CN108916142B - 大型液压顶升***同步控制稳定性分析方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大型液压顶升***同步控制稳定性分析方法及***,包括服务器和多个液压***,每一个液压***包括控制器和顶升机构,通过控制器控制顶升机构的状态,每一个液压***相对于其他液压***的领导者液压***,其他液压***为追随者液压***;服务器发送顶升控制信号给一个领导者液压***;追随者液压***追踪相对应的领导者液压***的状态;当属于同一领导者液压***的一个追随者液压***失去与其他追随者液压***的通讯时,判定一个追随者液压***失效;去除失效的追随者液压***,更新有效的追随者液压***的状态,使得液压顶升***重新达到均衡。上述方法和***适用于顶升机构无法移动的环境的大型液压顶升***同步稳定性控制。
Description
技术领域
本发明涉及液压控制技术领域,尤其涉及一种大型液压顶升***同步控制稳定性分析方法及***。
背景技术
大规模液压***广泛应用在大型建筑的应用中,它的功能是完成同步顶升等大型复杂的任务。在实际应用时,多个顶升机构的初始布置位置是经过受力分析,载荷均衡计算后确定的。但是由于种种原因顶升机构中部分液压***可能出现故障,在此情况下继续完成同步顶升任务是一项需要解决的工程问题。
现有技术中,通常采用报警子程序始终对***进行不停地检测,如出现故障或遇到紧急情况,则立刻报警,并将***停止进行原因分析,分析之后对受力进行重新分布,这种方法一般用于部分工作环境,在顶升机构无法移动的环境下将不能重新进行受力分配,所以原有技术在某些环境中将会失效。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种适用于顶升机构无法移动的环境的大型液压顶升***同步控制稳定性分析方法及***。
根据本发明的一个方面,提供一种大型液压顶升***同步控制稳定性分析方法,分析服务器控制液压***进行顶升的稳定性,每一个液压***包括控制器和顶升机构,通过控制器控制顶升机构的状态,所述分析方法包括:
每一个液压***自己设置为领导者液压***,其他液压***设置为追随者液压***;
服务器发送顶升控制信号给一个领导者液压***;
追随者液压***根据下式(1)追踪相对应的领导者液压***的状态,
其中,i为追随者液压***的索引,O为领导者液压***的索引,t表示时间,ui(t)表示领导者液压***对应的第i个追随者液压***的控制输入,γ>0是控制器参数,di(σ(t))代表第i个追随者液压***在t时刻与领导者液压***的通讯关系,di(σ(t))=1表示第i个追随者液压***与领导者液压***在t时刻通讯,否则di(σ(t))=0,yi(t)表示第i个追随者液压***的顶升机构的输出位移,yj(t)表示第j个追随者液压***的顶升机构的输出位移,yo(t)表示领导者液压***的顶升机构的输出位移,aij(σ(t))代表第i个追随者液压***与第j个追随者液压***在t时刻的通讯关系,aij(σ(t))=1代表领导者液压***对应的第i个追随者液压***与第j个追随者液压***在t时刻通讯,否则aij(σ(t))=0,Nσ(t)代表领导者液压***对应的有效的追随者液压***数量;
当属于同一领导者液压***的一个追随者液压***失去与其他追随者液压***的通讯时,判定所述一个追随者液压***失效,否则不失效;
去除失效的追随者液压***,通过公式(1)重新更新有效的追随者液压***的状态,使得液压顶升***重新达到均衡。
根据本发明的另一个方面,提供一种大型液压顶升***同步控制稳定性分析***,包括多个液压***和服务器,每一个液压***包括控制器和顶升机构,通过控制器控制顶升机构的状态,其中,还包括:
设定模块,每一个液压***自己设置为领导者液压***,其他液压***设置为追随者液压***,设定一个领导者液压***接收服务器发送的顶升控制信号;
追踪模块,追随者液压***根据下式(1)追踪相对应的领导者液压***的状态,
