CN110398903A - 一种高空作业平台底盘自主调平***建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高空作业平台底盘自主调平***建模方法，包括以下步骤：根据高空作业平台底盘的工况条件对地面进行分析和模拟；根据液压***原理图从AMESim的HCD库中调用各液压元器件，搭建液压***模型；根据底盘的工作特性，从AMESim的信号库中调用阶跃信号、开关信号以及PID控制，以各支腿的压力值作为输入，对函数信号进行赋值，输出至电磁阀，形成闭环控制***，对底盘的调平精度进行评价和优化，完成控制***模型的搭建。本发明提高了液控***的调平精度以及响应速度，简化了建模的复杂程度。

Description

一种高空作业平台底盘自主调平***建模方法

技术领域

本发明属于建模技术领域，具体涉及一种高空作业平台底盘自主调平***建模方法。

背景技术

AMESim为多学科领域复杂***建模仿真平台，用户可以在这个单一平台上建立复杂的多学科领域的***模型，并在此基础上进行仿真计算和深入分析，也可以在这个平台上研究任何元件或***的稳态和动态性能。例如在燃油喷射、制动***、动力传动、液压***、机电***和冷却***中的应用。面向工程应用的定位使得AMESim成为在汽车、液压和航天航空工业研发部门的理想选择。

随着高空作业车作业高度的不断增加，为防止高空作业车发生倾覆，在工作前需要对底盘进行相应的液压支撑，才能保证设备的正常运行。但是，由于目前的底盘自主调平技术的不成熟，目前高空作业车底盘调平***一般只能在于平坦的地面，对于凹凸不平地质松软的地面，只能借助外物将地面垫至近似水平状态，实现相对调平，这不仅会大大增加高空作业车发生倾倒的可能性，甚至严重威胁到作业人员的安全。对于高空作业车底盘自调平***的建模研究，往往过于复杂，不能形成一套行之有效的模型，这会导致整机的机动性能差，不能快速的对已有的工况做出及时的响应。此外，针对凹凸不平地质松软的地面，缺乏合理的建模分析，导致后续难以建立合理的液控仿真模型。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高空作业平台底盘自主调平***建模方法，解决了针对凹凸不平地质松软的地面，缺乏合理的建模分析以及调平精度低的问题。

本发明提供了如下的技术方案：

一种高空作业平台底盘自主调平***建模方法，包括以下步骤：

根据高空作业平台底盘的工况条件对地面进行分析和模拟；

根据液压***原理图从AMESim的HCD库中调用各液压元器件，搭建液压***模型；

根据底盘的工作特性，从AMESim的信号库中调用阶跃信号、开关信号以及PID控制，以各支腿的压力值作为输入，对函数信号进行赋值，输出至电磁阀，形成闭环控制***，对底盘的调平精度进行评价和优化，完成控制***模型的搭建。

优选的，搭建所述液压***模型还包括从AMESim中调用电机和质量块，所述质量块用于模拟液压缸与缸壁之间的摩擦力。

优选的，所述液压***模型中的总回路流量大小采用电磁比例换向阀进行控制，并在各个支腿的液压支撑结构的分路上采用AMESim中的子模型为HSV34-01的三位四通电磁比例换向阀进行单独控制。

优选的，所述液压***模型支腿的液压支撑结构包括无杆腔，所述无杆腔以压力传感器监测腔内压力。

优选的，搭建所述控制***模型包括以下步骤：

所有支腿同步伸出，触及AMESim中的模拟地面，各支腿克服虚腿将地面压实；

各支腿对应的无杆腔压力值若大于等于调定压力，则进入调平状态，将最高点支腿保持不动，其余三支腿追逐最高点，缩短各自的调平位移差，利用PID控制器对各支腿的液压支撑结构的支路阀口进行闭环控制，限制各支腿的调平精度，完成调平；

各支腿的无杆腔进油，液压支撑结构的活塞杆伸长将底盘抬起，各阀口关闭，整机结束上升，各电磁比例换向阀处于中位，活塞杆不再伸长，并以此状态进行作业。

优选的，调平过程中，各支腿触及模拟地面时，压力油进入无杆腔，使液压支撑结构伸出，直至接触至地面，压力油不断的输入无杆腔使液压支撑结构克服虚腿，将地面压实。

优选的，所述高空作业平台底盘上安装有水平传感器，所述水平传感器用于检测调平精度是否满足工况需求。

优选的，各支腿的调平精度限制在3mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的建模方法，在对凹凸不平地质松软的地面合理建模的基础上，对各个支腿上的控制***中的函数信号进行相应的赋值，避免由于外部环境建模的不合理对调平***的精度以及准确性所带来的误差，也能较好地反应出支腿触及地面后，液压***相应的压力以及流量特性曲线；

