李德剛

【摘要】 針對載重平臺液壓調平控制的特點，建立了載重平臺的數(shù)學模型，在AMESim軟件中對組成平臺調平中液壓缸同步控制結構的主要元件進行了建模，引入模糊PID控制策略，設計了模糊PID控制器，目的是使模糊PID控制能夠提高系統(tǒng)控制性能。

【關鍵詞】 液壓調平 模糊PID AMESim

引言

在現(xiàn)代民用工業(yè)領域如物料運輸、礦井開采、機械制造等方面，以及以及軍事工程領域中如導彈發(fā)射、雷達搜索等環(huán)節(jié)中，往往對各類載重平臺在作業(yè)過程中有水平度的要求，載重平臺的調平一般選用液壓調平方式來完成[1]，而在這個過程中，最重要的就是解決液壓支腿同步控制的問題。

一、液壓調平控制系統(tǒng)設計

1.1系統(tǒng)的結構與組成

載重平臺調平系統(tǒng)一般采用閉環(huán)控制的結構設計，反饋的輸出量可以提高調平的同步精度和自動化程度[2]。由信號采集裝置將采集到的輸入信號以及反饋信號傳給控制器，控制器依據(jù)設定的要求來對執(zhí)行機構進行控制，最后由執(zhí)行機構（液壓缸）驅動載重平臺動作使得其達到水平狀態(tài)且無虛腿。其結構如圖1所示：

1.2調平策略的選擇

在剛性液壓平臺的調平過程中，由于支腿在運動方向上只有一個自由度，其受到平臺牽引而形成的運動軌跡是一條復雜的空間曲線，建模較為困難[3]。而對支腿建立的數(shù)學模型主要是為了得到水平傾角α、β與各液壓支腿位移△Z之間的函數(shù)關系，因此借助微分思想將平臺的空間運動進行離散，可在相對坐標系內建立比較準確的數(shù)學模型。

載重平臺系統(tǒng)的調平過程依據(jù)可以由平臺上的兩條相交直線達到水平狀態(tài)來確定。為了安裝與測量方便，可將傾角傳感器分別安裝在X軸與Y軸上，用來測量這兩個方向上的角度信號，角度信號經過算法轉化，輸出實際的位移控制量，由液壓缸驅動來使得液壓支腿上升或者下降，從而讓平臺達到水平狀態(tài)，載重平臺的調平方式，從控制的誤差類型來說，可以分為基于位置誤差控制和基于角度誤差控制兩類調平方式。

基于角度誤差的調平由于存在分別調整α、β角度值這兩個階段，平臺水平狀態(tài)很難通過一次調平就達到要求，需要反復多次進行調整，因此液壓支腿總移動距離較大，調平總耗時也比較長。而基于位置誤差調平中，由于液壓系統(tǒng)存在一定的滯后性，不能及時響應發(fā)出的指令，故應避免出現(xiàn)液壓支腿下降的動作，綜合考慮，采用追逐式朝最高點靠齊的方式進行調平。

二、液壓同步控制系統(tǒng)數(shù)學模型

常見的四液壓缸載重平臺，由一閥控一缸的原理[4]，建立其系統(tǒng)模型，系統(tǒng)由平臺平面，四個液壓缸和液壓支腿以及相應的附件構成，為了能夠直觀地描述液壓支腿與平臺的調平過程，建立系統(tǒng)的坐標系如圖2。

以液壓缸1與液壓缸4的連線作為系統(tǒng)坐標系的X軸，液壓缸1與液壓缸2的連線作為系統(tǒng)坐標系的Y軸，Z軸為豎直方向，每個液壓缸由單獨的比例閥來控制，Qi1、Qi2分別代表閥到液壓缸無桿腔與有桿腔的油液流量，Pi1、Pi2分別代表液壓缸無桿腔與有桿腔進油口的壓力，PiS是電液比例閥進口壓力，QiS是油源到電液比例閥的油液流量，i=1，2，3，4，pp是油源處油液壓力，Qp是油源處油液流量。Fi是第i個液壓支腿的輸出力，Pi（Pix，Piy，Piz）為液壓支腿與載重平臺鉸接的中心點坐標，Si（Six，Siy，Siz）為液壓支腿的中心點坐標，M是載重平臺的質量。

在載重平臺調平的過程中，液壓支腿運動軌跡可以由質心OC在豎直方向上的位移ZC，繞x軸的轉動的角度θx和繞y軸轉動的角度θy來描述，因此，以載重平臺為對象，由牛頓第二定律以及剛體轉動定律可以求出其運動方程 ：

三、液壓同步控制系統(tǒng)仿真分析

液壓平臺調平控制過程中針對液壓缸工作模式采用了主從式，將其中一個液壓缸的輸出設定成為其余液壓缸輸出跟蹤的理想值，可在AMESim軟件中建立同步控制系統(tǒng)的仿真模型如下圖3所示，

根據(jù)數(shù)學模型中建立的相應元件，關聯(lián)一組常見的元件參數(shù)，可設置到仿真模型中進行仿真分析，主要元件的仿真參數(shù)如表1：

設置4號液壓缸支腿為最高位移，對四液壓缸調平過程進行仿真，仿真時長設為50s，步長取0.1s。觀察四個液壓缸的支腿在調平過程中的位移曲線，可得到仿真結果如圖4所示。

四、結論

由仿真得到的位移曲線可以看出，在支腿調平過程中，處于不同位置的支腿上升速率并不相同，位于最低點的1號液壓缸支腿 上升速率最快，2號次之，3號最慢，而位于最高點的4號液壓缸支腿，在調平過程中，保持位移不變。

參 考 文 獻

[1]凌軒，王旭東，陳賽克.雷達天線車液壓升降系統(tǒng)同步控制仿真研究.[J]機床與液壓.2013（8）：81-83.

[2]仕潤霖，馮永保，李淑智，郭曉松.模糊PID控制的車載平臺高精度動態(tài)調平仿真研究[J]機床與液壓.2013（5）：150-153.