一种基于机械变形干扰补偿的车载平台快速调平控制方法

1.本发明涉及车载平台快速调平技术领域，具体涉及一种基于机械变形干扰补偿的车载平台快速调平控制方法。


背景技术：

2.车载设备在工作时，需由水平状态起竖到一定倾斜角度或者垂直状态，这个过程中，影响作业成败与精度的因素，主要有以下方面：一是车体的倾斜会导致俯仰角的测量误差，进而影响车载设备的工作精度；二是车辆负载起竖过程是一个负载不断变化的过程，系统容易产生不稳定性，而系统不平稳，会导致负载结构与内部仪器设备受到较大冲击；三是负载起竖重量越大，系统受到冲击也越大。因此，车载设备工作前，必须实现整车调平；
3.传统车载设备调平多采用液压缸调平，液压驱动的调平系统在重载情况下“跑、冒、滴、漏”等问题相对严重，同时传统液压调平时间相对较长，约为35s，调平精度相对较差，约为4
′
；为解决此问题，采用电动缸进行调平，通过伺服电机，直接将电能转化为机械能，传动效率提高，同时，通过构建位置、速度或者力矩控制闭环实现电机
‑
滚珠(滚柱)
‑
丝杠等精密传动，控制精度可以因此得到提升；
4.在调平控制算法上，传统液压缸的调平控制多采用模糊pid控制算法，模糊pid控制算法结构简单、效果明显且调整方便，但由于液压系统存在非线性、参数时变、各执行元件的负载差异等特性，存在着精度不高等问题；同时在调平的具体方式上，由于车载设备作业时负载需要起竖，可以根据起竖角度来弥补俯仰角的调平误差，所以在实际工作中，车体的前后俯仰角不需要严格的调整到0
°
，而左右横滚角需要调整至0
°
，传统车载平台调平系统大多采用后支腿左右调平的总体方案，按照升车(四条腿着地)、调平(左右后支腿)、伸前腿的顺序完成展车调平，整个展车调平过程为串行方式，控制程序繁琐，环节多、耗时长，很难满足快速调平的要求；
5.因此，需要设计出一种能够对车载平台快速且高精度调平的控制方法。


技术实现要素：

6.针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种基于机械变形干扰补偿的车载平台快速调平控制方法，本方法以无级调速电动缸作为执行机构，构建电动缸形变误差模型，采用干扰补偿反馈方法修正调平误差，能够有效提高车载平台调平的精度和速度，具有控制精度高、调平速度快的特点。
7.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
8.一种基于机械变形干扰补偿的车载平台快速调平控制方法，包括步骤
9.s1.在以无级调速电动缸作为车载平台调平执行机构的基础上，根据四支点调平基本原理构建四支点调平模型；
10.s2.在确定四支点调平方案后，根据调平理论误差计算构建基于机械变形干扰补偿的车载平台调平干扰模型
11.s201.计算车载平台在调平初始状态下的支腿承载力；
12.s202.建立电动缸形变误差模型；
13.s203.根据电动缸形变误差模型，利用基于干扰补偿的自适应模糊pid控制算法构建基于机械变形干扰补偿的车载平台调平干扰模型；
14.s3.根据四支点调平模型和车载平台调平干扰模型建立快速调平控制系统，来控制车载平台进行快速调平。
15.优选的，步骤s1所述的四支点调平模型的构建过程包括
16.s101.设车载平台的支腿i在水平坐标系ox0y0z0中的坐标为0p
i
＝(0p
ix
,0p
iy
,0p
iz
)
t
，在平台坐标系ox1y1z1中的坐标为1p
i
＝(1p
ix
,1p
iy
,1p
iz
)
t
；α、β为水平坐标系ox0y0z0与平台坐标系ox1y1z1的夹角，且α、β不为0，根据空间姿态变换的运动学结论，水平坐标系与平台坐标系之间的变换矩阵为：
[0017][0018]
s102.设在平台坐标系ox1y1z1中，各支腿的坐标为：1p