(2)对各个支腿上采用PID控制器，优化调平时间以及动态特性；

(3)本发明提供的建模方法极大的提高了液控***的调平精度以及响应速度，简化了建模的复杂程度。

附图说明

图1是实施例中高空作业平台的结构示意图；

图2是实施例中调平过程的原理图；

图3是实施例中底盘初始倾斜阶段和调平结束阶段示意图；

图4为实施例中单个支腿的液压***与控制***；

图5是实施例中调平仿真原理图；

图6是实施例中各支腿对应的活塞杆位移的仿真位移曲线；

图7是实施例中各支腿的调平精度结果分析图；

图中标记为：1、液压站；2、调平控制箱；3、水平传感器；4、底盘；5、液压支撑结构；6、支腿；7、初始倾斜阶段；8、调平结束阶段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

高空作业平台开始作业时，为实现底盘调平，分为三个阶段：

第一阶段、高空作业平台到达指定工作地点后，四条支腿同步伸出，在第一个支腿接触到地面之后，为克服地面松软不平的情况，通过设置压力传感器检测是否解决伸缩油缸的虚腿问题，其余三支腿依次接触地面，重复上述；

第二阶段、在各支腿均完全接触地面后，将底盘各点之间的位移差，通过一定的传递函数，转换为控制信号，输出给控制各支腿的电磁换向阀，以此缩短给支腿之间的位移差，实现底盘在复杂地面上保持水平；

第三阶段、当高空作业平台底盘处于水平状态后，四支腿同时动作，将整机抬起一定高度，使得轮胎离地。

如图1为高空作业平台的结构示意图，包括底盘4，底盘4下方设有四个支腿6，支腿6上设有液压支撑结构5，底盘4上安装有水平传感器3、液压站1和调平控制箱2。

本实施例中高空作业平台底盘自主调平***建模方法，包括以下步骤：

步骤一、根据高空作业平台底盘的工况条件对地面进行分析和模拟。

步骤二、搭建液压***模型。

根据底盘各液压支撑结构所需承担的负载，并考虑偏载的影响，借助AMESim的HCD库以及信号库，选用合理的液压元器件，建立相应的液压***模型；从AMESim中调用电机和质量块，其中质量块用于模拟液压缸与缸壁之间的摩擦力，液压***模型中支腿的液压支撑结构包括无杆腔，所述无杆腔以压力传感器监测腔内压力；所述液压***模型中的总回路流量大小采用电磁比例换向阀进行控制，并在各个支腿的液压支撑结构的分路上采用AMESim中的子模型为HSV34-01的三位四通电磁比例换向阀进行单独控制。

步骤三、根据底盘的工作特性，从AMESim的信号库中调用阶跃信号、开关信号以及PID控制，搭建控制***模型，主要分为三个阶段：

阶段(1)、对于液压***相应的控制***，控制***控制总回路中各支路的三位四通电磁比例换向阀全开时，液压支撑结构快速伸出，所有支腿同步伸出，触及AMESim中的模拟地面，选用AMESim中的信号库对支腿所需支撑的地面负载进行模拟，压力油进入无杆腔，使得液压支撑结构伸出，直至接触至地面，由于地面是松软不平的，支腿接触至地面时，不能将地面压实压平，需要压力油不断的输入无杆腔，从而使得液压支撑结构克服相应的虚腿，从而将地面压实。

阶段(2)、各支腿触及地面的先后次序是不同的，因而压力传感器监测的各无杆腔的压力值是不同的，根据各支腿对应的无杆腔压力值是否大于等于调定压力，决定是否进入调平状态，将最高点支腿保持不动，其余三支腿追逐最高点，缩短各自的调平位移差，即利用“追逐式”调平法，控制支腿各自伸出，然后利用PID控制器对各支腿的液压支撑结构的支路阀口进行闭环控制，利用水平传感器检测调平精度是否满足工况需求，本实施例中限制各支腿的调平精度在3mm，底盘处于水平状态后，控制***控制各个支路的阀口全开。

如图2为上述调平过程的原理图；如图3表示底盘初始倾斜阶段7和调平结束阶段8的两状态底盘示意图；如图4为单个支腿的液压***与控制***；如图5为***的调平仿真原理图，设置仿真时间为160s，步长设置为0.1s；可得出各支腿对应的液压支撑结构的活塞杆位移的仿真位移曲线，如图6所示；如图7为各支腿的调平精度结果分析，支腿1、2、3、4的仿真位移与理想位移之间的位移差分别为Δ₁、Δ₂、Δ₃、Δ₄，因此求得最大位移差Δmax为：

Δmax＝max(Δ₁，Δ₂，Δ₃，Δ₄)

＝max(0.3，0.387，0.543，0.65)

＝0.65mm

最大位移差Δmax＝0.65mm≤3mm，因此调平精度满足作业要求。

阶段(3)、各支腿的无杆腔进油，液压支撑结构的活塞杆伸长将底盘抬起，各阀口关闭，整机结束上升，各电磁比例换向阀处于中位，活塞杆不再伸长，并以此状态进行作业。

本实施例中以上三个阶段所涉及的函数信号如下表1：

表1函数信号表

函数信号	参数
		1	x>＝65
2	y*(x<1)
		3	-((x*(x>＝0.003)+0*(x<＝0.003))
4	(x>＝0)&&(y>＝0)
		5	(x>＝0)&&(y>＝0)&&(z>＝1)
6	K<sub>p</sub>＝40，K<sub>i</sub>＝0.5，K<sub>d</sub>＝0

