基于十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平控制方法，方法步驟如下：首先建立十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平系統的數學模型，再通過基于位置誤差控制的姿態調平方法調節位置，接著通過基于角度誤差控制的姿態調平方法調節角度，最后進行垂直發射平臺姿態調平系統的聯合仿真。本發明在四點調平的基礎上，探索了一種適用于十二點調平的控制算法，該算法采用分塊調平思想，將復雜多點調平轉化成易于實現的三點以及四點調平，無論是調平精度還是調平時間都能取得理想的仿真結果，保證了發射平臺優良的伺服控制性能。
【專利說明】
基于十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平控制方法
技術領域
[0001] 本發明屬于電液伺服控制技術領域，特別是一種基于十二點支撐的垂直發射平臺 姿態調平控制方法。
【背景技術】
[0002] 調平裝置在軍事武器裝備上具有重要作用，如陸基機動雷達、導彈發射車等到達 預定作戰陣地后，都要求進行架設，獲得精確的水平基準，作戰任務結束后撤收退出陣地。
[0003] 目前實現自動調平的系統多采用3點、4點、6點支撐方式，特殊的還有多點式如8、 10、12(四條調平撐腿+八條輔助撐腿)腿平臺。3點支撐的優點是控制方式簡單，無過約束問 題，但剛度和抗傾覆能力相對較差。4點和6點及更多點支撐剛度較好，抗傾覆能力強，但是 存在超靜定問題，控制復雜。3點確定一個平面，大于3點支撐時會出現某個腿離地懸空或者 支反力過小，即虛腿現象。解決虛腿是自動調平系統研究的關鍵之一。另外，調平后的鎖緊 問題、調平油缸安裝等問題也需要重點解決。
[0004] 支撐平臺的執行機構多為電液式或機電式，實現平衡的方式為直接采用的調平腿 組件，或通過長度不大于2米的伸展臂組件連接的調平腿組件。然而，三點支撐和四點支撐 的支撐平臺難以滿足大型支撐平臺（負重25噸以上)對其支承剛度和結構穩定性的要求，因 此，至少需要采用六點支撐的結構形式。然而，采用六點或六點以上的支撐平臺自身的尺寸 和載重量都難以避免的增大，需要對執行機構和平衡方式進行優化設計，確保支撐平臺的 結構簡單且具有較大的功率重量比。
[0005] 調平方式有手動和自動兩種。手動調平主要采用人工調節方式，調節時需要多人 配合反復操作各支撐腿，并同時觀察水準儀刻度變化使其達到水平，這種方法調節時間長， 操作難度大。自動調平采取自動支撐、調平、撤收方式，能有效減少操作人員的數量，降低工 作強度，縮短作業時間。自動調平有液壓驅動和電機驅動兩種驅動方式。液壓驅動能承載較 大的負載，但液壓系統復雜，體積重量大，且液壓油易泄漏，水平穩定度差，控制維護較難。 機電式與電液式自動調平系統相比較，它的制造成本低，易控制，維護容易，調平時間短，而 且調平精度和可靠性都相對較高。但機電式自動調平系統在工作時，存在較強的電磁干擾， 控制器內存不足等問題，這些問題對于系統的調平精度以及調平過程平臺的穩定性產生了 很大的影響，也是機電式自動調平系統研究的關鍵。
[0006] 從控制誤差量上來講，主要的調平方法是位置誤差控制調平法與角度誤差控制調 平法。位置誤差調平法又細分為逐高法、逐低法和幾何中心不動法3種。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是提供一種基于十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平控制方法，在 四點調平基礎之上，著眼于工程實際，提出適用于復雜多點調平的新思路，較好地模擬實際 平臺的調平過程，對于今后工程應用有著一定借鑒意義。