i
＝(1x
i
,1y
i
,1z
i
)
t
，则于是各支点z的坐标为：
[0019]0z
i
＝(
‑
α,β,1)(1x
i
,1y
i
,1z
i
)
t
ꢀꢀꢀ
(2)；
[0020]
s103.在平台调平之前进行预支承，设此时平台初始角为α0和β0，首先判断出车载平台的最高点，将这点作为坐标原点，各支腿的初始位置为：
[0021]0z
i
＝
‑
α
01
x
i
+β
01
y
i
+1z
i
ꢀꢀꢀ
(3)
[0022]
显然，1z
i
＝0，因此，上式(3)可表示为：
[0023]0z
i
＝
‑
α
01
x
i
+β
01
y
i
ꢀꢀꢀ
(4)
[0024]
s104.假设i＝h为最高点：0z
h
≥0z
i
，则任意时刻，各支点与最高点位置差为：
[0025]
e
i
＝0z
h
‑0z
i
＝
‑
α0(1x
h
‑1x
i
)+β0(1y
h
‑1y
i
)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0026]
各支腿沿车架前后、左右对称分布，设支腿分布的的长边间距为l
a
，短边间距为l
b
，则有各支腿在平台动坐标系中的坐标为：
[0027][0028][0029]
根据上式(6)，可计算出各支腿的伸出量；
[0030]
s105.平台初始角的倾角正负服从右手规则，即从坐标矢端看，逆时针旋转为正，根据x轴和y轴方向两倾角正负的不同组合，对应的坐标最高的支腿也不同，可以得到：
[0031]
(1)当α0＜0，β0＞0时，支腿1最高，此时e1＝0，e2＝
‑
α0l
a
，e3＝
‑
α0l
a
+β0l
b
，e4＝β0l
b
；
[0032]
(2)当α0＞0，β0＞0时，支腿2最高，此时e1＝α0l
a
，e2＝0，e3＝β0l
b
，e4＝α0l
a
+β0l
b
；
[0033]
(3)当α0＜0，β0＞0时，支腿3最高，此时e1＝α0l
a
‑
β0l
b
，e2＝
‑
β0l
b
，e3＝0，e4＝α0l
a
；
[0034]
(4)当α0＜0，β0＞0时，支腿4最高，此时e1＝
‑
β0l
b
，e2＝
‑
α0l
a
‑
β0l
b
，e3＝
‑
α0l
a
，e4＝0；
[0035]
根据上述四种情况可以得出：每次调平时，各支腿的调节量为0，||α0l
a
||，||β0l
b
||，||α0l
a
||+||β0l
b
||四种数值中的一种，根据高点不同进行分配，且调平过程可以循环迭
代，直至水平度达到要求。
[0036]
优选的，利用四支点调平模型进行调平时，采用三点逐高法进行调平。
[0037]
优选的，步骤s201所述的支腿承载力的计算过程包括
[0038]
s2011.设车载平台在调平时，两前支腿对车架的轴向力和径向力分别为f
1y
、f
1x
、f
1z
；两后支腿对车架的轴向力和径向力分别为f
2y
、f
2x
、f
2z
；车身俯仰角为α、车身横滚角车身横滚角为β；
[0039]
s2022.以车架平面为基准，追踪车身状态变化时车架重力与支腿轴向力间的平衡，支腿轴向方向上的合力等于车架及负载重力在支腿轴向方向上的投影，当车体既有俯仰角又有横滚角时，受力平衡方程如：
[0040]
f
1y
+f
2y
＝mg cosαcosβ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0041]
f
1x
+f
2x
＝mg sinα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0042]
f
1z
+f
2z
＝mg sinβ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0043]
