一种油缸位移同步控制实现平台陀螺运动的控制系统的制作方法

本发明涉及自动控制领域，尤其是一种油缸位移同步控制实现平台陀螺运动的控制系统。

背景技术：

目前，如果要实现平台的近似陀螺运动(类似于圆环在平面上滚动倒地前的运动，，总是有一点在平面上，与平面有一定夹角，圆上每一点逐次与平面接触，但并不相对于轴做旋转运动)，需要呈正弦函数的两个运动配合形成，由于大部分市面上的控制器能实现加法、减法、指数等运算，而很难实现正余弦函数的运算，同时由于两个运动存在π/2相位差，相位差通常为无限不循环小数，在编程的时候通常会只取前面几位小数而忽略后面的数字，增大误差，且在编程的时候难度极大。

技术实现要素：

基于以上技术问题，本发明提供了一种油缸位移同步控制实现平台陀螺运动的控制系统,从而解决了很难实现同步控制两个呈正余弦函数的运动以实现陀螺运动的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种油缸位移同步控制实现平台陀螺运动的控制系统，该控制系统包括平台、液压油缸组a、液压油缸组b和用于控制液压油缸组a与液压油缸组b运动的控制器，所述液压油缸组a和液压油缸组b带动平台运动，所述控制器控制液压油缸组a的位移s1的变化满足公式s1＝k1sinx+h1(1)；

所述控制器控制液压油缸组b的位移s2的变化满足公式根据公式sin²x+cos²x＝1(3)和公式得出液压油缸组b的位移s2与液压油缸组a的位移s1满足关系式：

其中，h1为液压油缸组a的水平位置，s1为液压油缸组a相对于水平位置的位移，k1为液压油缸组a相对于水平位置的摆动幅度,h2为液压油缸组b的水平位置，s2为液压油缸组b相对于水平位置的位移，k2为液压油缸组b相对于水平位置的摆动幅度；

进一步的，所述液压油缸组a和所述液压油缸组b各设置有两个油缸，液压油缸组a中的两个油缸的运动方向相反、位移大小相等；液压油缸组b中的两个油缸的运动方向相反、位移大小相等；

进一步的，所述液压油缸组a的其中一个油缸上设置有用于检测运动位移s1的位移传感器a，所述液压油缸组b的其中一个油缸上设置有用于检测运动位移s2的位移传感器b，所述位移传感器a和位移传感器b与所述控制器采用通讯总线连接；

进一步的，所述液压油缸组a和液压油缸组b与平台之间连接有摇摆架，所述摇摆架包括前后摇摆架和左右摇摆架，所述前后摇摆架连接在所述左右摇摆架上，所述油缸组a中的两个油缸一端接地，另一端连接左右摇摆架以实现平台的左右转动；所述油缸组b中的两个油缸一端固定在左右摇摆架上，另一端连接前后摇摆架以实现平台的转动运动；

所述液压油缸组a中的两个油缸均对称设置在左右摇摆架上；所述液压油缸组b中的两个油缸均对称设置在前后摇摆架上；

进一步的，所述液压油缸组a上设置有用于控制油液流量的阀门a，所述液压油缸组b上设置有用于控制油液流量的阀门b，所述阀门a和阀门b与所述控制器采用电连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

将油缸b运动的位移s2用液压油缸组a运动的位移s1表示，向控制器输入s1即可计算出s2的大小，以此实现液压油缸组a和液压油缸组b运动的同步，从而实现平台做陀螺运动；

由于要实现平台做陀螺运动，需要液压油缸组a和液压油缸组b的位移均呈正弦函数变化，将液压油缸组b位移s2的变化公式从正弦函数变换为非正弦函数，便于控制器的运算；

液压油缸组a和液压油缸组b的运动需要有相位差，而相位差一般是无限不循环小数，不方便编程，将液压油缸组b的运动公式变换成非正弦函数，将相位差包含在这个非正弦函数的运动公式中，通过控制器就很容易实现，减少了计算误差,提高了定位精度；

采用pid调节，通过液压位移传感器b，将液压油缸组b实际的位移反馈到控制器中，与计算的位移进行比较，可以有效提高液压油缸组b运动的精度。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的结构图；

图3是本发明中液压油缸组的位移随时间的变化规律；

图4是本发明的整体结构图；

图5是本发明的整体结构图的局部a图；

图6是本发明的整体结构图的局部b图；

图7是本发明的整体结构图的俯视图；

图8是本发明的整体结构图的俯视图的剖面c图；

图9是本发明的整体结构图的俯视图的剖面d图；

图中标记：1-左右摇摆架，2-前后摇摆架，3-油缸a，4-油缸b，5-桁架a，6-固定底座，7-导向轮组a，8-桁架b，9-固定装置，10-导轨组a，11-导向轮组b，12-导轨组b，13-底架，14-油缸c，15-油缸d，16-上桁架a，17-下桁架a，18-上桁架b，19-下桁架b，20-固定架a，21-固定架b,22-液压油缸组a，23-位移传感器a，24-阀门a，25-液压油缸组b，26-位移传感器b，27-阀门b，28-平台。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图对本发明作详细说明。

一种油缸位移同步控制实现平台陀螺运动的控制系统，该控制系统包括平台28、液压油缸组a22、液压油缸组b25和用于控制液压油缸组a22与液压油缸组b25运动的控制器，所述液压油缸组a22和液压油缸组b25带动平台28运动，所述控制器控制液压油缸组a22的位移s1的变化满足公式s1＝k1sinx+h1；

所述控制器控制液压油缸组b25的位移s2的变化满足公式根据公式sin²x+cos²x＝1和公式得出液压油缸组b25的位移s2与液压油缸组a22的位移s1满足关系式：