[0008] 實現本發明目的的技術解決方案為:一種基于十二點支撐的垂直發射平臺姿態調 平控制方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1，建立十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平系統的數學模型：
[0010] 具體如下：
[0011] 根據坐標系間坐標變換理論，任意一個非水平狀態的坐標系均由一個水平坐標系 依次以X軸、Y軸、Z軸為旋轉軸轉過一定角度得到，而最終生成的坐標系與原水平坐標系間 的坐標變換矩陣#有如下關系式：
[0014] 其中，α、β和γ分別為發射平臺X軸、γ軸、z軸方向的傾角，Ra為坐標系OXiZi到坐標 系OXqZq的二維坐標變換矩陣，Re為坐標系ΟΥιΖι到坐標系OYqZq的二維坐標變換矩陣，R Y為坐 標系ΟΧιΥι到坐標系OXqYq的二維坐標變換矩陣；
[0015] 根據十二點支撐平臺的幾何結構，平臺分為五個部分，中間一個平臺由四點支撐， 周圍四個平臺分別由三點支撐，因此建立十二點支撐平臺的數學模型即轉化為分別對各個 區域平臺進行建模；
[0016] 此處以中間四點支撐平臺的建模為例闡述其建模思想，其余的三點支撐平臺建模 過程與此類似；
[0017]假設中間平臺各支點在平臺坐標系ΟΧιΥιΖ沖的坐標為1Pi = (iPix，by，iPiz)τ，在水 平坐標系OXqYqZo中的坐標為QPi = (Qpix，Qpiy，Qp iz)τ，中間平臺的重心G在OXiYiZi坐標系中的 坐標為4 = (I，^，t)τ，在OXqYqZq坐標系中的坐標為QG = (QGX，QGy，QG Z)τ;
[0018]結合發射平臺調平的實際情況，式(5)簡化為
[0020]已知1G=(Gx，Gy，0)T，中間平臺四個支點在平臺坐標系中的坐標分別為 1?:=(0,0， 0)\中2=〇^0,07，中3 = 〇^!1，0)7，中4=(0，11，0)7，其中1^為中間四點支撐平臺的長，!1為中 間四點支撐平臺的寬；
[0021 ]由2=%. $，％=%右廬1,2,3,4).，得到水平坐標系下的各點坐標：
[0022] °Pi=(0,0,0)T (7)
[0023] °P2= (Lcosa,〇,-Lsina)T (8)
[0024] °P3=(Lcosa+HsinasinP,HcosP,-Lsina+HcosasinP)T (9)
[0025] °P4=(HsinasinP,HcosP,HcosasinP)T (10)
[0026] °G= (GxC〇sa+GysinasinP,GyC〇sP,-Gxsina+GycosasinP)T (11)
[0027] 即垂直發射平臺姿態調平系統的數學模型。
[0028] 步驟2,通過基于位置誤差控制的姿態調平方法調節位置：
[0029] 具體如下：
[0030]在五個分塊平臺上各加裝一個雙軸傾角傳感器，用于測量X方向和Y方向相對于水 平面的傾角，根據傳感器采集的兩方向角度信號，判斷出每個平臺所處區域的最高點，最后 經過比較得出全平臺的最高支撐點；若最高點位于中間平臺的四點其一，則首先調節中間 平臺使其水平，而后使四周平臺的八個點向上運動與中間平臺看齊，最終實現全平臺的調 平;若最高點位于四周平臺的八點其一，則首先調節最高點所在區域平臺使其水平，而后調 節中間平臺最后使四周平臺剩余點向中間平臺看齊，最終實現全平臺的調平；
[0031 ]對于每一分塊平臺的調平，則遵循基本的三點或四點調平法；
