作，直至构造出n×n维的承载交互作用矩阵步骤3，在步骤2驱动第i条支腿产生所述设定位移的同时，由二维倾角传感器分别测量平台绕x轴和y轴的倾角增量，将各倾角增量除以所述设定位移，并依次放入一个2×n维矩阵的第i列的第1、2行，构造出2×n维的变形交互作用矩阵步骤4，将承载交互作用矩阵依次输入到(n+2)×n维矩阵的第1行到第n行，将变形交互作用矩阵依次输入到(n+2)×n维矩阵的最后两行，构造出承载与变形耦合控制矩阵步骤5，利用力传感器测量各支腿的当前载荷步骤6，将上装总重记为G，将各支腿均摊上装总重作为理想载荷，以各支腿载荷与理想载荷G/n的均方差最小为目标，以平台绕x、y轴的力矩平衡和沿z轴的力平衡为约束，各支腿的理论最优载荷为2CN114690792A权利要求书2/3页步骤7，监测操作员的档杆指令，并生成相应的作动基准值，包括：当操作员的档杆指令仅为升降动作中的上升或下降时，分别设定升降作动基准值为△z和‑△z；当操作员的档杆指令仅为侧倾动作中的左倾或右倾时，分别设定侧倾作动基准值为△ttθx和‑△θx，同时将俯仰作动基准值置零；当操作员的档杆指令仅为俯仰动作中的前俯或后仰时，分别设定俯仰作动基准值为△ttθy和‑△θy，同时将侧倾作动基准值置零；当操作员的档杆指令为侧倾和俯仰的组合时，按照上述基准值的正、负号规则，分别设定侧倾作动基准值和俯仰作动基准值；当操作员的档杆指令为升降和侧倾的组合，或升降和俯仰的组合时，按照上述基准值的正、负号规则，分别设定升降作动基准值和侧倾作动基准值的组合，或升降作动基准值和俯仰作动基准值的组合；当操作员的档杆指令为升降、侧倾和俯仰的组合时，按照上述基准值的正、负号规则，分别设定升降作动基准值、侧倾作动基准值和俯仰作动基准值；步骤8，结合步骤4所述的承载与变形耦合控制矩阵，步骤5所述的各支腿的当前载荷，步骤6所述的各支腿的最优载荷，以及步骤7确定的作动基准值，构造出平台几何与支腿载荷耦合控制方程：t*t*公式5中Fi为各支腿的当前载荷，Fi为各支腿的最优载荷，{Fi‑Fi}是n条支腿的n×1t维载荷偏差列向量，{△θ}2×1自上而下分别为侧倾作动基准值和俯仰作动基准值构成的2×1维列向量；