[发明专利]垂直发射平台姿态调平的偏差耦合同步控制方法

摘要

本发明公开了一种垂直发射平台姿态调平的偏差耦合同步控制方法，步骤如下：首先建立垂直发射平台姿态调平系统的数学模型；再通过基于偏差耦合的主动同步姿态调平控制方法调节位置；最后进行垂直发射平台姿态调平系统的联合仿真。本发明针对多缸系统中普遍存在的大偏载、强耦合、强非线性及参数时变等特性，提出了一种耦合同步控制方法——偏差耦合控制，该法采用误差补偿器对多缸同步误差进行前馈补偿控制，考虑了自身以及其他各通道的运动状态，有效地处理了各通道间的耦合关系，从而减小各个子通道的同步误差，达到同步运动的目的。对比仿真结果验证了引入该同步控制方法的有效性。

主权项

1.一种垂直发射平台姿态调平的偏差耦合同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立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；设各支腿在平台坐标系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，发射平台的重心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，发射平台四个支腿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为发射平台的长，H为发射平台的宽；由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)即垂直发射平台姿态调平系统的数学模型；步骤2，通过基于偏差耦合的主动同步姿态调平控制方法调节位置，具体如下：所述垂直发射平台的每条支腿均对应一个单出杆液压缸；步骤2‑1，判断最高支撑腿当发射平台处于非水平状态时，支腿1为坐标系原点，倾角α和β的正负由右手螺旋法则判定，其中α和β分别对应平台的横滚角和俯仰角；步骤2‑2，计算高度差由于平台倾角为小角度，为了方便计算，近似有cosα＝cosβ＝1，sinα＝α，sinβ＝β；于是简化成由得到各支撑点在水平坐标系中Z方向上的坐标为0Piz0Piz＝‑α1Pix+β1Piy                         (14)由于平台调平前是预支承状态，初始倾角为α0,β0；代入式(14)得到一个最高支撑点，设最高点i＝h，0Piz≤0Phz；由此得到任意时刻各支撑点的位置误差ei为：ei＝0Phz‑0Piz＝‑α0(1Phx‑1Pix)+β0(1Phy‑1Piy)             (15)1)当α0<0,β0>0时，得到初始状态支腿3最高，支腿1最低，将各支撑点坐标代入式(15)得：e1＝‑α0L+β0H,e2＝β0H,e3＝0,e4＝‑α0L             (16)因此，支腿上升的总行程D为：调平时间由最低支腿1的位置误差e1大小决定：T＝e1/v＝(‑α0L+β0H)/v                  (18)其中T为调平时间，v为液压缸的上升速度；2)当α0>0,β0>0时，得到初始状态支腿4最高，支腿2最低，将各支撑点坐标代入式(15)得：e1＝β0H,e2＝α0L+β0H,e3＝α0L,e4＝0因此，支腿上升的总行程为：调平时间由最低支腿2的位置误差e2大小决定：T＝e2/v＝(α0L+β0H)/v3)当α0>0,β0<0时，得到初始状态支腿1最高，支腿3最低，将各支撑点坐标代入式(15)得：e1＝0,e2＝α0L,e3＝α0L‑β0H,e4＝‑β0H因此，支腿上升的总行程为：调平时间由最低支腿3的位置误差e3大小决定：T＝e3/v＝(α0L‑β0H)/v4)当α0<0,β0<0时，得到初始状态支腿2最高，支腿4最低，将各支撑点坐标代入式(15)得：e1＝‑α0L,e2＝0,e3＝‑β0H,e4＝‑α0L‑β0H因此，支腿上升的总行程为：调平时间由最低支腿4的位置误差e4大小决定：T＝e4/v＝(‑α0L‑β0H)/v；步骤2‑3，通过偏差耦合同步控制算法，获得更好的同步控制性能：四条支腿分为四条平行支路，每条支路包括依次连接的误差补偿器、加法器、控制器和支腿，误差补偿器包括第一加法器、第一增益补偿器、第二加法器、第二增益补偿器和第三加法器，第一加法器和第一增益补偿器串联为第一支路，第二加法器和第二增益补偿器串联为第二支路，第一支路和第二支路并联后与第三加法器串联，每个液压缸将输出位置反馈信号作为误差补偿器的输入信号，支腿n的位置输出分别与其余液压缸位置输出进行比较，随后将各个通道的差值传送到对应的增益补偿器，最后将各个补偿值相加后作为支腿n的误差补偿信号对支腿n进行位置控制，从而实现支腿n与其他支腿间的协调同步运动；误差补偿器各通道中的补偿增益Knj对各个通道间的参数差异进行补偿，从而消除控制通道间的参数差异性对系统同步性能的影响；其中n、j均为支腿序号，j不为最高支腿序号，且n,j＝1～4,j≠n；误差控制变量zi为各支腿自身的位置误差与支腿间的位置同步误差的线性组合，即步骤3，进行垂直发射平台姿态调平系统的联合仿真。