其中,i为追随者液压***的索引,O为领导者液压***的索引,t表示时间,ui(t)表示领导者液压***对应的第i个追随者液压***的控制输入,γ>0是控制器参数,di(σ(t))代表第i个追随者液压***在t时刻与领导者液压***的通讯关系,di(σ(t))=1表示第i个追随者液压***与领导者液压***在t时刻通讯,否则di(σ(t))=0,yi(t)表示第i个追随者液压***的顶升机构的输出位移,yj(t)表示第j个追随者液压***的顶升机构的输出位移,yo(t)表示领导者液压***的顶升机构的输出位移,aij(σ(t))代表第i个追随者液压***与第j个追随者液压***在t时刻的通讯关系,aij(σ(t))=1代表领导者液压***对应的第i个追随者液压***与第j个追随者液压***在t时刻通讯,否则aij(σ(t))=0,Nσ(t)代表领导者液压***对应的有效的追随者液压***数量;
判断模块,包括第一判断单元,当属于同一领导者液压***的一个追随者液压***失去与其他追随者液压***的通讯时,判定所述一个追随者液压***失效,否则不失效;
稳定性调整模块,去除失效的追随者液压***,通过公式(1)重新更新有效的追随者液压***的状态,使得液压顶升***重新达到均衡。
上述同步控制稳定性分析方法及***包括多个带顶升机构的液压***,无线数据传输的分布式控制器组成。在顶升过程中,顶升机构可能会发生故障。一旦顶升机构发生故障,顶升点的数量和通信拓扑结构将在不同的时间间隔内发生变化。考虑到某些特定环境下在工作过程中液压执行器无法进行移动,但是又要求工作不能中断采用切换技术对顶升同步进行稳定性分析。液压***通过无线数据传输单元从周围接收到的其他液压***的信息进行分布式控制,而不是来自集中式控制站的直接参考信号。基于Lyapunov稳定性理论和切换技术,提出了实现了液压顶升***与出现顶升支点故障时仍能实现顶升同步的稳定性分析方法,同步误差可以减小到所需的最小值,进而达到个别执行器故障情况下依然可以继续稳定工作的目的,既提高了工作效率,又节省了检修时间。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述,本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是本发明所述大型液压顶升***同步控制稳定性分析***的构成框图的示意图;
图2是本发明所述大型液压顶升***同步控制稳定性分析***的示意图;
图3是本发明所述大型液压顶升***同步控制稳定性分析方法的流程图的示意图;
图4是本发明所述大型液压顶升***同步控制稳定性分析***的多个液压***的通讯拓扑结构断开的示意图;
图5是本发明所述大型液压顶升***同步控制稳定性分析***一个具体实施例的示意图;
图6是本发明所述追随者液压***出现故障,通过更新有效的追随者液压***的状态,使得液压顶升***重新达到平衡的示意图;
图7是本发明所述追随者液压***出现故障,其他追随者液压***被孤立的示意图。
在附图中,相同的附图标记指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此,附图和描述在本质上是说明性的,而不是用于限制权利要求的保护范围。
图1是本发明所述大型液压顶升***同步控制稳定性分析***的构成框图的示意图,图2是本发明所述大型液压顶升***同步控制稳定性分析***的示意图,如图1和2所示,所述大型液压顶升***同步控制稳定性分析***包括:
多个液压***1,每一个液压***包括控制器和顶升机构,通过控制器和相邻的其他液压***通信,通过控制器控制顶升机构的顶升状态;
设定模块2,设定每一个液压***是相对于其他液压***的领导者液压***1',所述其他液压***为追随者液压***1";
服务器3,发送顶升控制信号给一个液压***,该液压***的控制器接收到服务器的顶升控制信号后,顶升机构进行相应的上下位移操作,此时所述液压***作为领导者液压***1',其相邻的能够相互通讯的第一批追随者液压***1"追随所述领导者液压***1'的状态,第一批追随者液压***1"各自作为其相邻的第二批追随者液压***1"的领导者液压***1',也就是说,第二批追随者液压***1"追踪第一批追随者液压***1"的状态,依次类推,直到大型液压顶升***达到同一顶升状态;
追踪模块4,追随者液压***1"根据下式(1)追踪相对应的领导者液压***1'的状态,