s2023.以两前支腿连线为旋转轴，进行力矩平衡分析，力矩平衡方程如下：
[0044]
[m1g(l
‑
l1)+m2g(l
‑
l2)]cosαcosβ＝f
2y
l
ꢀꢀꢀ
(14)
[0045]
以两后支腿连线为旋转轴，进行力矩平衡分析，力矩平衡方程如下：
[0046]
[m1gl1+m2gl2]cosαcosβ＝f
1y
l
ꢀꢀꢀ
(15)
[0047]
根据公式(11)
‑
(15)计算可得：f
1y
和f
2y
，按照两腿受力平均计算，可得前支腿单腿承载和后支腿单腿承载。
[0048]
优选的，步骤s202所述的电动缸形变误差模型的建立过程包括：
[0049]
s2021.设在以电缸为作为车载平台调平执行机构时，曲率和为：
[0050]
∑ρ＝ρ
11
+ρ
12
+ρ
21
+ρ
22
ꢀꢀꢀ
(7)
[0051]
在式(7)中：
[0052]
s2022.主曲率函数为：
[0053][0054]
s2023.支腿的总形变量为：
[0055][0056]
式中，r为滚柱与中心丝杠接触点处的圆弧半径；r1为中心丝杠螺纹滚道的半径；d1为接触点到中心丝杠的半径；d2为接触点到滚柱轴线的半径；θ为丝杠与滚柱、螺母与滚柱的接触角；λ为滚柱的导程角；e1与e2为滚柱与丝杠弹性模量；μ1与μ2为滚柱与丝杠泊松比；f0为轴向力，n为滚柱个数；可根据f(ρ)的值查表获得。
[0057]
优选的，步骤s203所述的利用基于干扰补偿的自适应模糊pid控制算法构建基于机械变形干扰补偿的车载平台调平干扰模型的过程包括
[0058]
s2031.首先根据式(9)计算支腿变形的初始误差，对模糊控制器的输入误差e进行补偿；
[0059]
s2032.然后再对误差e进行求导，计算出误差变化率e
c
，计算出模糊控制器的输出δk
p
、δk
i
与δk
d
；
[0060]
所述δk
p
、δk
i
与δk
d
分别表示误差变化的比例、微分、积分的变化量；
[0061]
s2033.模糊控制器在运行中通过更新e和e
c
，再在e和e
c
更新后，根据表1调整δk
p
、δk
i
与δk
d
的值，实现pid参数的在线自整定，得到基于机械变形干扰补偿的车载平台调平干扰模型；
[0062]
其中，所述模糊控制器的输入、输出语言变量e、e
c
、δk
p
、δk
i
、δk
d
的模糊论域均为[
‑
6，6]，模糊子集为[nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb]，各模糊子集采用高斯形隶属函数，输出量的逆模糊化采用重心法。
[0063]
优选的，步骤s3所述的快速调平控制系统的建立过程包括
[0064]
s301.根据四支点调平模型和车载平台调平干扰模型在simulink中搭建系统框图，根据模糊控制器控制规则与解模糊方法，完成fis文件的编辑，采用试凑法确定模糊pid控制器初始参数，k
p
、k
i
和k
d
，搭建自适应模糊pid控制器仿真模型；
[0065]
s302.在amesim环境下，从模型库选择相应模型进行连接，建立matlab/simulink环境下的联合仿真模型。
[0066]
本发明的有益效果是：本发明公开了一种基于机械变形干扰补偿的车载平台快速调平控制方法，与现有技术相比，本发明的改进之处在于：
[0067]
(1)本发明提出了一种基于机械变形干扰补偿的车载平台快速调平控制方法，本方法采用无级调速电动缸作为执行机构的调平方案，结合实际确定了以调整横滚角为主俯仰角为辅的调平方案，采用三点逐高的调平方法对车载平台机型调平；
[0068]
