[发明专利]一种双缸协同运动机构的稳定控制方法

权利要求书

1.一种双缸协同运动机构的稳定控制方法，所述双缸协同运动机构是指液压缸或电动缸通过伸缩协同运动，使得上平台在其能作运动的俯仰向自由度和方位向自由度的两个自由度里运动到不同的位置并且在惯性空间稳定，其特征在于，所述控制方法采用三闭环控制策略：最内环采用缸长度闭环控制策略，中环采用稳定平台两自由度相对于惯性空间的速度闭环控制策略，以及最外环采用稳定平台两自由度相对于惯性空间的位置闭环控制策略；

所述最内环缸长度闭环控制策略为：通过给定上平台水平角度和高低角度位置，经位置反解出两个缸的长度，与实际传感器测量解算后的缸长度做闭环进行控制；

所述中环采用稳定平台两自由度相对于惯性空间的速度闭环的控制策略为：通过上平台水平向和高低向陀螺仪检测到上平台相对于惯性空间的速度，与上平台相对于惯性空间的速度给定值做闭环；

所述最外环采用稳定平台两自由度相对于惯性空间的位置闭环策略为：通过上平台水平向和高低向陀螺仪检测到上平台相对于惯性空间的速度，将此积分得到相对惯性空间的位置；将此位置与输入的上平台相对于惯性空间的位置做闭环，使得上平台稳定到相对于惯性空间的位置；

计算液压缸或电动缸相对于稳定平台在两个自由度运动范围内的各个点的和力矩，求得和力矩的最大值和最小值；高低向和力矩的最大值与最小值之比记为k1，方位向和力矩的最大值与最小值之比记为k2；

所述最外环的控制器采用模糊PI控制器；模糊PI控制器的水平向角度和高低向角度的输入量为e和ec，输出量为比例增益系数Kp、积分增益系数Ki，所述比例增益系数Kp、积分增益系数Ki的控制量与原始PI控制器的比例增益系数P、积分增益系数I相加，完成对模糊PI控制器的设计；

所述模糊PI控制器的模糊控制包括下述步骤：

(1)水平向角度和高低向角度的输入量e和ec首先进行论域变换，将实际变量变化区间变换至[-3,3]；

(2)将区间[-3,3]之间变化的连续量分成7个等级，分别用模糊语言变量表示为负大NB、负中NM、负小NS、零ZO、正小PS、正中PM、正大PB，并确定模糊语言变量的隶属度函数；

(3)将得到的输入语言变量按照模糊规则进行推理；

(4)根据模糊规则，按公式进行推理，其中：R为根据规则库建立的模糊关系，式中×运算采用模糊算法中取小运算方法，运算采用模糊合成中取大运算方法，得到一个输出模糊集合U；e和ec分别表示水平向角度和高低向角度的输入量；

(5)定义输出量比例增益系数Kp和积分增益系数Ki的隶属度函数与误差E的隶属度函数相同，定义输出量比例增益系数Kp和积分增益系数Ki的隶属度函数与误差E的隶属度函数相同，将步骤(4)中得到的输出模糊集合U去模糊化得到控制量在[-3,3]内的精确值；最后，得到的输出量比例增益系数Kp和积分增益系数Ki分别乘以相对应的量化因子Pp和Pi，得到在实际控制中的P、I参数变化量；

重心法是取模糊隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心为模糊推理最终输出值，即，

其中，μ_v(v)代表隶属度函数；v₀代表经去模糊化得到的精确值，v代表经模糊推理后得到的模糊集合；

(6)将得到的控制量与原始PI控制器中的P、I参数相加，得到P、I参数根据输入实时进行调整变化的模糊PI控制器。