[0032] 位置誤差調平采用"追逐最高點"調平法:根據傳感器的傾角信息判斷出平臺的最 高支撐點，以最高點為基準，計算其余支撐點與其位置誤差，此誤差值即為支點應上升的高 度，經過一定的控制算法后送入伺服系統輸入端，驅動支點上升一定位移，從而使各點處于 同一高度，調平結束。
[0033] 步驟3,通過基于角度誤差控制的姿態調平方法調節角度：
[0034] 具體如下：
[0035] 角度誤差調平的誤差變量為角度值α和β，此方法同樣需要判斷平臺的最高點，并 且保持最高點不動，通過其余支點的上升來達到使傾角變化的目的，直至傾角值為零，調平 結束。
[0036] 步驟4,進行垂直發射平臺姿態調平系統的聯合仿真：
[0037] 具體如下：
[0038] 首先根據發射平臺實際工況，確定相關參數;之后在AMESim和Simulink中進行建 模仿真，具體步驟如下：
[0039] 步驟3-1，在AMESim中對十二點支撐發射平臺進行建模，包括平臺結構和液壓支點 的建模；
[0040] 步驟3-2，在Simul ink中對調平方法和控制算法進行建模；
[0041] 步驟3-3,進行發射平臺姿態調平系統的AMESim和Simulink聯合仿真，獲取平臺調 平仿真結果。
[0042]本發明與現有技術相比，其顯著優點是：
[0043] 1)不同于單純的四點調平，本發明的十二點調平建模更為復雜，平臺間的耦合效 應更為顯著，在工程實際中需要考慮的影響因素眾多，保證調平過程的同步穩定性尤為重 要，因此實現十二點的高精度快速調平具有很大挑戰；
[0044] 2)本發明在滿足平臺幾何約束的前提下，采用一次調平但難于實施，而后嘗試采 用分塊分步調平，最終達到全平臺的水平，這種調平方法一方面削弱了全平臺因所有支點 共同運動而造成的強耦合、強干擾，另一方面多次調平能夠保證平臺的高精度要求，且實施 進程更為順利；
[0045] 3)本發明采用位置誤差和角度誤差兩種誤差控制方法，通過對比驗證所設計控制 算法的有效性。
【附圖說明】
[0046] 圖1為本發明的坐標系旋轉示意圖。
[0047] 圖2為本發明的非水平狀態下四點支撐平臺簡圖。
[0048]圖3為本發明的非水平狀態下三點支撐平臺簡圖。
[0049] 圖4-圖8為本發明的位置誤差調平下各支點位置變化曲線。
[0050] 圖9-圖13為本發明的位置誤差調平下各平臺傾角變化曲線。
[0051] 圖14-圖18為本發明的角度誤差調平下各支點位置變化曲線。
[0052]圖19-圖23為本發明的角度誤差調平下各平臺傾角變化曲線。
[0053]圖24為本發明的方法流程圖。
[0054]圖25為本發明的十二點支撐發射平臺結構圖。
【具體實施方式】
[0055]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
[0056]結合圖1至圖3以及圖24和圖25,一種基于十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平控 制方法，包括以下步驟：
[0057]步驟1，建立十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平系統的數學模型，具體如下： [0058] 設OXqYqZq為水平坐標系，保持靜止不動，ΟΧιΥιΖι為非水平坐標系，由水平坐標系 ΟΧοΥοΖο經過一系列旋轉得到，其旋轉變化示意圖如圖1所示。此處規定旋轉角方向滿足右手 螺旋定則，即大拇指指向旋轉軸的正方向，四指彎曲方向即為旋轉角的正方向。
[0059]根據坐標系間坐標變換理論，任意一個非水平狀態的坐標系均由一個水平坐標系 依次以X軸、Υ軸、Ζ軸為旋轉軸轉過一定角度得到，而最終生成的坐標系與原水平坐標系間 的坐標變換矩陣Μ有如下關系式：
[0060] (1)
