[发明专利]一种凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法

权利要求书

1.一种凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法，其特征在于，控制外环包括至少两个位置环，控制内环包括至少两个速度环，每个位置环输出至少两个油缸运动速度，相应地油缸运动速度进行叠加计算，分别得到叠加后的设定运动速度，将设定运动速度作为速度环的输入，根据速度环的输出得到控制大臂油缸运动的比例阀开度值；

其步骤如下：

步骤一：根据需要的大臂左右摆动和上下俯仰的目标角度，分别计算大臂的左右摆动和上下俯仰的关节角度误差；

步骤二：将大臂的左右摆动和上下俯仰的关节角度误差输入相应的位置环PID，位置环PID均输出油缸运动速度；

步骤三：将油缸运动速度进行相应的叠加分别得到油缸的设定运动速度；

步骤四：根据油缸的设定运动速度，计算油缸的速度误差，将速度误差输入相应的速度环PID得到控制大臂的油缸的比例阀开度增量；

步骤五：根据比例阀开度增量计算油缸的比例阀开度，利用比例阀开度控制油缸的多个方向的运动速度，从而控制大臂的关节的耦合转动。

2.根据权利要求1所述的凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法，其特征在于，所述位置环的数量设有两个，速度环的数量设有两个，每个位置环的位置环PID均输出两个油缸运动速度；两个速度环的速度环PID分别输出两个油缸的比例阀开度增量。

3.根据权利要求2所述的凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法，其特征在于，所述两个油缸为并联连接的左油缸(4)和右油缸(5)，左油缸(4)和右油缸(5)均可单独控制大臂左右摆动关节或大臂上下俯仰关节；左油缸(4)和右油缸(5)均可以让大臂左右摆动关节和大臂上下俯仰关节同时运动，从而实现大臂的耦合运动。

4.根据权利要求2或3所述的凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法，其特征在于，所述步骤一中计算关节角度误差时，位置环PID的反馈角度值为编码器检测大臂的左右摆动关节或上下俯仰关节的角度；所述步骤四中计算油缸的速度误差时，速度环PID的反馈运动速度为利用编码器检测的角度和油缸结构三角函数计算的油缸反馈速度。

5.根据权利要求4所述的凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法，其特征在于，所述大臂的左右摆动关节为左右摆动转动副(2)，大臂的上下俯仰关节为上下俯仰转动副(7)，所述编码器包括左右摆动编码器(3)和上下俯仰编码器(8)，左右摆动编码器(3)与左右摆动转动副(2)同轴连接，上下俯仰编码器(8)与上下俯仰转动副(7)同轴连接，左右摆动编码器(3)用于实时记录大左右摆动转动副(2)的当前角度，上下俯仰编码器(8)用于实时记录上下俯仰转动副(7)的当前角度；所述大臂的左油缸(4)和右油缸(5)对称布置在大臂(6)的两侧。

6.根据权利要求5所述的凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法，其特征在于，所述两个位置环PID为系数相同的位置式PID，所述两个速度环PID为系数相同的增量式PID。

7.根据权利要求6所述的凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法，其特征在于，所述两个位置环PID为左右摆动位置环PID和上下俯仰位置环PID，且左右摆动位置环PID输出的左油缸运动速度v_L1(k)和右油缸运动速度v_R1(k)相反，上下俯仰位置环PID输出的左油缸运动速度v_L2(k)和右油缸运动速度v_R2(k)相等。