(2)同时本控制方法提出了基于干扰补偿的调平控制策略，通过理论计算输入初始误差，通过模糊pid控制算法快速地进行调平；完成了车载平台的快速调平实验，实验结果显示在大倾角大负载情况下车载平台可以在10s内完成调平，相对液压调平时间缩短了71.4％；并且调平精度较高，俯仰角调平精度达到3
′
，横滚角调平精度达到0.06
′
，提高了25％，通过实验验证本控制方法能够有效提高车载平台调平的精度和速度，具有控制精度高、调平速度快的优点。
附图说明
[0069]
图1为本发明基于机械变形干扰补偿的车载平台快速调平控制方法的控制原理图。
[0070]
图2为本发明实施例1车架平台坐标关系图。
[0071]
图3为本发明实施例1三点逐高调平方法示意图。
[0072]
图4为本发明实施例1基于干扰补偿的模糊pid控制算法结构图。
[0073]
图5为本发明实施例1调平初始状态纵向受力简图。
[0074]
图6为本发明实施例1调平初始状态横向受力简图。
[0075]
图7为本发明实施例1调平控制器仿真模型的搭建过程图。
[0076]
图8为本发明实施例1amesim环境下联合仿真模型图。
[0077]
图9为本发明实施例1matlab/simulink环境下联合仿真模型图。
[0078]
图10为本发明实施例1调平支腿位移曲线图。
[0079]
图11为本发明实施例2实验样机图。
[0080]
图12为本发明实施例2调平电动缸的结构示意图。
[0081]
图13为本发明实施例2自动工作模式操控界面图。
[0082]
图14为本发明实施例2实验样机调平过程角度变化曲线图。
[0083]
图15为本发明实施例2实验样机调平过程位移变化曲线图。
[0084]
图16为本发明实施例2仿真与实验调平偏差曲线图。
具体实施方式
[0085]
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
[0086]
实施例1：参照附图1
‑
10所示的一种基于机械变形干扰补偿的车载平台快速调平控制方法，包括步骤
[0087]
s1.在以无级调速电动缸作为车载平台调平执行机构的基础上，根据四支点调平基本原理构建四支点调平模型：
[0088]
由于在调平过程中，车架的变形和支腿自身的弹性形变等均为调平控制的扰动，按照理论值对各支腿进行调平，会存在较大调平误差，无法一次性满足调平需求，因此需要对车载平台进行四支点调平建模；
[0089]
在四支点调平建模过程中，任何系统的调平均可以简化为对某一平台平面的调平，根据“三点或两条相交直线确定一个平面”的原理，平台调平的实质是将平台上两条相交直线调成水平；根据理论分析，平台上的两条直线只有互相垂直时，它们在各自的调平中才没有耦合，同时平台的水平度才会最小，为此，需在平台的x、y两个相互垂直的方向上安装一双轴倾角传感器来测量两个方向上的水平倾角，其坐标关系如图2所示，所述四支点调平模型的具体构建过程包括：
[0090]
s101.设车载平台的支腿i在水平坐标系(正常的三维地面水平的坐标系)ox0y0z0中的坐标为0p
i
＝(0p
ix
,0p
iy
,0p
iz
)
t
，在平台坐标系(在车载平台上建立坐标系)ox1y1z1中的坐标为1p
i
＝(1p
ix
,1p
iy
,1p
iz
)
t
；α、β为水平坐标系ox0y0z0与平台坐标系ox1y1z1的夹角，且α、β不为0，且支腿i与车架平台的倾角均为小倾角，满足α、β为小角度的条件，根据空间姿态变换的运动学结论，水平坐标系与平台坐标系之间的变换矩阵为：
[0091][0092]
s102.假设在平台坐标系ox1y1z1中，车载平台各支腿的坐标为：1p
i
＝(1x
i
,1y
i
,1z
i
)
t
，则于是各支点z的坐标为：
[0093]0z
i
＝(
‑
α,β,1)(1x
i
,1y
i
,1z
i
)