其中,i为追随者液压***1"的索引,O为领导者液压***1'的索引,t表示时间,ui(t)表示领导者液压***1'对应的第i个追随者液压***1"的控制输入,γ>0是控制器参数,di(σ(t))代表第i个追随者液压***1"与领导者液压***1'在t时刻的通讯关系,di(σ(t))=1表示第i个追随者液压***1"与领导者液压***1'在t时刻通讯,否则di(σ(t))=0,yi(t)表示第i个追随者液压***1"的顶升机构的输出位移,yj(t)表示第j个追随者液压***1"的顶升机构的输出位移,yo(t)表示领导者液压***1'的顶升机构的输出位移,aij(σ(t))代表第i个追随者液压***1"与第j个追随者液压***1"在t时刻的通讯关系,aij(σ(t))=1代表领导者液压***1'对应的第i个追随者液压***1"与第j个追随者液压***1"在t时刻通讯,否则aij(σ(t))=0,Nσ(t)代表领导者液压***1'对应的有效的追随者液压***1"数量;
判断模块5,包括第一判断单元51,当属于同一领导者液压***1'的一个追随者液压***1"失去与其他追随者液压***1"的通讯时,判定所述一个追随者液压***1"失效,否则不失效;
稳定性调整模块6,去除失效的追随者液压***1",通过公式(1)重新更新有效的追随者液压***1"的状态,使得液压顶升***重新达到均衡。
在本发明的一个实施例中,判断模块5还包括条件设定单元52,当追随者液压***1"出现失效时,设定能够通过稳定性调整模块使得液压***重新达到稳定的前提条件,其中,所述条件设定单元52包括:
第一条件设定子单元521,设定第一前提条件为:发生失效的追随者液压***1"周围的通信拓扑结构连通;
第二条件设定子单元522,设定第二前提条件为:发生失效的液压***的数量需不大于最大允许数量,所述最大允许数量根据下式(2)确定
Nm=N-ceil(WL/W) (2)
其中,N为液压***总数,WL为顶升重物的重量,W为每个液压***的最大顶升重量,Nm为发生失效的液压***的最大允许数量,ceil(WL/W)指小于WL/W的最大整数;
第三条件设定子单元523,设定第三前提条件为:追随者液压***1"失效时,控制参数需满足下式(3),
其中,λmax(·)表示矩阵最大特征值,A为***状态矩阵,βe流体的体积模量,Ac液压缸体的环面积,Kc流量压力系数,Vt为液压缸油腔总容积,m为液压缸和负载等效质量,B为输入矩阵,Ka等效面积计的流量系数,C=[1 0 0],C为输出矩阵, 为Nσ(t)阶单位矩阵, 为液压***间通信拓扑结构的Laplacian矩阵,I3为三阶单位矩阵,lf为满足利普希茨条件的常数;
第四条件设定子单元524,液压***发生故障的最小间隔时间需满足下式(4)
其中,Tmin为最小允许失效间隔时间,
优选地,所述条件设定单元还包括:
***误差获得子单元525,根据下式(5)分别获得在故障发生前一时刻和后一时刻的各液压***的整体同步误差
其中,x为顶升机构的状态,包含顶升机构输出位移、速度和加速度,δx(t)为整体状态误差,为的一阶导数,δy(t)为整***移误差,fi(t)=f(xi,t)-f(x0,t)是时刻t时第i个追随者液压***1"与领导者液压***1'的非线性动态误差,tg为发生故障的时刻;
第五条件设定子单元526,设定第五前提条件为:
追随者液压***1"失效时前一时刻的整***移误差和后一时刻的整***移误差需满足下式(6)
其中,tg -为失效前一时刻,tg +为失效后一时刻,||δy(tg -)||为失效前一时刻的整***移误差的范数,||δy(tg +)||为失效后一时刻的整***移误差的范数,μ为失效时造成的***误差跳变量。
上述实施例中的“第一”、第二”、第三”、第四”、“第五”只是为了区别不同的条件,不能理解为对先后顺序的限定。
图3是本发明所述大型液压顶升***同步控制稳定性分析方法的流程示意图,如图3所示,所述稳定性分析方法分析服务器控制液压***进行顶升的稳定性,每一个液压***包括控制器和顶升机构,通过控制器控制顶升机构的状态,所述稳定性分析方法包括:
步骤S1,每一个液压***自己设置为领导者液压***1',其他液压***设置为追随者液压***1";
步骤S2,服务器发送顶升控制信号给一个领导者液压***1';