[0061 ] 其中，Ra為坐標系OXiZ^ij坐標系ΟΧοΖο的二維坐標變換矩陣，其值為
[0063]以Χο軸為旋轉軸轉過β角度時的坐標變換矩陣Re為
[0065]以Z〇為軸轉過γ角度時的RY為
[0067]將對應的矩陣值代入，得到
[0069]根據十二點支撐平臺的幾何結構，平臺分為五個部分，中間一個平臺由四點支撐， 周圍四個平臺分別由三點支撐，因此建立十二點支撐平臺的數學模型即轉化為分別對各個 區域平臺進行建模。
[0070] 首先建立中間四點支撐平臺的數學模型。
[0071] 假設中間平臺處于非水平狀態，平臺的簡化模型如圖2所示，平臺X軸方向傾角為 α，Υ軸方向傾角為β,ΟΧοΥοΖο為水平坐標系，0ΧΛΖ!為平臺坐標系（與平臺固聯）。設各支點在 平臺坐標系ΟΧιΥιΖ沖的坐標為 1Pi =()τ，在水平坐標系ΟΧοΥοΖο中的坐標為QPi = (QPix，QPiy，QP iz )τ，中間平臺的重心G在OXiYiZi坐標系中的坐標為1G = (，^，、）τ，在 OXoYqZq 坐標系中的坐標為 QG = (QGX，QGy，QG Z)τ。
[0072] 從前面得知，式(5)為一般情況下非水平坐標系與水平坐標系間的變換矩陣，結合 發射平臺調平的實際情況，矩陣中的α和β分別對應平臺的橫滾角和俯仰角，而由于四條支 撐腿一端與平臺剛性連接，另一端與地面接觸，其在Χ0Υ平面內的平動幾乎為零，因此平臺 繞Ζ軸的旋轉角γ小到忽略不計，即sin γ =0,cos γ =1。因此，式(5)簡化為
[0074] 已知1G=(Gx，Gy，0)T，中間平臺四個支點在平臺坐標系中的坐標分別為 1?:=(0,0， 0)\中2=〇^0,07，中3 = 〇^!1，0)7，中4=(0，11，0)7，其中1^為中間四點支撐平臺的長，!1為中 間四點支撐平臺的寬；
[0075] 由％=$，，1(;(/=1,2,3,4)，得到水平坐標系下的各點坐標：
[0076] °Pi=(0,0,0)T (7)
[0077] °P2= (Lcosa,〇,-Lsina)T (8)
[0078] °P3=(Lcosa+HsinasinP,HcosP,-Lsina+HcosasinP)T (9)
[0079] °P4=(HsinasinP,HcosP,HcosasinP)T (10)
[0080] °G= (GxC〇sa+GysinasinP,GyC〇sP,-Gxsina+GycosasinP)T (11)
[0081] 下面建立周圍四個平臺即三點支撐平臺的數學模型，取其一進行分析。
[0082] 假定此時平臺處于非水平狀態，平臺的簡化模型如圖3所示，平臺X軸方向傾角為 a，Y軸方向傾角為β,ΟΧοΥοΖο為水平坐標系，0ΧΛΖ!為平臺坐標系（與平臺固聯）。設各支點在 平臺坐標系ΟΧιΥιΖ沖的坐標為 1Qi = (Wix，，Wiz )τ，在水平坐標系ΟΧοΥοΖο中的坐標為°Qi = (0Qix，QQiy，QQi z)τ，平臺的重心Μ在ΟΧΛΖ!坐標系中的坐標為1M = (I，％，l)τ，在OXqYqZo坐 標系中的坐標為°厘=(°MX，°M y，°MZ)τ。
[0083] 已知11=(1^，1^，0)\四周平臺之一三個支點在平臺坐標系中的坐標分別為％1 = (0,0,0)'102 = (3，1'，0)'103 = (1'，5,0)'其中3，1'為四周平臺的結構尺寸；
[0084] 由％ = >10,，（>從=>.1從(/=1,2,3)，得到水平坐標系下的各點坐標 ：
[0085] %=(0,0,0)T (12)
[0086] °Q2=(Scosa+TsinasinP,TcosP,-Ssina+TcosasinP)T (13)
