[发明专利]基于十二点支撑的垂直发射平台姿态调平控制方法

摘要

本发明公开了一种基于十二点支撑的垂直发射平台姿态调平控制方法，方法步骤如下：首先建立十二点支撑的垂直发射平台姿态调平系统的数学模型，再通过基于位置误差控制的姿态调平方法调节位置，接着通过基于角度误差控制的姿态调平方法调节角度，最后进行垂直发射平台姿态调平系统的联合仿真。本发明在四点调平的基础上，探索了一种适用于十二点调平的控制算法，该算法采用分块调平思想，将复杂多点调平转化成易于实现的三点以及四点调平，无论是调平精度还是调平时间都能取得理想的仿真结果，保证了发射平台优良的伺服控制性能。

主权项

1.一种基于十二点支撑的垂直发射平台姿态调平控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立十二点支撑的垂直发射平台姿态调平系统的数学模型，具体如下：根据坐标系间坐标变换理论，任意一个非水平状态的坐标系均由一个水平坐标系依次以X轴、Y轴、Z轴为旋转轴转过一定角度得到，而最终生成的坐标系与原水平坐标系间的坐标变换矩阵有如下关系式：其中，α、β和γ分别为发射平台X轴、Y轴、Z轴方向的倾角，Rα为坐标系OX1Z1到坐标系OX0Z0的二维坐标变换矩阵，Rβ为坐标系OY1Z1到坐标系OY0Z0的二维坐标变换矩阵，Rγ为坐标系OX1Y1到坐标系OX0Y0的二维坐标变换矩阵；根据十二点支撑平台的几何结构，平台分为五个部分，中间一个平台由四点支撑，周围四个平台分别由三点支撑，因此建立十二点支撑平台的数学模型即转化为分别对各个区域平台进行建模；现以中间四点支撑平台的建模为例阐述其建模思想，其余的三点支撑平台建模过程与此类似；假设中间平台各支点在平台坐标系OX1Y1Z1中的坐标为1Pi＝(1Pix,1Piy,1Piz)T，在水平坐标系OX0Y0Z0中的坐标为0Pi＝(0Pix,0Piy,0Piz)T，中间平台的重心G在OX1Y1Z1坐标系中的坐标为1G＝(1Gx,1Gy,1Gz)T，在OX0Y0Z0坐标系中的坐标为0G＝(0Gx,0Gy,0Gz)T；结合发射平台调平的实际情况，式(5)简化为已知1G＝(Gx,Gy,0)T，中间平台四个支点在平台坐标系中的坐标分别为1P1＝(0,0,0)T，1P2＝(L,0,0)T，1P3＝(L,H,0)T，1P4＝(0,H,0)T，其中L为中间四点支撑平台的长，H为中间四点支撑平台的宽；由i＝1,2,3,4，得到水平坐标系下的各点坐标：0P1＝(0,0,0)T  (7)0P2＝(Lcosα,0,‑Lsinα)T  (8)0P3＝(Lcosα+Hsinαsinβ,Hcosβ,‑Lsinα+Hcosαsinβ)T  (9)0P4＝(Hsinαsinβ,Hcosβ,Hcosαsinβ)T  (10)0G＝(Gxcosα+Gysinαsinβ,Gycosβ,‑Gxsinα+Gycosαsinβ)T  (11)即中间四点支撑平台姿态调平系统的数学模型；步骤2，通过基于位置误差控制的姿态调平方法调节位置，具体如下：在五个分块平台上各加装一个双轴倾角传感器，用于测量X方向和Y方向相对于水平面的倾角，根据传感器采集的两方向角度信号，判断出每个平台所处区域的最高点，最后经过比较得出全平台的最高支撑点；若最高点位于中间平台的四点其一，则首先调节中间平台使其水平，而后使四周平台的八个点向上运动与中间平台看齐，最终实现全平台的调平；若最高点位于四周平台的八点其一，则首先调节最高点所在区域平台使其水平，而后调节中间平台最后使四周平台剩余点向中间平台看齐，最终实现全平台的调平；对于每一分块平台的调平，则遵循基本的三点或四点调平法；位置误差调平采用“追逐最高点”调平法：根据传感器的倾角信息判断出平台的最高支撑点，以最高点为基准，计算其余支撑点与其位置误差，此误差值即为支点应上升的高度，经过经典PID控制算法后送入伺服系统输入端，驱动支点上升一定位移，从而使各点处于同一高度，调平结束；步骤3，通过基于角度误差控制的姿态调平方法调节角度，具体如下：角度误差调平的误差变量为角度值α和β，此方法同样需要判断平台的最高点，并且保持最高点不动，通过其余支点的上升来达到使倾角变化的目的，直至倾角值为零，调平结束；步骤4，进行垂直发射平台姿态调平系统的联合仿真，具体如下：首先根据发射平台实际工况，确定相关参数；之后在AMESim和Simulink中进行建模仿真，具体步骤如下：步骤4‑1，在AMESim中对十二点支撑发射平台进行建模，包括平台结构和液压支点的建模；步骤4‑2，在Simulink中对调平方法和控制算法进行建模；步骤4‑3，进行发射平台姿态调平系统的AMESim和Simulink联合仿真，获取平台调平仿真结果。