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自動調平平臺結構及控制系統(tǒng)設計研究
吳小芳 劉小明 2022/5/23 19:19:32
（接上頁）實際運動狀況與以上描述不符，存在關系 ，則認為電桿在加速過程中未達到最大值，部分均速段消失，即 時均速作業(yè)階段未發(fā)生。所以，本系統(tǒng)電桿的作業(yè)，需要根據(jù)實際作業(yè)情況確定。為了避免電桿作業(yè)期間速度突變，對平臺造成沖擊，因而加速度和作業(yè)速度的控制至關重要。本系統(tǒng)關于此方面控制命令的下達，通過模擬加速度曲線和速度曲線，經過模擬分析確定該方案是否可行，如果不滿足控制條件，則調整速度與加速度作業(yè)命令。此部分工作的開展，需要單片機和PC機共同模擬完成。
3 系統(tǒng)試驗測試分析
3.1 試驗平臺的搭建
按照系統(tǒng)機械架構設計方案搭建試驗平臺，該平臺以虛固定桿為坐標原點，在XOY平面內布設電桿I、電桿II、電桿III位置。其中，電桿I與原點之間距離為950mm；電桿II與原點之間距離為450mm；電桿III與原點之間距離為450mm。假設加速階段速度起始數(shù)值 ，勻速階段速度最大值 ，減速階段運動結束速度數(shù)值 。
將設定的速度函數(shù)錄入到電桿控制系統(tǒng)當中，開啟系統(tǒng)作業(yè)模式，測試不同電桿作業(yè)狀況下的上平臺質心調速數(shù)據(jù)、上平臺質心速度數(shù)據(jù)。本次試驗建立在PWM原理基礎上，以18°作為角度調節(jié)上限，設置8種工況，根據(jù)調平需求，沿著前后、左右方向，分別下達電桿I、電桿II、電桿III伸縮作業(yè)命令，從而實現(xiàn)電桿調平控制。
考慮到單片機處理方案中信號的組成為離散數(shù)字信號，主要由0和1構成，因而本次試驗系統(tǒng)控制采用離散點下達控制命令。與此同時，測量試驗結果并記錄。其中，占空比為0對應的角度區(qū)為（0～0）°；占空比為0.4對應的角度區(qū)為（0～2）°；占空比為0.6對應的角度區(qū)為（2～4）°；占空比為0.8對應的角度區(qū)為（4～10）°；占空比為1.0對應的角度區(qū)為（10～14）°。隨著角度的增加，占空比逐漸增加達到1.0后，開始逐漸減小。當角度區(qū)為（14～16）°時，占空比為0.8；當角度區(qū)為（16～18）°時，占空比為0.4；角度區(qū)為（18～18）°時，占空比為0.0。
3.2 系統(tǒng)測試結果分析
按照上述方案設置電桿角度控制命令，開啟系統(tǒng)作業(yè)命令后，傳感器開始采集信號，根據(jù)此信號下達電桿控制命令。測得上平臺質心調速數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 上平臺質心調速測試數(shù)據(jù)
角度區(qū)間/° 平均時間/s 占空比 平均線速度/(mm/s) 平均角速度°/s
0-0 0.00 0.0 0.00 0.00
0-2 2.42 0.4 6.79 0.79
2-4 1.43 0.6 11.38 1.40
4-10 4.82 0.8 14.17 1.87
10-14 4.97 1.0 16.55 2.01
14-16 1.22 0.8 13.40 1.59
16-18 3.19 0.4 5.20 0.65
18-18 0.0 0.00 0.00 0.00
從表1中統(tǒng)計結果來看，平均線速度和及角速度達到最大值耗費的時間為4.97s，此時占空比達到1.0。當占空比逐漸增加時，平均線速度和及角速度數(shù)值均隨之增加，當占空比達到最大值后下降，這兩項指標也隨之減小。
以電桿速度為對照組，以上平臺質心速度作為實驗組，分別測試不同時間下的速度數(shù)值，統(tǒng)計結果見表2。
表2 上平臺質心速度測試數(shù)據(jù)
測試指標 電桿運動時間/s
0s 2s 4s 6s 8s 10s 12s 14s
電桿速度/(mm/s) 0.0 8.3 16.2 16.3 16.3 10.7 2.2 0.0
上平臺質心速度/(mm/s) 0.0 8.4 16.3 16.3 16.3 10.8 2.2 0.0
表2中統(tǒng)計結果顯示，上平臺質心速度與電桿速度基本保持一致，在控制誤差允許范圍之內。因此，該平臺系統(tǒng)設計方案能夠有效調平。
4 總結
本文以自動調平技術的應用作為重點研究內容，在國內外研究基礎上，對平臺結構進行改進，并設計調平控制系統(tǒng)。其中，新的平臺結構通過打造上平面，達到提高結構穩(wěn)定性的目的。以電桿I、電桿II、電桿III作為控制對象，通過計算調平角度，下達電機控制命令，采用避免調節(jié)方式達到最終調平目標。試驗測試結果顯示，本系統(tǒng)上平臺質心調速與電桿速度控制保持一致，符合調平控制要求。
參考文獻：
[1]羅艷蕾,屠松庭,石立明.基于液壓調平大阻尼系統(tǒng)的模糊PID控制研究[J].機床與液壓,2020,48(15):118-121.
[2]鄧傳濤,胡國友,冷新龍,等.面向復雜環(huán)境的無（未完，下一頁）
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