步骤S3,追随者液压***1"根据下式(1)追踪相对应的领导者液压***1'的状态,
其中,i为追随者液压***1"的索引,O为领导者液压***1'的索引,t表示时间,ui(t)表示领导者液压***1'对应的第i个追随者液压***1"的控制输入,γ>0是控制器参数,di(σ(t))代表第i个追随者液压***1"与领导者液压***1'在t时刻的通讯关系,di(σ(t))=1表示第i个追随者液压***1"与领导者液压***1'在t时刻通讯,否则di(σ(t))=0,yi(t)表示第i个追随者液压***1"的顶升机构的输出位移,yj(t)表示第j个追随者液压***1"的顶升机构的输出位移,yo(t)表示领导者液压***1'的顶升机构的输出位移,aij(σ(t))代表第i个追随者液压***1"与第j个追随者液压***1"在t时刻的通讯关系,aij(σ(t))=1代表领导者液压***1'对应的第i个追随者液压***1"与第j个追随者液压***1"在t时刻通讯,否则aij(σ(t))=0,Nσ(t)代表领导者液压***1'对应的有效的追随者液压***1"数量;
步骤S4,当属于同一领导者液压***1'的一个追随者液压***1"失去与其他追随者液压***1"的通讯时,判定所述一个追随者液压***1"失效,否则不失效;
步骤S5,去除失效的追随者液压***1",通过公式(1)重新更新有效的追随者液压***1"的状态,使得液压顶升***重新达到均衡。
在本发明的一个优选实施例中,上述大型液压顶升***同步控制稳定性分析方法包括:
步骤S10,对液压***中服务器对液压***,相邻液压***之间的控制关系建模,建立液压顶升机构的动态模型以及分布式控制模型;
步骤S20,从实用及理论角度出发给出适用的整体顶升机构稳定性定义;
步骤S30,利用拓扑理论,李普希兹条件,Lyapunov能量函数方法以及切换理论确定实用的稳定判据。
在步骤S10中,包括:
步骤S11,液压升降子***主要是阀控缸。液压缸的动态采用下式进行建模
QL=KaAe-KcpL,
其中,QL是加载流量,Ka等效面积计的流量系数,Ae是等效面积,Kc流量压力系数,Ctc流体泄漏系数,pL是压力载荷,Ac液压缸体的环面积,Fg液压缸的输出力,mp液压缸质量,mL负载质量,βe流体的体积模量,B=Bc+BL粘性摩擦系数,y为顶升机构的输出位移。
步骤S12,根据下式对阀控液压缸进行建模,
y=Cx,
其中为***状态的一阶导数,f为非线性项。
步骤S13,由于直接控制输入是电压或电流信号,并且通常与等效面积Ae线性相关,可以定义控制器u=KuAe,据此得到第i个液压***的数学模型是
yi(t)=Cxi(t),
C=[1 0 0].
其中,xi(t)为第i个液压***状态量,ui(t)为第i个液压******控制输入,f(xi,t)为第i个子***非线性项,A为***状态矩阵,Vt为液压缸油腔总容积,m为液压缸和负载等效质量,B为输入矩阵,C为输出矩阵。
步骤S14,由于每个液压***都能与其通讯范围内的其他液压***进行信息交互,每一个液压***自己设置为领导者液压***1',其他液压***设置为追随者液压***1";服务器发送顶升控制信号给一个领导者液压***1';
追随者液压***1"根据下式(1)追踪相对应的领导者液压***1'的状态,也就是说所以第i个液压顶升子***的分布式同步控制器的模型为
其中,i为追随者液压***1"的索引,O为领导者液压***1'的索引,t表示时间,ui(t)表示领导者液压***1'对应的第i个追随者液压***1"的控制输入,γ>0是控制器参数,di(σ(t))代表第i个追随者液压***1"与领导者液压***1'在t时刻的通讯关系,di(σ(t))=1表示第i个追随者液压***1"与领导者液压***1'在t时刻通讯,否则di(σ(t))=0,yi(t)表示第i个追随者液压***1"的顶升机构的输出位移,yj(t)表示第j个追随者液压***1"的顶升机构的输出位移,yo(t)表示领导者液压***1'的顶升机构的输出位移,aij(σ(t))代表第i个追随者液压***1"与第j个追随者液压***1"在t时刻的通讯关系,aij(σ(t))=1代表领导者液压***1'对应的第i个追随者液压***1"与第j个追随者液压***1"在t时刻通讯,否则aij(σ(t))=0,Nσ(t)代表领导者液压***1'对应的有效的追随者液压***1"数量。