t
ꢀꢀꢀ
(2)；
[0094]
s103.在平台调平之前进行预支承(车载平台模拟的是正常的车辆，是有轮胎等物体进行预支撑的，在工作时需要伸出支腿进行调平)，设此时平台初始角为α0和β0，首先判断出车载平台的最高点，将这点作为坐标原点，则各支腿的初始位置为：
[0095]0z
i
＝
‑
α
01
x
i
+β
01
y
i
+1z
i
ꢀꢀꢀ
(3)
[0096]
显然，1z
i
＝0，因此，上式(3)可表示为：
[0097]0z
i
＝
‑
α
01
x
i
+β
01
y
i
ꢀꢀꢀ
(4)
[0098]
s104.假设i＝h(i＝h是指支腿的高度为h)为最高点：0z
h
≥0z
i
，则任意时刻，各支点与最高点位置差为：
[0099]
e
i
＝0z
h
‑0z
i
＝
‑
α0(1x
h
‑1x
i
)+β0(1y
h
‑1y
i
)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0100]
各支腿沿车架前后、左右对称分布，设支腿分布的的长边间距为l
a
，短边间距为l
b
，则有各支腿在动坐标系中的坐标为：
[0101][0102][0103]
根据上式(6)，可计算出各支腿的伸出量；
[0104]
s105.平台初始角的倾角正负服从右手规则，即从坐标矢端看，逆时针旋转为正，根据x轴和y轴方向两倾角正负的不同组合，对应的坐标最高的支腿也不同，可以得到：
[0105]
(1)当α0＜0，β0＞0时，支腿1最高，此时e1＝0，e2＝
‑
α0l
a
，e3＝
‑
α0l
a
+β0l
b
，e4＝β0l
b
；
[0106]
(2)当α0＞0，β0＞0时，支腿2最高，此时e1＝α0l
a
，e2＝0，e3＝β0l
b
，e4＝α0l
a
+β0l
b
；
[0107]
(3)当α0＜0，β0＞0时，支腿3最高，此时e1＝α0l
a
‑
β0l
b
，e2＝
‑
β0l
b
，e3＝0，e4＝α0l
a
；
[0108]
(4)当α0＜0，β0＞0时，支腿4最高，此时e1＝
‑
β0l
b
，e2＝
‑
α0l
a
‑
β0l
b
，e3＝
‑
α0l
a
，e4＝0；
[0109]
根据上述四种情况可以得出：每次调平时，各支腿的调节量为0，||α0l
a
||，||β0l
b
||，||α0l
a
||+||β0l
b
||四种数值中的一种，根据高点不同进行分配，且调平过程可以循环迭代，直至水平度达到要求；
[0110]
s106.为达到10s内快速调平的要求，调平支腿沿车身轴向对称布置，在调平控制器、倾角传感器等的作用下，四条支腿着地后，以后支腿左右调平精度为主要控制参数，前支腿在后支腿调平过程中同步伸出，并采用具有无级调速功能的电动缸作为四条支腿同时动作、并行调平的方案，节省调平时间；由于车辆调平时支腿不便于缩短，所以采用三点逐高法进行调平，具体调平方法如图3所示。
[0111]
s2.在确定四支点调平方案后，根据调平理论误差计算构建基于机械变形干扰补偿的车载平台调平干扰模型，包括
[0112]
s201.计算车载平台在调平初始状态下的支腿承载力，具体包括
[0113]
s2011.车载平台在调平时，地面允许有一定的不平度，反映到车载平台上就是调平前车辆具有一定的俯仰角和横滚角，以车架和负载整体作为受力对象进行分析，每个支腿与车架刚性连接，调平初始状态时，支腿对车架有一个轴向的支撑力和两个相互垂直的径向支撑力作用，俯仰状态的车载平台和横滚状态的车载平台受力如图5图6所示，设两前支腿对车架的轴向力和径向力分别为f
1y
、f
1x
、f
1z
；两后支腿对车架的轴向力和径向力分别为f
2y
、f
2x
、f
2z
；车身俯仰角为α、车身横滚角车身横滚角为β；
[0114]
