吊篮调平控制系统.pdf

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，如图1所示，倾角传感器11检测吊篮作业平台的倾斜角度，其中倾角传感器可以为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”式三种倾角传感器；如果检测吊篮作业平台的倾斜角度大于检测前倾角传感器设定的角度，则倾角传感器将根据实际检测的偏差角度产生相应的电流信号发送到控制器12，其中偏差角度的大小与传感器产生的电流信号成正比；控制器12采用PID控制算法进行计算，输出PWM(脉冲宽度调制控制)信号到电液比例换向阀14相应的线圈，控制电液比例换向阀14的开度；动力源13为油液，当倾角传感器检测吊篮作业平台的倾斜角度大于预先设定的角度值时，发出电流信号到控制器，控制器利用PID算法进行计算，输出PWM(脉冲宽度调制控制)信号到电液比例换向阀14，控制电液比例换向阀14的开度大小，控制动力源13流向油缸15的油量，油缸15根据输入的油量，调整伸缩活塞杆，进而调整作业平台的倾角。

本发明硬件采用具有防电涌和短路功能的高可靠性控制器，其运行周期最低能达到38μs；检测元件采用±10°的两轴倾角传感器，其保护等级为IP65，分辨率为0.05°，信号输出类型为电流型，输出电流为4～20mA。

本发明技术方案采用PID控制就是根据倾角传感器检测值与设置值之间的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例(P)控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。积分(I)控制在积分控制中，控制的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差。为了消除稳态误差，在控制中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分(D)控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。

根据电液比例换向阀的控制特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制参数进行整定。本发明采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制的参数。

如图2所示，倾角传感器11检测到吊篮作业平台16的倾斜角度大于设定角度，将检测角度转换成相应的电流信号发送到控制器12，控制器12打开溢流阀21和液压锁22，电液比例换向阀14内有不同的油腔，油腔与不同的通孔连接，每个通孔都通向不同的油管，电液比例换向阀14的腔中安装有由两块电磁铁，单向阀24与电磁铁23对应连接，两个单向阀相对，当电磁铁23有电流经过时，单向阀24靠近电磁铁23，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸15的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动，进而调整吊篮作业平台的倾斜度。