在步骤S20中,包括:
步骤S21,当属于同一领导者液压***1'的一个追随者液压***1"失去与其他追随者液压***1"的通讯时,判定所述一个追随者液压***1"失效,否则不失效;
步骤S22中,根据下式(5)分别获得在故障发生前一时刻和后一时刻的各液压***的整体同步误差
其中,x为顶升机构的状态,包含顶升机构输出位移、速度和加速度,δx(t)为整体状态误差,为的一阶导数,δy(t)为整***移误差,fi(t)=f(xi,t)-f(x0,t)是时刻t时第i个追随者液压***1"与领导者液压***1'的非线性动态误差,tg为发生故障的时刻;
在步骤S23中,在故障发生时刻,液压***的数量发生改变,则通讯拓扑的拉普拉斯矩阵也发生了变化,在整个顶升过程中液压***数量不一致,所以比较同步误差的范数已经不再适用,追随者液压***1"失效时前一时刻的整***移误差和后一时刻的整***移误差需满足下式(6)
其中,为失效前一时刻,为失效后一时刻,为失效前一时刻的整***移误差的范数,为失效后一时刻的整***移误差的范数,μ为失效时造成的***误差跳变量;
在步骤S24中,对于具有多个液压子***的大型液压顶升***发生故障时,判断液压顶升***是否符合下述四个条件,若液压顶升***符合下述四个条件时,通过重新更新有效的追随者液压***1"的状态,使得液压顶升***重新达到均衡,也就是说,保证同步的必要条件包括:
步骤S241,发生失效的追随者液压***1"周围的通信拓扑结构连通,由于液压***由分布式控制器控制,分布式控制器设计有相邻顶升支点感测到的信息,因此应连接通信拓扑,但是仅限于部分情况,例如图4中位于角落中的液压***的两个相邻液压***均发生故障,则此时角落液压***则被孤立;
步骤S242,发生失效的液压***的数量需不大于最大允许数量,所述最大允许数量根据下式(2)确定
Nm=N-ceil(WL/W) (2)
其中,N为液压***总数,WL为顶升重物的重量,W为每个液压***的最大顶升重量,Nm为发生失效的液压***的最大允许数量,ceil(WL/W)指小于WL/W的最大整数;
步骤S243,在时间间隔[tg,tg+1),g=1,2....的液压***的控制参数需满足下式(3),
其中,λmax(·)表示矩阵最大特征值, 为Nσ(t)阶单位矩阵, 为液压***间在时间间隔[tg,tg+1)内通信拓扑结构的Laplacian矩阵,I3为三阶单位矩阵,lf为满足利普希茨条件的常数;
步骤S244,液压***发生故障的最小间隔时间需满足下式(4)
其中,Tmin为最小允许失效间隔时间,
在步骤S30中,包括:
在步骤S31中,由于用同步误差的总和来测量同步性能已不再合适,设计二次型的平均同步误差函数:
对二次型平均同步误差进行右上Dini导数的变换,得到下式
根据李普希兹条件,可以进一步得到
右上Dini导数小于零,液压***渐近稳定。
在步骤S32中,不失一般性,令t0=0,则
考虑到步骤S22,在切换时刻t1和t2,推导出
迭代这个不等式直到t∈[tg+1,tg+2),g∈N,则
由g=t/Tmin,可以推导出
根据步骤S244可以直接得到在t→∞时,Vg+1(t)渐近趋向于零,再根据正定lyapunov函数可以推导得出下式,所以液压顶升同步误差收敛到零,
其中,为初始时刻的有效液压***的数量。
在本发明的一个具体实施例中,如图5所示,大规模液压顶升***包括七个液压***和一个服务器,液压***的顶升机构的参数包括:
活塞直径:35mm
杆直径:12mm
冲程:1m
死区:200cm^3
整体移动质量:80kg
泵排量:35cc/rev
泵的典型转速:1000/分钟
阀门自然频率:200HZ
阀门阻尼比:0.7
阀额定电流:180mA
阀门最大开启时流量:50L/min
液压***动态特定值如下
非线性函数可以定义为
因此lf=0.1。