图5
‑
6中：
[0115]
(1)两前支腿左右跨度h＝3m，两后支腿跨度与之相同；
[0116]
(2)同侧前后支腿跨度l＝12m；
[0117]
(3)车架质量m1＝28t，负载质量m2＝35t；总质量m＝63t；
[0118]
(4)车架质心位于车体垂向的对称面内，距后腿中轴线水平距离l1＝8.1m；
[0119]
(5)负载质心位于车体垂向的对称面内，距后腿中轴线水平距离l2＝6.2m；
[0120]
(6)重力加速度g＝9.8m/s2；
[0121]
s2022.以车架平面为基准，追踪车身状态变化时车架重力与支腿轴向力间的平衡，支腿轴向方向上的合力等于车架及负载重力在支腿轴向方向上的投影，当车体既有俯仰角又有横滚角时，受力平衡方程如：
[0122]
f
1y
+f
2y
＝mgcosαcosβ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0123]
f
1x
+f
2x
＝mgsinα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0124]
f
1z
+f
2z
＝mgsinβ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0125]
s2023.以两前支腿连线为旋转轴，进行力矩平衡分析，力矩平衡方程如下：
[0126]
[m1g(l
‑
l1)+m2g(l
‑
l2)]cosαcosβ＝f
2y
l
ꢀꢀꢀ
(14)
[0127]
以两后支腿连线为旋转轴，进行力矩平衡分析，力矩平衡方程如下：
[0128]
[m1gl1+m2gl2]cosαcosβ＝f
1y
l
ꢀꢀꢀ
(15)
[0129]
根据公式(11)
‑
(15)计算可得：f
1y
和f
2y
，按照两腿受力平均计算，可得前支腿单腿承载和后支腿单腿承载，其中带入以上数据可以得出：f
1y
＝361424n；f
2y
＝254310n，前支腿单腿承载为180712n，后支腿单腿承载为127155n；
[0130]
s202.建立电动缸形变误差模型
[0131]
s2021.车体调平时的误差主要是支腿变形对调平的影响，电动缸中主要的形变来自于行星滚柱丝杠的变形，组件的轴向变形主要分为一下3种情况：一是螺纹和滚柱之间的点接触螺纹槽的赫兹变形；二是丝杠和螺母分别与滚柱接触时的轴向变形；三是丝杠和螺母分别与滚柱接触时螺牙的变形，可得在以电缸为作为车载平台调平执行机构时，曲率和为：
[0132]
∑ρ＝ρ
11
+ρ
12
+ρ
21
+ρ
22
ꢀꢀꢀ
(7)
[0133]
在式(7)中：
[0134]
s2022.主曲率函数为：
[0135][0136]
s2023.可得支腿的总形变量为：
[0137][0138]
式中，r为滚柱与中心丝杠接触点处的圆弧半径，为31mm；r1为中心丝杠螺纹滚道的半径,为24mm；d1为接触点到中心丝杠的半径，为24.2mm；d2为接触点到滚柱轴线的半径,为6.3mm；θ为丝杠与滚柱、螺母与滚柱的接触角，θ＝45
°
；λ为滚柱的导程角，λ＝4
°
；e1与e2为滚柱与丝杠弹性模量，均为210mpa；μ1与μ2为滚柱与丝杠泊松比，均为0.3；f0为轴向力，n为滚柱个数，为12个；可根据f(ρ)的值查表获得，为1.1；将上述参数带入式(9)可得：
[0139]
[0140]
s203.根据电动缸形变误差模型，利用基于干扰补偿的自适应模糊pid控制算法构建基于机械变形干扰补偿的车载平台调平干扰模型
[0141]
