参考文献/References:
参考文献[3]知,车体平台坐标系与水平参考坐标系之间的变换矩阵为:T=[cos β sin αsin β sin βcos α
0 cos α -sin α
-sin β sin αcos β cos αcos β]由于平台的倾斜角很小[4],可近似 sin β=β,sin α=α,sin αsin β=0,cos α=cos β=1T=[1 0 β
0 1 -α
-β α 1]设平台上一点P',在相对坐标系中的坐标为(X'i,Y'i,Z'i),在参考坐标系中的坐标P的坐标(Xi,Yi,Zi),则[Xi
Yi
Zi]=T·[X'i
Y'i
Z'i]可求得Z'i=-βX'i+αY'i+Z'iZ'i=0, 则Zi=-βX'i+αY'i。
2.1 预支撑
控制系统要求消防云梯车在调平的过程中避免出现虚腿,虚腿的判定标准该支腿上液压传感器检测值为零。图4是支撑的示意图,自动调平最基本的原理是,三点决定一个平面[5]。当采用4点支撑时,与3点支撑状况表面上没有大的区别,因为都在一个平面上。当4个支撑腿在允许的平面误差范围内时,任意3个支撑点都能使得车载平台处于一个稳定的平面,可以形成C34=4个稳定平面。这会导致有支撑腿不受力产生虚腿现象[6]。虚腿现象在工程中是不允许的。因为虚腿的产生使得车载平台易受外界干扰的影响,在调平过程中或调平结束后容易产生车体倾覆,出现安全事故。所以车载平台进行自动调平之前需要对平台先预支撑,避免虚腿产生。在预支撑的过程中,4个支撑腿把车身顶起使得车辆4个轮胎全部脱离地面。本方案中通过PLC不断地读取液压传感器当前支撑腿压力值和倾角传感器当前平台的倾斜度,根据传感器检测当前工作平台的倾斜度不断地调整支撑腿2,3和4,使得平台趋向水平,使得在之后的支腿调平过程中的需要调节的距离比较小,从而引起的工作平台的形变也比较小以减小虚腿产生的几率,同时也可以缩减整个调平时间。
图4 支撑平台
预支撑之前,作为基准的支撑腿1的可能的状态有4种,作为最高支撑腿、次高支撑腿,最低支撑腿、次低支撑腿。预支撑过程中保持支撑腿1的速度不变,支撑腿2和支撑腿3相对于支撑腿1的速度差正比于各自与支撑腿1的竖直方向的偏差值。根据支撑点1、2、3确定的平面,在预调平过程中调控支撑点4在的速度保证4个支撑点处于同一个平面上。通过液压传感器检测各支撑腿的压力值,当总压力大于车身重力时预支撑结束。关于4个点的速度控制如图5所示。
图5 速度控制
三点确定一平面,支点1、2和3所组平面的平面方程为:β(x-x1)+α(y-y1)+(z-z1)=0各支腿为:zi=z1-β(x-x1)-α(y-y1)(i=2,3)
Δzi=z1-zi=α(y1-yi)+β(xi-x1)(i=2,3)4个支撑点速度的确定,假设1的速度为v1,2,3点运动速度为:vi=v1+kΔzi(i=2,3)则运动时间t后,点2,和3与点1竖直方向上的位置误差为:Δzi(t)=Δzi-tkΔzi=(1-tk)Δzi此时1、2、3三点决定的平面为:β(1-tk)(x-xi)-α(1-tk)(y-y1)+(z-zi)=0此时点4竖直方向上的坐标为:z4(t)=z1-2bα(1-tk)在此时间内上升的相对距离为:s4=z4(t)-z4=2bαtk
v4=(s4)/t+v1=2bαk+v1
2.2 支腿调平
调平系统的调平策略主要有依据角度误差进行调平和位置误差进行调平两种[7-8]。依据位置误差策略的方法先计算得到每个支撑腿到平面的距离,然后驱动相应的油缸使得该支撑腿长度伸长或缩短,直到4个支撑腿处于同一平面,使得工作平台达到水平位置。角度误差调平则通过倾角传感器直接检测工作平台的X轴方向和Y轴方向的倾角值[9]。通过改变相应的支撑腿伸长量,使工作平台的倾角值逐渐减小到控制系统要求的误差范围之内。由于消防云梯车车体载重比较大,支撑腿在缩短过程中,平台的下降具有较大惯性,车体容易产生抖动和倾斜状况,所以正常情况下用“逐高式”的控制支撑腿实现调平,即支撑腿只升不降[10]。由于位置误差计算复杂,同时容易产生虚腿,本系统采用角度误差调平方法。这种方法直接控制X轴的倾角α、Y轴的倾角β,先由倾角传感检测工作平台两轴的倾角值然后驱动不同的支撑腿伸长,使得倾角逐渐减小。调节规则如下:当|α|≥|β|时先调节X轴方向的支撑腿; 当倾角α>0时,保持支撑腿1、4静止不动调节后侧支撑腿2和支撑腿3上升; 当倾角α<0时,保持支撑腿2、3静止不动,调节前侧支撑腿1和支撑腿4上升。(■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■下转第15页)
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当|α|<|β|时先调节Y轴方向的支撑腿; 当倾角β≥0时,保持支撑腿1、2静止不动,调节左侧支撑腿3和支撑腿4上升,当β<0时,保持支撑腿3、4静止不动,调节右侧支撑腿1和支撑腿2上升。
3 结束语
本系统在实际中得到了应用,采用PLC 控制,在车体车轮离开地面前进行预调平,通过调节4支腿速度使得支腿趋向同一平面,进而尽量达到水平状态,进一步提高了效率,为后面的正式调平节省时间。实车实验表明该方法用在消防云梯车上安全可靠,在2 min内即可将水平精度调整到0.5°。
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