0#液压***作为领导者液压***,1#-6#液压***作为追随者液压***,图6表示3#液压***在70s发生故障的情况下的同步性能,很明显,当发生故障时,液压顶升***的起升同步会受到影响。但是,同步误差仍然在一个小范围内。在图7中,假设5#液压***在30s时出现故障并且3#液压***在70s时出现故障,从70s起,6#液压***不能再接收来自其他液压***的信息,然后被隔离,因此,第6个液压缸的输出在与其他液压缸隔离的时刻保持不变。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种大型液压顶升***同步控制稳定性分析方法,服务器发送顶升控制信号给液压***,分析液压***顶升的稳定性,每一个液压***包括控制器和顶升机构,通过控制器控制顶升机构的状态,其特征在于,包括:
每一个液压***自己设置为领导者液压***,其他液压***设置为追随者液压***;
服务器发送顶升控制信号给一个领导者液压***;
追随者液压***根据下式(1)追踪相对应的领导者液压***的状态,
其中,i为追随者液压***的索引,O为领导者液压***的索引,t表示时间,ui(t)表示领导者液压***对应的第i个追随者液压***的控制输入,γ>0是控制器参数,di(σ(t))代表第i个追随者液压***在t时刻与领导者液压***的通讯关系,di(σ(t))=1表示第i个追随者液压***与领导者液压***在t时刻通讯,否则di(σ(t))=0,yi(t)表示第i个追随者液压***的顶升机构的输出位移,yj(t)表示第j个追随者液压***的顶升机构的输出位移,yo(t)表示领导者液压***的顶升机构的输出位移,aij(σ(t))代表第i个追随者液压***与第j个追随者液压***在t时刻的通讯关系,aij(σ(t))=1代表领导者液压***对应的第i个追随者液压***与第j个追随者液压***在t时刻通讯,否则aij(σ(t))=0,Nσ(t)代表领导者液压***对应的有效的追随者液压***数量;
当属于同一领导者液压***的一个追随者液压***失去与其他追随者液压***的通讯时,判定所述一个追随者液压***失效,否则不失效;
去除失效的追随者液压***,通过公式(1)重新更新有效的追随者液压***的状态,使得液压顶升***重新达到均衡。
2.根据权利要求1所述的大型液压顶升***同步控制稳定性分析方法,其特征在于,当追随者液压***出现失效时,还包括判断液压顶升***的***稳定性的步骤,判断液压***是否符合下述四个条件,若液压***符合下述四个条件时,通过重新更新有效的追随者液压***的状态,使得液压顶升***重新达到均衡:
发生失效的追随者液压***周围的通信拓扑结构连通;
发生失效的液压***的数量需不大于最大允许数量,所述最大允许数量根据下式(2)确定
Nm=N-ceil(WL/W) (2)
其中,N为液压***总数,WL为顶升重物的重量,W为每个液压***的最大顶升重量,Nm为发生失效的液压***的最大允许数量,ceil(WL/W)指小于WL/W的最大整数;
追随者液压***失效时,控制参数需满足下式(3),
其中,λmax(·)表示矩阵最大特征值,A为***状态矩阵,βe流体的体积模量,Ac液压缸体的环面积,Kc流量压力系数,Vt为液压缸油腔总容积,m为液压缸和负载等效质量,B为输入矩阵,Ka等效面积计的流量系数,C=[10 0],C为输出矩阵, 为Nσ(t)阶单位矩阵, 为液压***间通信拓扑结构的Laplacian矩阵,I3为三阶单位矩阵,lf为满足利普希茨条件的常数;
液压***发生故障的最小间隔时间需满足下式(4)
其中,Tmin为最小允许失效间隔时间,μ为失效时造成的***误差跳变量。
3.根据权利要求2所述的大型液压顶升***同步控制稳定性分析方法,其特征在于,当追随者液压***失效时,***稳定性的条件还包括:
根据下式(5)分别获得在故障发生前一时刻和后一时刻的各液压***的整体同步误差
其中,x为顶升机构的状态,包含顶升机构输出位移、速度和加速度,δx(t)为整体状态误差,为整体状态误差的一阶导数,δy(t)为整***移误差,fi(t)=f(xi,t)-f(x0,t)是时刻t时第i个追随者液压***与领导者液压***的非线性动态误差,tg为发生故障的时刻;
追随者液压***失效时前一时刻的整***移误差和后一时刻的整***移误差需满足下式(6)
其中,tg -为失效前一时刻,tg +为失效后一时刻,‖δy(tg -)‖为失效前一时刻的整***移误差的范数,‖δy(tg +)‖为失效后一时刻的整***移误差的范数,μ为失效时造成的***误差跳变量。