[0087] °Q3=(Tcosa+SsinasinP,ScosP,-Tsina+ScosasinP)T (14)
[0088] °M= (MxC〇sa+MysinasinP,MyC〇sP,-Mxsina+MycosasinP)T (15)
[0089] 即垂直發射平臺姿態調平系統的數學模型。
[0090] 步驟2,通過基于位置誤差控制的姿態調平方法調節位置，具體如下：
[0091] 對于十二點支撐平臺，考慮到一次調平實施起來比較困難，且調平中容易出現虛 腿現象，導致整個支撐平臺受力偏載嚴重。在外界干擾下，平臺還會產生抖動，嚴重時會向 有"虛腿"的一側產生傾斜，甚至會發生支撐平臺傾倒現象。這在工程實際中是絕不允許的。 因此本發明采用的是分塊分步調平方法，總體實現思路是:在五個分塊平臺上分別加裝一 個雙軸傾角傳感器，來測量X和Y方向相對于水平面的傾角，根據傳感器采集的兩方向角度 信號，判斷出每個平臺所處區域的最高點，最后經過比較得出全平臺的最高支撐點。若最高 點位于中間平臺的四點其一，則首先調節中間平臺使其水平，而后使四周平臺的八個點向 上運動與中間平臺看齊，最終實現全平臺的調平;若最高點位于四周平臺的八點其一，則首 先調節最高點所在區域平臺使其水平，而后調節中間平臺最后使四周平臺剩余點向中間平 臺看齊，最終實現全平臺的調平。
[0092]對于每一分塊平臺的調平，則遵循基本的三點或四點調平法。
[0093]位置誤差調平采用"追逐最高點"調平法。具體實現思路:根據傳感器的傾角信息 判斷出平臺的最高支撐點，以最高點為基準，計算其余支撐點與其位置誤差，此誤差值即為 支點應上升的高度，經過一定的控制算法后送入伺服系統輸入端，驅動支點上升一定位移， 從而使各點處于同一高度，調平結束。對于中間的四點支撐平臺，具體實施步驟如下：
[0094]步驟2-1-1，判斷最高支撐腿
[0095]圖2所示的發射平臺處于非水平狀態，支點1為坐標系原點，傾角α和β的正負由右 手螺旋法則判定，圖示為α〈0，β>0，此時支點3最高，支點1最低；
[0096] 步驟2-1-2,計算高度差
[0097] 由于平臺傾角為小角度，為了方便計算，近似有cosa = cosP=l，sina = a，sinP = β;于是#簡化成
[0101] 得到各支撐點在水平坐標系中Ζ方向上的坐標為
[0102] °Ρ?ζ = -α1Ρ?χ+β1Ρ?γ (18)
[0103] 由于平臺調平前是預支承狀態，初始傾角為α〇，β〇;代入式（18)得到一個最高支撐 點，設最高點由此得到任意時刻各支撐點的位置誤差&為：
[0104] ei = Qphz-Qpiz = -a()(iphx-ipix)+0()(ip hy-ipiy) (19)
[0105] 假設α〇〈〇，β〇>〇,得到初始狀態支點3最高，支點1最低，將各支撐點坐標代入上式 得：
[0106] ei = -aoL+βοΗ, Θ2 = β〇Η, e3 = 0, e4=-a〇L (20)
[0107] 因此，支點上升的總行程D為：
[0109] 調平時間由最低支點1的位置誤差ei大小決定：
[0110] T = ei/v= (-a〇L+PoH)/v (22)
[0111] 其中T為調平時間（8)，￥為液壓缸的上升速度(m/s);
[0112] 對于四周的三點支撐平臺，具體實施步驟如下：
[0113] 步驟2-2-1，判斷最高支撐腿
[0114]三點支撐平臺最高點的判別依據不再是單純的傾角叩的正負，具體如下：
[0115] 1) -α-β>〇，aT-0S>O，aSmO-l 最高，2 次之，3 最低；
[0116] 2)-α-β〈〇，aT-0S>O，aSmO-l 最高，3 次之，2 最低；
[0117] 3) -α-β>〇，aT-0S>O，aS-mXO-2 最高，1 次之，3 最低；
