[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

说明书

本发明提出了一种凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法，用以解决现有常规的PID控制方法达不到大臂耦合运动控制需求的问题。本发明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，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。本发明位置环的反馈角度值为编码器数值，速度环的反馈速度利用编码器角度和油缸结构三角函数关系计算；有效解决了凿岩机大臂因耦合运动导致大臂左右摆动和上下俯仰两关节无法同时控制的问题，实现大臂双关节联动，降低大臂运动控制时间，提高工作效率。

技术领域

本发明涉及隧道施工装备的技术领域，尤其涉及一种凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法。

背景技术

在三臂凿岩台车机械臂运动控制系统中，通过两个并联油缸共同控制大臂左右摆动和大臂上下俯仰关节的运动。大臂左右摆动和大臂上下俯仰两个关节可以同时运动，也可以单独运动。在传统的手动模式下，操作手只能通过手柄分别控制大臂左右摆动或大臂上下俯仰运动；而在自动模式下，为了让大臂尽快到达目标位置，需要寻求一种控制方法，实现自动控制大臂左右摆动和大臂上下俯仰的同时运动。因为大臂耦合运动，常规的单级PID已经达不到大臂耦合运动控制需求，需要采用一种凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法。

专利申请号为202010585584.9为的中国发明，公开了了基于模糊神经网络PID控制器的阀位串级控制方法，解决了阀位控制过程复杂多变，难以建立精确数学模型，致使传统PID控制控制效果不佳以及单回路控制难以消除外界扰动的难题，能够对阀位控制过程进行动态实时控制，提升了控制过程的快速性、准确性和鲁棒性，利于调节阀稳定连续地工作。但是，此方法是单环串级PID，并没有涉及到两个串级PID的复合控制，不能直接应用到大臂左右摆动和大臂上下俯仰的油缸控制中。

发明内容

针对现有常规的PID控制方法达不到大臂耦合运动控制需求的技术问题，本发明提出一种凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法，让大臂左右摆动和大臂上下俯仰关节同时运动，分别达到目标角度，减少大臂耦合运动时间，提高了运动控制精度和工作效率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种凿岩台车大臂耦合运动串级复合PID控制方法，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。

本发明的步骤如下：

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。

优选地，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。

优选地，所述两个油缸为并联连接的左油缸和右油缸，左油缸和右油缸均可单独控制大臂左右摆动关节或大臂上下俯仰关节；左油缸和右油缸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。