四点调平系统调平策略的研究

李卫华

摘 要：本文对四点调平系统的调平策略进行了详细的研究，分析了不同调平策略下调平系统功能实现基本原理，研究了不同调平策略对调平精度、调平时间的影响。本研究对于自动调平系统的设计、生产及调试都具有实际的指导意义。

关键词：四点调平;调平策略;调平误差;修正方法

0 前言

在进行四点调平系统研发前首先要确定采用何种调平策略。四点调平系统调平时存在超静定和支腿耦合问题，会出现“虚腿”和支腿超载的潜在危险[1]。调平策略的选取，直接影响调平的精度和调平时间。本文在理论分析的基础上，结合大量的试验，提出了自己的一些见解，供设计人员参考。

1 调平策略

根据自动调平时支腿运动数量，调平策略可分为逐最高点法及最短时间调平法。下面对两种调平策略调平功能实现的原理进行分析。

1.1 逐最高点法策略

采用逐最高点法进行自动调平的过程中，根据实时检测的角度信号，先判断哪一个支腿为最高支腿，进而依次将其余3个较低位置的支腿上升进行调平，支腿只有单向的上升运动，没有反向下降过程。调平后支腿理论伸出量如图1所示。

如上图所示，自动调平前四个支腿的最高点分别为A、B″、C″、D″，自动调平后四个支腿的最高点分别为A、B、C、D，自动调平后，最高点支腿A不动，其余三个支腿的理论行程为BB″、CC″、DD″。

基于调平结束后，任何支腿不高于原最高点A的原则，确定支腿上升数值时，肯定不能完全按照理论行程，设计时首先将支腿的伸出量设定可以满足与X轴夹角α及与Y轴夹角β均为自动调平精度的下限。依次进行完BCD三根支腿的动作后，判断采集的角度数据是否满足自动调平精度指标，如不满足根据试验情况选取合适参数进行修正。

1.2 最短时间调平法

最短时间调平法通过完全解耦的调平策略，计算出各個支腿相对位置及各个支腿如何运动才能使调平时间最短，支腿同时向综合最小行程位置运动，自动调平后支腿既有上升也有下降，最终停留在中间位置的预定点。

四点调平系统具有四个支腿高度输入及2个夹角输出，构成了四个输入量两个输出量的多输入输出系统。四个输入量中任何支腿的位移变化，其结果具有不确定性，既有可能导致2个夹角数值变化，也可能不会导致2个夹角数值变化，可知四个输入量在某时刻必有1个是冗余量[2]。去除一个“虚腿”的输入量，此时，系统为3个输入量与两个输出量的定输入定输出系统。列出带函数的方程组，求解即可得到每个支腿需要伸出的数值。

2 调平策略和调平精度、调平时间的关系

根据前面所述，采用不同的控制策略，调平系统的调平精度和调平时间存在明显的差别，必须根据实际需要来选择正确的调平策略，以获得较好的调平精度和调平时间。

2.1 逐最高点法对调平精度、调平时间的关系

采用逐最高点法进行自动调平，各支腿在调平的过程中做单向运动可以有效避免产生反向间隙，提高了系统的调平精度[3]。自动调平结束后平台水平面与理想平台水平面还会有一定的误差，并且实际两个方向的夹角与调平前的夹角偏移方向一致，不会产生“0点”漂移。调平精度较高。

采用逐最高点法进行自动调平的过程中，3个较低位置的支腿按照特定顺序分别单独运动，自动调平时间必然加长。采用逐最高点法进行自动调平，支腿上升接近结束时，加入“虚腿”调节环节，在保证精度的同时，也会降低平台的响应速度，需要重新进行落地判断，防止“虚腿”现象的产生[4]。

2.2 最短时间调平法

采用最短时间调平法时，四个支腿依据实际情况作出升降动作，自动调平结束后平台水平面与理想平台水平面还会有一定的误差，并且实际两个方向的夹角与调平前的夹角偏移方向会产生正负偏移，我们称为“0点”漂移。“0点”漂移现象的出现回导致调平精度的降低。

最短时间调平法具体控制算法较复杂，四个支腿可以同时动作，可以大大减少调平时间;由于四个支腿支撑为超静定结构，四个支腿同时动作，每个支腿的位移均不同、运动时间也不相同，在运动过程中，容易出现某支腿的受力过大，导致机械结构的损害及发生伺服电机超载抱死现象，需要预留足够的动力储备量。

3 结束语

四点调平系统采用不同的调平策略，直接影响调平系统的精度和调平时间指标。系统对调平时间要求比较高时宜采用最短时间调平法，系统对调平精度要求比较高时宜采用逐最高点法调平，但是两者并不是绝对的，需要根据技术指标综合评定。

参考文献：

[1]刘永赞，毛艳.重载平台升降随动调平控制及安全限制策略研究[J].建筑机械，2017（12）：84-87+91.

[2]周亭亭，王渝.六点支撑稳定平台自动调平控制系统的建模与仿真[J].汽车实用技术，2016（05）：104-106.

[3]汪君，李正琦.某四点支撑液压自动调平系统设计[J].信息系统工程，2018（03）：38.

[4]王茁茁，杜向党，王方超.水下平台自调平控制系统设计与仿真[J].机械与电子，2017，35（05）：51-54.