[0118] 4) -α-β>〇，aT-0S〈O，aS-mXO-2 最高，3次之，1 最低；
[0119] 5)-α-β〈〇，αΤ-Κ〈0，α3-βΤ>0-3 最高，1 次之，2 最低；
[0120] 6)-α-β〈〇，aT-0S〈O，aS-mX〇43 最高，2次之，1 最低。
[0121] 圖3所示的平臺處于非水平狀態，此時支點3最高，支點1最低；
[0122] 步驟2-2-2,計算高度差
[0123] 由
[0125] 得到各支撐點在水平坐標系中Z方向上的坐標Wiz為
[0126] °Qiz = -a1Qix+P1Qiy (24)
[0127] 由于平臺調平前是預支承狀態，初始傾角為αο,βο;代入式(24)得到一個最高支撐 點，設最高點由此得到任意時刻各支撐點的位置誤差為：
[0128] e i = °Qhz-°Qiz = -a〇 (^hx-^ix) +β〇 (^hy^iy) (25)
[0129] 假設初始狀態支點3最高，支點1最低，將各支撐點坐標代入上式得：
[0130] ei = -a〇T+e〇S,e2 = -a〇(T-S)+e〇(S-T),e3 = 0 (26)
[0131] 因此，支點上升的總行程為：
[0133] 調平時間由最低支點1的位置誤差大小決定：
[0134] T = ei/v= (-a〇T+PoS)/v (28)
[0135] 其中T為調平時間（s)，vS液壓缸的上升速度(m/s)。
[0136] 控制算法采用經典PID控制。將各支點誤差變量經過PID控制送入伺服閥輸入端， 實現支點的相應動作。
[0137] 步驟3,通過基于角度誤差控制的姿態調平方法調節角度，具體如下：
[0138] 角度誤差調平的誤差變量為角度值a和β，此方法同樣需要判斷平臺的最高點，并 且保持最高點不動，通過其余支點的上升來達到使傾角變化的目的，直至傾角值為零，調平 結束。與位置誤差調平不同，此法不需要計算各支點應上升的高度，只是簡單的判斷該支點 是否需要動作，控制邏輯較為簡單。
[0139]三點和四點支撐平臺的調平過程類似，都是先判斷出區域平臺的最高支撐點，然 后保持最高點不動，其余支點同時上升以使得傾角趨于零，將角度作為誤差控制變量并加 入一定的控制算法進行調平。
[0140]控制算法采用經典PID控制。將角度誤差變量經過PID控制送入伺服閥輸入端，實 現相關支點的動作。
[0141] 步驟4,進行垂直發射平臺姿態調平系統的聯合仿真，具體如下：
[0142] 根據發射平臺實際工況，具體參數設置如下：（說明：中間平臺為支點1，2,3,4構成 的四點支撐平臺，四周平臺1為支點1，5，6構成的三點支撐平臺，四周平臺2為支點2，7,8構 成的三點支撐平臺，以此類推）
[0143] 1)由于每塊平臺都加裝一個雙軸傾角傳感器，因此各平臺的初始傾角需分別進行 設置，具體如下：
[0144] 中間平臺：α() = -〇·88°，β〇=1·92°-支點3最高；
[0145] 四周平臺1:(1() = -1°，0()=1°4支點1最高；
[0146] 四周平臺2:α〇 = 2°，β〇 = 2°-支點2最高；
[0147] 四周平臺3:α〇=1°，β〇 = -Γ-支點3最高；
[0148] 四周平臺4:α() = -2°，β〇 = -2°4支點4最高。
[0149] 綜上，全平臺的最高支撐點為支點3。
[0150] 2)發射平臺各支點分布尺寸為 L = H=3959.8mm，S = 2726.3mm，T = 529.9mm。
[0151] 3)各支撐點與所在平臺最高點間的初始位置誤差分別為：（其中ei(i = l，2,...， 12)為初始位置誤差，i為發射平臺各支點序號）
[0152] 中間平臺：