传统的自适应模糊pid控制算法中输入误差e往往是根据经验得出，在实际应用中有时会存在调平精度差，鲁棒性不强等缺点；通过计算理论上的车架形变量和支腿形变量来制定初步的模糊控制补偿误差表，同时在调平过程中，每次调平结束后，根据倾角传感器或位移传感器反馈的数值计算调平误差，利用调平误差自动更新模糊控制规则表，基于干扰补偿的自适应模糊pid控制其算法结构如图4所示，包括：
[0142]
s2031.首先根据式(9)或式(10)计算支腿变形的初始误差，对模糊控制器的输入误差e进行补偿；
[0143]
s2032.然后再对误差e进行求导，计算出误差变化率e
c
，计算出模糊控制器的输出δk
p
、δk
i
与δk
d
；
[0144]
所述δk
p
、δk
i
与δk
d
分别表示误差变化的比例、微分、积分的变化量；
[0145]
s2033.模糊控制器在运行中通过更新e和e
c
，再在e和e
c
更新后，根据表1调整δk
p
、δk
i
与δk
d
的值，实现pid参数的在线自整定，满足e和e
c
对控制参数的不同要求，得到基于机械变形干扰补偿的车载平台调平干扰模型；
[0146]
其中，所述模糊控制器的输入、输出语言变量e、e
c
、δk
p
、δk
i
、δk
d
的模糊论域均为[
‑
6，6]，模糊子集为[nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb]，各模糊子集采用高斯形隶属函数，输出量的逆模糊化采用重心法，δk
p
、δk
i
和δk
d
的控制规则见表1：
[0147]
表1 δk
p
、δk
i
和δk
d
模糊规则表
[0148][0149]
s3.根据四支点调平模型和车载平台调平干扰模型建立快速调平控制系统，来控制车载平台进行快速调平
[0150]
s301.参照图4与表1在simulink中搭建系统框图，根据模糊控制器控制规则与解模糊方法，完成fis文件的编辑，采用试凑法确定pid控制器初始参数k
p
、k
i
和k
d
初始值分别为1500、30、5；根据各参数的模糊论域，可得误差和误差变化率的比例因子为150与0.2，δk
p
、δk
i
和δk
d
的量化因子为300、5、1，搭建自适应模糊pid控制器仿真模型，搭建自适应模糊pid控制器仿真模型如图7所示；
[0151]
s302.在amesim环境下，从模型库选择相应模型进行连接，建立matlab/simulink环境下的联合仿真模型，包括：
[0152]
(1)在amesim环境下，从模型库选择相应模型进行连接，搭建模型如图8所示，电动调平支腿中行星滚柱丝杠结构采用螺栓螺母结构进行等效替代；
[0153]
(2)在amesim中创建与matlab/simulink联合仿真图标1，计算的行星滚柱丝杠理论受力信号2通过函数3计算输出补偿值，在调平支腿触地时与期望位移信号5结合，并与实
际位移信号4进行比较后作为模糊pid控制器的输入，处理得到驱动电机输入信号，从而控制支腿速度与位移；
[0154]
(3)通过matlab/simulink建立调平系统模型与模糊pid控制器模型的数据交换接口，然后连接好相应的模块，搭建在matlab/simulink环境下的联合仿真模型如图9所示。
[0155]
s303.仿真分析
[0156]
(1)根据步骤s1和s2的调平方法，结合车载平台实际工作中的调平流程，调平流程一共有一下三个阶段：第一阶段为电动缸空载高速触地阶段；第二阶段为各调平支腿触地检测；第三阶段为低速升车调平；
[0157]
(2)在调平机构进行第三阶段低速升车调平时，为确保车载平台离开地面，调平支腿触地后还需要再上升5mm；
[0158]
(3)设定在第三阶段左侧后支腿为最高点，位移为e2＝5mm，右侧前支腿位移e4＝245mm，右侧后支腿位移为e3＝159mm，左侧前支腿位移为e1＝90mm；
[0159]
(4)在信号模块中输入各支腿位移信号，为与实际实验尽量贴合，0