函数信号1，用于监测各支腿是否触地，将此值传递至开关信号，以此作为进入调平阶段的信号，其中x表示各无杆腔的压力值。

函数信号2，用于各支腿触地后，进入第二阶段调平阶段的开关，其中x表示与调定压力值之间的大小关系，y表示支腿第一阶段的活塞杆的自由伸长量，65为调定压力值。

函数信号3，用于控制底盘的调平精度，调平精度控制在3mm之内，其中x表示理想位移与实际位移量之间的差值。

函数信号4，用于监测支腿1、4是否完成调平，其中x表示支腿1是否完成调平，y表示支腿4是否完成调平。

函数信号5，用于监测支腿1、2、3、4是否完成调平，其中x表示支腿2是否完成调平，y表示支腿3是否完成调平，z表示支腿1、4是否均已完成调平，x≥0代表支腿2完成调平，y≥0代表支腿3完成调平，z≥1代表支腿1、4完成调平，满足(x>＝0)&&(y>＝0)&&(z>＝1)表示四支腿均已调平。

函数信号6，用于加快调平速度以及消除稳态误差，K_p代表比例，K_i代表积分，K_d代表微分，各参数设置值为K_p＝40，K_i＝0.5，K_d＝0。

因此，由图6、7可知，调平从第65s开始，90s时结束调平，在满足调平精度的情况下，调平时间只需要25s。

本发明提供的建模方法，在对凹凸不平地质松软的地面合理建模的基础上，对各个支腿上的控制***中的函数信号进行相应的赋值，避免由于外部环境建模的不合理对调平***的精度以及准确性所带来的误差，也能较好地反应出支腿触及地面后，液压***相应的压力以及流量特性曲线；对各个支腿上采用PID控制器，优化调平时间以及动态特性；极大的提高了液控***的调平精度以及响应速度，简化了建模的复杂程度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高空作业平台底盘自主调平***建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据高空作业平台底盘的工况条件对地面进行分析和模拟；

根据液压***原理图从AMESim的HCD库中调用各液压元器件，搭建液压***模型；

根据底盘的工作特性，从AMESim的信号库中调用阶跃信号、开关信号以及PID控制，以各支腿的压力值作为输入，对函数信号进行赋值，输出至电磁阀，形成闭环控制***，对底盘的调平精度进行评价和优化，完成控制***模型的搭建。

2.根据权利要求1所述的高空作业平台底盘自主调平***建模方法，其特征在于，搭建所述液压***模型还包括从AMESim中调用电机和质量块，所述质量块用于模拟液压缸与缸壁之间的摩擦力。

3.根据权利要求1所述的高空作业平台底盘自主调平***建模方法，其特征在于，所述液压***模型中的总回路流量大小采用电磁比例换向阀进行控制，并在各个支腿的液压支撑结构的分路上采用AMESim中的子模型为HSV34-01的三位四通电磁比例换向阀进行单独控制。

4.根据权利要求3所述的高空作业平台底盘自主调平***建模方法，其特征在于，所述液压***模型支腿的液压支撑结构包括无杆腔，所述无杆腔以压力传感器监测腔内压力值。

5.根据权利要求1所述的高空作业平台底盘自主调平***建模方法，其特征在于，搭建所述控制***模型包括以下步骤：

所有支腿同步伸出，触及AMESim中的模拟地面，各支腿克服虚腿将地面压实；

各支腿对应的无杆腔压力值若大于等于调定压力，则进入调平状态，将最高点支腿保持不动，其余三支腿追逐最高点，缩短各自的调平位移差，利用PID控制器对各支腿的液压支撑结构的支路阀口进行闭环控制，限制各支腿的调平精度，完成调平；

各支腿的无杆腔进油，液压支撑结构的活塞杆伸长将底盘抬起，各阀口关闭，整机结束上升，各电磁比例换向阀处于中位，活塞杆不再伸长，并以此状态进行作业。

6.根据权利要求5所述的高空作业平台底盘自主调平***建模方法，其特征在于，调平过程中，各支腿触及模拟地面时，压力油进入无杆腔，使液压支撑结构伸出，直至接触至地面，压力油不断的输入无杆腔使液压支撑结构克服虚腿，将地面压实。

7.根据权利要求5所述的高空作业平台底盘自主调平***建模方法，其特征在于，所述高空作业平台底盘上安装有水平传感器，所述水平传感器用于检测调平精度是否满足工况需求。

8.根据权利要求7所述的高空作业平台底盘自主调平***建模方法，其特征在于，各支腿的调平精度限制在3mm。