[0153] ei= | α〇 | L+0〇H= 193 · 51mm，e2 = i5〇H= 132 · 69mm，e3 = 0，e4= α〇 | L = 60.82mm；
[0154] 四周平臺1:
[0155] ei = 0，e5 = -a〇(-S)+0()(-T) = 56 · 83mm，e6 = -a〇(-T)+0()(-S) = 56 · 83mm;
[0156] 四周平臺2:
[0157] e2 = 0，e7 = -a〇(-T)+0o(-S) = 56 · 83mm，e8 = -a〇(-S)+0o(-T) = 56 · 83mm;
[0158] 四周平臺3:
[0159] e3 = 0，e9 = -a〇(-S)+0()(-T) = 56 · 83mm，eio = -a()(-T)+0()(-S) = 56 · 83mm;
[0160] 四周平臺4:
[0161 ] e4=0，eii = -a〇(-T)+0()(-S) = 56 · 83mm，ei2 = -a〇(-S)+0()(-T) =56 · 83mm〇
[0162] 建模仿真過程在AMESim和Simulink中進行，具體步驟如下：
[0163] 步驟4-1，在AMESim中對十二點支撐發射平臺進行建模，包括平臺結構和液壓支點 的建模；
[0164] 步驟4-2，在Simul ink中對調平方法和控制算法進行建模；
[0165] 步驟4-3,進行發射平臺姿態調平系統的AMESim和Simulink聯合仿真，獲取平臺調 平仿真結果。
[0166] 說明書附圖中圖4-圖13是位置誤差調平下，各支點位置變化曲線圖和各平臺傾角 變化曲線圖。由圖得知，發射平臺的中間平臺調平精度為±(〇.5Χ10- 3)°即±1.8"，調平時 間為4.5s;四周平臺1和3調平精度為±0.095°即±5.7'，調平時間為14s;四周平臺2和4調 平精度為±(3.7X10-3)°即±13.32〃，調平時間為18s。
[0167]說明書附圖中圖14-圖23是角度誤差調平下，各支點位置變化曲線圖和各平臺傾 角變化曲線圖。由圖得知，發射平臺的中間平臺調平精度為±(〇.7\1(^)°即±2.52〃，調平 時間為4.5s;四周平臺1和3調平精度為±(8X10- 3)°即土。，'，調平時間為19s;四周平臺2 和4調平精度為±0.194°即±11.，調平時間為19.5s。
【主權項】
1. 一種基于十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平控制方法，其特征在于，包括W下步 驟： 步驟1，建立十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平系統的數學模型； 步驟2,通過基于位置誤差控制的姿態調平方法調節位置； 步驟3,通過基于角度誤差控制的姿態調平方法調節角度； 步驟4,進行垂直發射平臺姿態調平系統的聯合仿真。2. 根據權利要求1所述的基于十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平控制方法，其特征 在于，步驟1所述建立十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平系統的數學模型，具體如下： 根據坐標系間坐標變換理論，任意一個非水平狀態的坐標系均由一個水平坐標系依次 WX軸、Y軸、Z軸為旋轉軸轉過一定角度得到，而最終生成的坐標系與原水平坐標系間的坐 標變換矩陣詩有如下關系式：其中，α、β和γ分別為發射平臺X軸、Y軸、Z軸方向的傾角，Ra為坐標系OXiZi到坐標系 ΟΧοΖο的二維坐標變換矩陣，Re為坐標系OYiZi到坐標系ΟΥοΖο的二維坐標變換矩陣，Κγ為坐標 系OXiYi到坐標系ΟΧοΥο的二維坐標變換矩陣； 根據十二點支撐平臺的幾何結構，平臺分為五個部分，中間一個平臺由四點支撐，周圍 四個平臺分別由Ξ點支撐，因此建立十二點支撐平臺的數學模型即轉化為分別對各個區域 平臺進行建模； 此處W中間四點支撐平臺的建模為例闡述其建模思想，其余的Ξ點支撐平臺建模過程 與此類似； 假設中間平臺各支點在平臺坐標系0Χ?