4.一种大型液压顶升***同步控制稳定性分析***,包括多个液压***和服务器,每一个液压***包括控制器和顶升机构,通过控制器控制顶升机构的状态,其特征在于,还包括:
设定模块,每一个液压***自己设置为领导者液压***,其他液压***设置为追随者液压***,设定一个领导者液压***接收服务器发送的顶升控制信号;
追踪模块,追随者液压***根据下式(1)追踪相对应的领导者液压***的状态,
其中,i为追随者液压***的索引,O为领导者液压***的索引,t表示时间,ui(t)表示领导者液压***对应的第i个追随者液压***的控制输入,γ>0是控制器参数,di(σ(t))代表第i个追随者液压***在t时刻与领导者液压***的通讯关系,di(σ(t))=1表示第i个追随者液压***与领导者液压***在t时刻通讯,否则di(σ(t))=0,yi(t)表示第i个追随者液压***的顶升机构的输出位移,yj(t)表示第j个追随者液压***的顶升机构的输出位移,y0(t)表示领导者液压***的顶升机构的输出位移,aij(σ(t))代表第i个追随者液压***与第j个追随者液压***在t时刻的通讯关系,aij(σ(t))=1代表领导者液压***对应的第i个追随者液压***与第j个追随者液压***在t时刻通讯,否则aij(σ(t))=0,Nσ(t)代表领导者液压***对应的有效的追随者液压***数量;
判断模块,包括第一判断单元,当属于同一领导者液压***的一个追随者液压***失去与其他追随者液压***的通讯时,判定所述一个追随者液压***失效,否则不失效;
稳定性调整模块,去除失效的追随者液压***,通过公式(1)重新更新有效的追随者液压***的状态,使得液压顶升***重新达到均衡。
5.根据权利要求4所述的大型液压顶升***同步控制稳定性分析***,其特征在于,所述判断模块还包括条件设定单元,当追随者液压***出现失效时,设定能够通过稳定性调整模块使得液压***重新达到稳定的前提条件,其中,所述条件设定单元包括:
第一条件设定子单元,设定第一前提条件为:发生失效的追随者液压***周围的通信拓扑结构连通;
第二条件设定子单元,设定第二前提条件为:发生失效的液压***的数量需不大于最大允许数量,所述最大允许数量根据下式(2)确定
Nm=N-ceil(WL/W) (2)
其中,N为液压***总数,WL为顶升重物的重量,W为每个液压***的最大顶升重量,Nm为发生失效的液压***的最大允许数量,ceil(WL/W)指小于WL/W的最大整数;
第三条件设定子单元,设定第三前提条件为:追随者液压***失效时,控制参数需满足下式(3),
其中,λmax(·)表示矩阵最大特征值,A为***状态矩阵,βe流体的体积模量,Ac液压缸体的环面积,Kc流量压力系数,Vt为液压缸油腔总容积,m为液压缸和负载等效质量,B为输入矩阵,Ka等效面积计的流量系数,C=[10 0],C为输出矩阵, 为Nσ(t)阶单位矩阵, 为液压***间通信拓扑结构的Laplacian矩阵,I3为三阶单位矩阵,lf为满足利普希茨条件的常数;
第四条件设定子单元,液压***发生故障的最小间隔时间需满足下式(4)
其中,Tmin为最小允许失效间隔时间,μ为失效时造成的***误差跳变量。
6.根据权利要求5所述的大型液压顶升***同步控制稳定性分析***,其特征在于,所述条件设定单元还包括:
***误差获得子单元,根据下式(5)分别获得在故障发生前一时刻和后一时刻的各液压***的整体同步误差
其中,x为顶升机构的状态,包含顶升机构输出位移、速度和加速度,δx(t)为整体状态误差,为一阶导数,δy(t)为整***移误差,fi(t)=f(xi,t)-f(x0,t)是时刻t时第i个追随者液压***与领导者液压***的非线性动态误差,tg为发生故障的时刻;
第五条件设定子单元,设定第五前提条件为:
追随者液压***失效时前一时刻的整***移误差和后一时刻的整***移误差需满足下式(6)
其中,tg -为失效前一时刻,tg +为失效后一时刻,‖δy(tg -)‖为失效前一时刻的整***移误差的范数,‖δy(tg +)‖为失效后一时刻的整***移误差的范数,μ为失效时造成的***误差跳变量。
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