四點調平系統調平策略的研究

李衛華

摘 要：本文對四點調平系統的調平策略進行了詳細的研究，分析了不同調平策略下調平系統功能實現基本原理，研究了不同調平策略對調平精度、調平時間的影響。本研究對于自動調平系統的設計、生產及調試都具有實際的指導意義。

關鍵詞：四點調平;調平策略;調平誤差;修正方法

0 前言

在進行四點調平系統研發前首先要確定采用何種調平策略。四點調平系統調平時存在超靜定和支腿耦合問題，會出現“虛腿”和支腿超載的潛在危險[1]。調平策略的選取，直接影響調平的精度和調平時間。本文在理論分析的基礎上，結合大量的試驗，提出了自己的一些見解，供設計人員參考。

1 調平策略

根據自動調平時支腿運動數量，調平策略可分為逐最高點法及最短時間調平法。下面對兩種調平策略調平功能實現的原理進行分析。

1.1 逐最高點法策略

采用逐最高點法進行自動調平的過程中，根據實時檢測的角度信號，先判斷哪一個支腿為最高支腿，進而依次將其余3個較低位置的支腿上升進行調平，支腿只有單向的上升運動，沒有反向下降過程。調平后支腿理論伸出量如圖1所示。

如上圖所示，自動調平前四個支腿的最高點分別為A、B″、C″、D″，自動調平后四個支腿的最高點分別為A、B、C、D，自動調平后，最高點支腿A不動，其余三個支腿的理論行程為BB″、CC″、DD″。

基于調平結束后，任何支腿不高于原最高點A的原則，確定支腿上升數值時，肯定不能完全按照理論行程，設計時首先將支腿的伸出量設定可以滿足與X軸夾角α及與Y軸夾角β均為自動調平精度的下限。依次進行完BCD三根支腿的動作后，判斷采集的角度數據是否滿足自動調平精度指標，如不滿足根據試驗情況選取合適參數進行修正。

1.2 最短時間調平法

最短時間調平法通過完全解耦的調平策略，計算出各個支腿相對位置及各個支腿如何運動才能使調平時間最短，支腿同時向綜合最小行程位置運動，自動調平后支腿既有上升也有下降，最終停留在中間位置的預定點。

四點調平系統具有四個支腿高度輸入及2個夾角輸出，構成了四個輸入量兩個輸出量的多輸入輸出系統。四個輸入量中任何支腿的位移變化，其結果具有不確定性，既有可能導致2個夾角數值變化，也可能不會導致2個夾角數值變化，可知四個輸入量在某時刻必有1個是冗余量[2]。去除一個“虛腿”的輸入量，此時，系統為3個輸入量與兩個輸出量的定輸入定輸出系統。列出帶函數的方程組，求解即可得到每個支腿需要伸出的數值。

2 調平策略和調平精度、調平時間的關系

根據前面所述，采用不同的控制策略，調平系統的調平精度和調平時間存在明顯的差別，必須根據實際需要來選擇正確的調平策略，以獲得較好的調平精度和調平時間。

2.1 逐最高點法對調平精度、調平時間的關系

采用逐最高點法進行自動調平，各支腿在調平的過程中做單向運動可以有效避免產生反向間隙，提高了系統的調平精度[3]。自動調平結束后平臺水平面與理想平臺水平面還會有一定的誤差，并且實際兩個方向的夾角與調平前的夾角偏移方向一致，不會產生“0點”漂移。調平精度較高。

采用逐最高點法進行自動調平的過程中，3個較低位置的支腿按照特定順序分別單獨運動，自動調平時間必然加長。采用逐最高點法進行自動調平，支腿上升接近結束時，加入“虛腿”調節環節，在保證精度的同時，也會降低平臺的響應速度，需要重新進行落地判斷，防止“虛腿”現象的產生[4]。

2.2 最短時間調平法

采用最短時間調平法時，四個支腿依據實際情況作出升降動作，自動調平結束后平臺水平面與理想平臺水平面還會有一定的誤差，并且實際兩個方向的夾角與調平前的夾角偏移方向會產生正負偏移，我們稱為“0點”漂移?！?點”漂移現象的出現回導致調平精度的降低。

最短時間調平法具體控制算法較復雜，四個支腿可以同時動作，可以大大減少調平時間;由于四個支腿支撐為超靜定結構，四個支腿同時動作，每個支腿的位移均不同、運動時間也不相同，在運動過程中，容易出現某支腿的受力過大，導致機械結構的損害及發生伺服電機超載抱死現象，需要預留足夠的動力儲備量。

3 結束語

四點調平系統采用不同的調平策略，直接影響調平系統的精度和調平時間指標。系統對調平時間要求比較高時宜采用最短時間調平法，系統對調平精度要求比較高時宜采用逐最高點法調平，但是兩者并不是絕對的，需要根據技術指標綜合評定。

參考文獻：

[1]劉永贊，毛艷.重載平臺升降隨動調平控制及安全限制策略研究[J].建筑機械，2017（12）：84-87+91.

[2]周亭亭，王渝.六點支撐穩定平臺自動調平控制系統的建模與仿真[J].汽車實用技術，2016（05）：104-106.

[3]汪君，李正琦.某四點支撐液壓自動調平系統設計[J].信息系統工程，2018（03）：38.

[4]王茁茁，杜向黨，王方超.水下平臺自調平控制系統設計與仿真[J].機械與電子，2017，35（05）：51-54.