Υ&中的坐標為lPi=(lPix，lPiy，lPiz)T，在水平坐 標系ΟΧοΥοΖο中的坐標為中i =(咕ix，咕iy，中iz)T，中間平臺的重屯、G在OXiYiZi坐標系中的坐標 為iG =(也，也，iGz) T，在ΟΧοΥοΖο坐標系中的坐標為％ =(也，吃y，吃Z) T; 結合發射平臺調平的實際情況，式巧)簡化為佑） 已知16=他斯，0八中間平臺四個支點在平臺坐標系中的坐標分別為巾=(0,0,0)\ Ip2=化，0,0)τ，?ρ3=化，H，0)τ，lp4=(0，H，0)τ，其中L為中間四點支撐平臺的長，H為中間四 點支撐平臺的寬； 由#到水平坐標系下的各點坐標：即垂直發射平臺姿態調平系統的數學模型。3. 根據權利要求1所述的基于十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平控制方法，其特征 在于，步驟2所述通過基于位置誤差控制的姿態調平方法調節位置，具體如下： 在五個分塊平臺上各加裝一個雙軸傾角傳感器，用于測量X方向和Y方向相對于水平面 的傾角，根據傳感器采集的兩方向角度信號，判斷出每個平臺所處區域的最高點，最后經過 比較得出全平臺的最高支撐點；若最高點位于中間平臺的四點其一，則首先調節中間平臺 使其水平，而后使四周平臺的八個點向上運動與中間平臺看齊，最終實現全平臺的調平;若 最高點位于四周平臺的八點其一，則首先調節最高點所在區域平臺使其水平，而后調節中 間平臺最后使四周平臺剩余點向中間平臺看齊，最終實現全平臺的調平； 對于每一分塊平臺的調平，則遵循基本的Ξ點或四點調平法； 位置誤差調平采用"追逐最高點"調平法:根據傳感器的傾角信息判斷出平臺的最高支 撐點，W最高點為基準，計算其余支撐點與其位置誤差，此誤差值即為支點應上升的高度， 經過一定的控制算法后送入伺服系統輸入端，驅動支點上升一定位移，從而使各點處于同 一高度，調平結束。4. 根據權利要求1所述的基于十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平控制方法，其特征 在于，步驟3所述通過基于角度誤差控制的姿態調平方法調節角度，具體如下： 角度誤差調平的誤差變量為角度值α和0，此方法同樣需要判斷平臺的最高點，并且保 持最高點不動，通過其余支點的上升來達到使傾角變化的目的，直至傾角值為零，調平結 束。5. 根據權利要求1所述的基于十二點支撐的垂直發射平臺姿態調平控制方法，其特征 在于，步驟4所述進行垂直發射平臺姿態調平系統的聯合仿真，具體如下： 首先根據發射平臺實際工況，確定相關參數;之后在AMESim和Simulink中進行建模仿 真，具體步驟如下： 步驟3-1，在AMESim中對十二點支撐發射平臺進行建模，包括平臺結構和液壓支點的建 模； 步驟3-2，在Simul ink中對調平方法和控制算法進行建模； 步驟3-3,進行發射平臺姿態調平系統的AMESim和Simulink聯合仿真，獲取平臺調平仿 真結果。
【文檔編號】G05D3/12GK106094880SQ201610431627
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】胡健, 仇楊, 李玉順, 朱忠領, 王元剛
【申請人】南京理工大學