其中，h1为液压油缸组a22的水平位置，s1为液压油缸组a22相对于水平位置的位移，k1为液压油缸组a22相对于水平位置的摆动幅度,h2为液压油缸组b25的水平位置，s2为液压油缸组b25相对于水平位置的位移，k2为液压油缸组b25相对于水平位置的摆动幅度。

所述液压油缸组a22和所述液压油缸组b25各设置有两个油缸，液压油缸组a22中的两个油缸的运动方向相反、位移大小相等；液压油缸组b25中的两个油缸的运动方向相反、位移大小相等；

所述液压油缸组a22的其中一个油缸上设置有用于检测运动位移s1的位移传感器a23，所述液压油缸组b25的其中一个油缸上设置有用于检测运动位移s2的位移传感器b26，所述位移传感器a23和位移传感器b26与所述控制器采用通讯总线连接；

所述液压油缸组a22和液压油缸组b25与平台28之间连接有摇摆架，所述摇摆架包括前后摇摆架2和左右摇摆架1，所述前后摇摆架2连接在所述左右摇摆架1上，所述液压油缸组a22中的两个油缸一端接地，另一端连接左右摇摆架1以实现平台28的左右转动；所述油缸组b4中的两个油缸一端固定在左右摇摆架1上，另一端连接前后摇摆架2以实现平台28的前后转动；

所述液压油缸组a22中的两个油缸均对称设置在左右摇摆架1上；所述液压油缸组b25中的两个油缸均对称设置在前后摇摆架2上；

所述液压油缸组a22上设置有用于控制油液流量的阀门a24，所述液压油缸组b25上设置有用于控制油液流量的阀门b27，所述阀门a24和阀门b27与所述控制器采用电连接。

发明的工作原理是：通过位移传感器a23检测到液压油缸组a22的位移s1，将位移s1输入到控制器，控制器经过运算处理后，一路信号输入到阀门a24，用以控制阀门a24的开度，控制液压油缸组a22中油液的流量，从而控制液压油缸组a22运动的速度，当阀门a24越靠近水平位置h1，阀门开度越大，液压油缸组a22运动的速度越快，位移s1的变化越快，经过水平位置h1后阀门开度变小，液压油缸组a22开始减速，达到设定振幅位置后反向阀门开度开始变大，液压油缸组a22开始加速，达到中位后反向阀门开度又开始减小，最终使液压油缸组a22的位移s1随时间呈正弦函数变化；液压油缸组b25运动的位移s2由阀门b27的开度决定，阀门b27开度由pid来调节，即控制器经过运算得到s2的计算值，将得到的s2的计算值输入到阀门b27，控制阀门b27的开度，阀门b27的开度控制液压油缸组b25中油液的流量，从而控制液压油缸组b25运动的速度，决定液压油缸组b25的位移s2的实际值，液压油缸组b25上设置的位移传感器b26检测液压油缸组b25位移s2的实际值，位移传感器b26将检测到的s2的实际值反馈回控制器，与s2的计算值做比较，从而进一步调节阀门b27的开度，使液压油缸组b25的运动更加精确，从而增大液压油缸组a22和液压油缸组b25的同步度，最终使液压油缸组b25的位移s2随时间呈余弦函数变化。

具体实施例

实现本发明所采用的具体结构包括左右摇摆架1、前后摇摆架2、液压油缸组a22和液压油缸组b25；所述左右摇摆架1包括导轨组a10、桁架a5和导向轮组a7，所述桁架a5包括上桁架a16和下桁架a17，所述导轨组a10的上下两端分别连接在上桁架a16和下桁架a17上，所述导轨组a10的弧形导轨与导向轮组a7滚动连接，所述导向轮组，所述导向轮组a7固定在固定底座6上，所述固定底座6固定在基座上；所述上桁架a16和下桁架a17的两端分别连接有一个导轨组a10的弧形导轨；

本发明使用两个左右摇摆架1且平行对称放置，将两个左右摇摆架1通过固定杆固定连接使两个左右摇摆架1做相同的运动，两个左右摇摆架1下端通过底架13连接；所述两个左右摇摆架1两端之间分别设置有用于固定液压油缸组a22的固定架a20，使上端固定在固定架a20且下端固定在基座上的液压油缸组a22带动所述两个左右摇摆架1进行左右转动，所述液压油缸组a22包括油缸a3和油缸b4，所述油缸a3和所述油缸b4对称分布，所述油缸a3和油缸b4的运动方向相反、位移大小相等；所述固定架a20为镂空对称结构，可有效的减轻摇摆架整体质量，同时减轻液压油缸组a22的负荷。

前后摇摆架2包括导轨组b12、桁架b8和导向轮组b11，所述桁架b8包括上桁架b18和下桁架b19，所述导轨组b12的上下两端分别连接在上桁架b18和下桁架b19上,所述上桁架b18和下桁架b19的两端分别连接有一个导轨组b12的弧形导轨；

本发明使用两个前后摇摆架2且平行对称放置，将两个前后摇摆架2通过固定杆固定连接使两个前后摇摆架2做相同的运动；所述两个左前后摇摆架2两端之间分别设置有用于固定液压油缸组b25的固定架b21，所述液压油缸组b25上端连接在所述固定架b21上，下端连接在所述底架13上，所述液压油缸组b25包括油缸c14和油缸d15，所述c14和油缸d15对称分布，所述c14和油缸d15的运动方向相反、位移大小相等；所述左右摇摆架1的上桁架a16与下桁架a17之间倾斜固定设置有用于固定导向轮组b11的固定装置9，所述导轨组b12与导向轮组b11滚动连接；

所述油缸a3和油缸b4之间通过油管连接，所述c14和油缸d15之间通过油管连接。

如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。