‑
0.81s为调平系统运行检测用时，各支腿位移为0，9.28
‑
10s阶段各支腿保持不动，第一阶段至第三阶段各支腿位移信号如下，第一阶段位移信号由实际测量得出；
[0160]
(5)左侧前支腿第一阶段给定信号为在t＝0.81
‑
2s内从0变化至233mm，第二阶段给定信号为在t＝2
‑
4.5s内保持不变；第三阶段给定信号为在t＝4.5
‑
9.28s内从233.6mm变化至323mm；
[0161]
右侧前支腿第一阶段给定信号为在t＝0.81
‑
1.8s内从0变化至117mm，第二阶段给定信号为在t＝1.8
‑
4.5s内保持不变；第三阶段给定信号为在t＝4.5
‑
9.28s内从117mm变化至362mm；
[0162]
左侧后支腿第一阶段给定信号为在t＝0.81
‑
2.75s内从0变化至270mm，第二阶段给定信号为在t＝0.7
‑
4s内保持不变；第三阶段给定信号为在t＝5
‑
10s内从270mm变化至275mm；
[0163]
右侧后支腿第一阶段给定信号为在t＝0.81
‑
1.5s内从0变化至80mm,第二阶段给定信号为在t＝1.5
‑
4.5s内保持不变；第三阶段给定信号为在t＝4.5
‑
9.28s内从80mm变化至239mm；
[0164]
(6)在调平进入第二阶段时输入力的补偿信号，前支腿输入力为180712n，后支腿输入力为127155n；
[0165]
(7)设置仿真时间为10s，在matlab/simulink环境下运行仿真，在amesim中观察各支腿位移，如图10所示；
[0166]
从图10中可知，每个阶段调平支腿伸出到位后会产生较大误差但会在较短时间内稳定，并可以按照预定信号快速伸出到位，从仿真结果可以得出采用基于干扰补偿的自适应模糊pid控制方式可以对车载平台进行快速调平，并且调平误差较小。
[0167]
实施例2：s4.实验验证
[0168]
为模拟真实车载情况，搭建了如图11所示的实验样机，调平电动缸如图12所示，每条调平支腿采用一主一副两个电机驱动，图12中所示部件1为主电机，部件2为副电机，在调平过程中通过倾角传感器测量车辆角度的变化，调平控制系统采用vb与运动控制板卡进行，图13是调平操作界面，在该界面，除可执行分阶段点动操作外，可通过设置进入一键操
作程序；
[0169]
主要对以下工况进行了实验研究，该工况对应的起始俯仰角1.9
°
，横滚角2.94
°
，对实验数据进行处理，得出实验过程中角度与位移的变化曲线，结果如图14
‑
15所示，通过将实验数据与仿真数据做对比，得到调平偏差曲线，如图16所示；
[0170]
从图14
‑
15可知，利用本方法可以对重载情况下的车载平台在10s内可以完成调平，调平后俯仰角为0.05
°
，横滚角为0.001
°
；
[0171]
从图16可知，仿真与实验位移偏差在触地调平阶段较小，最大偏差为0.5mm，在空载快速伸出阶段误差相对较大，最大偏差在9.7mm，偏差较大的主要原因是驱动电机在启动时不是完全线性，所以出现了较大误差。
[0172]
s5.结论
[0173]
(1)本发明提出了基于干扰补偿的调平控制策略，通过理论计算输入初始误差，通过模糊pid控制算法快速地进行调平。
[0174]
(2)完成了车载平台的快速调平实验，实验结果显示在大倾角大负载情况下，使用本控制方法的车载平台可以在10s内完成调平，相对液压调平时间缩短了71.4％；并且调平精度较高，俯仰角调平精度达到3
′
，横滚角调平精度达到0.06
′
，提高了25％。
[0175]
通过上述实验验证了采用基于干扰补偿的车载平台快速调平方法的可行性。
[0176]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。