面向悬臂造梁机多执行机构的分段时序协同控制方法及系统与流程

本发明属于一般的控制或调节系统，尤其涉及一种面向悬臂造梁机多执行机构的分段时序协同控制方法及系统。

背景技术：

1、对于包含多个不同驱动机构的复杂机电设备，通常采用多回路闭环控制方式，控制系统采集各驱动机构的位置反馈信号，计算实际位置与目标位置之间的跟踪误差，再输出相应的驱动信号，对液压阀开度或动力源输出进行调节，从而使多个动作环节按照要求运行，并保持设备整体姿态稳定，在悬臂结构的分段浇筑和推进过程中，造梁机通常设置有走行步进、整体升降、模板开合和标高校正等多组液压驱动机构，随着施工工序推进，悬臂结构会产生非对称弹性变形，各驱动机构承受的机械负载也随之变化，并表现出较明显的非线性和时变特性，同时，液压传动回路本身存在响应迟滞和压力波动，在负载不均匀的情况下，各驱动机构的响应时间容易出现差异，现有控制方式多采用预先设定的时序继电器逻辑，或者分别对各驱动机构进行独立的单回路闭环位置调节，各驱动回路之间缺少根据结构受力状态进行协调控制和动态相位补偿的手段，当施工工序切换或者多个机构同时推进时，某一驱动机构一旦响应滞后，位置偏差就容易逐步累积，进而造成造梁机整体姿态偏斜、模板卡阻，甚至出现局部应力超限，单纯提高传感器采样频率或者增大闭环控制增益，并不能消除结构弹性变形造成的动作相位滞后，还可能引起液压管路压力冲击和伺服机构抖动，因此难以解决多个驱动机构动作不同步与负载动态变化之间的矛盾。

2、除物理结构固有弹性变形与液压部件硬件特性的局限外，现有自动化控制手段在软件算法调节层面同样存在不足，例如，公开号为cn121277073a的中国发明专利申请公开了一种基于运行状态识别的挂篮运动控制方法及系统，依赖有限状态机对运行工况进行离散划分，并据此调用预设查找表整定控制器参数，然而，悬臂结构分段施工中的应力演进与负载变动呈连续非线性状态，离散式的工况识别与参数映射难以实时映射结构应力变动率对多轴动作相位的动态干预，阈值临界点附近的参数突变极易引发控制抖动，且缺乏针对各工况分段工序的动作时序约束与相位窗口动态校正机制，无法在位移偏差扩大前实现基于连续应力演进趋势的时延相位修正。

3、因此，在多机构相互影响且负载不断变化的工况下，如何减小各驱动机构之间的动作时序相位滞后，并根据结构应力变化和机构间的位置偏差实现闭环协同控制，仍是悬臂造梁机多执行机构控制中需要解决的问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种面向悬臂造梁机多执行机构的分段时序协同控制方法，包括以下步骤：

2、步骤s1，构建多执行机构状态空间模型，采集各执行机构的位移、液压压力与姿态倾角，以及主梁节点的动态应力，并根据各执行机构的实际位移与参考位移相减确定单回路跟踪误差；

3、步骤s2，将施工过程划分为多个功能分段工序，构建时序约束矩阵，限定各执行机构在当前功能分段工序下的动作触发顺序与时序相位窗口；

4、步骤s3，根据一执行机构与另一执行机构各自所在支撑节点处的局部结构刚度之比确定动态耦合系数，将一执行机构的单回路跟踪误差，减去另一执行机构的单回路跟踪误差与动态耦合系数的乘积，计算交叉耦合位移误差；

5、步骤s4，对动态应力求导得到动态应力变动率，叠加单回路误差项、交叉耦合补偿项与基于动态应力变动率的应力前馈抑制项，计算各执行机构的相位时延补偿量；

6、步骤s5，结合相位时延补偿量调整闭环控制指令，输出电压信号至电液伺服阀，调节各执行机构的驱动液压流量，驱动各执行机构按调整后的时序相位窗口协同动作；

7、步骤s6，当姿态倾角或动态应力超出安全阈值时，激活时序仲裁逻辑，切断导致偏差扩大的执行机构的电压信号，保持其余执行机构位置锁定，并修正时序约束矩阵。

8、优选的，功能分段工序包括自动脱模分段、自动行走步进分段、模板姿态调整分段以及浇筑加载支撑分段；时序约束矩阵中的非零元素限定各执行机构在当前功能分段工序内允许启动的时间下限与上限；动态耦合系数依据两两执行机构所各自所在支撑节点处的局部结构刚度之比实时更新，用以平衡非对称结构变形下的负载分配。

9、优选的，步骤s4中，细化步骤s41，计算各执行机构中任一执行机构的相位时延补偿量时，将单回路误差增益系数与执行机构i的单回路跟踪误差相乘得到单回路误差项，将交叉耦合误差补偿系数与各交叉耦合位移误差之和相乘得到交叉耦合补偿项，将应力前馈抑制系数与动态应力的时间变动率相乘得到应力前馈抑制项，并将单回路误差项、交叉耦合补偿项以及应力前馈抑制项线性叠加，确定执行机构的相位时延补偿量，其中i为大于等于1的正整数且为各执行机构的编号索引。

10、优选的，相位时延补偿量设定有物理饱和上界；当计算得到的相位时延补偿量超出物理饱和上界时，锁定各执行机构当前的相位差，并输出报警信号。

11、优选的，步骤s5中，细化步骤s51，生成各执行机构的闭环控制指令时，将基础前馈控制信号、基于单回路跟踪误差计算得到的比例微分控制量以及基于相位时延补偿量校正后的交叉耦合位移误差加权项线性组合，输出电压控制信号至电液伺服阀，调节各执行机构对应的驱动液压流量与响应速率。

12、优选的，步骤s6中，细化步骤s61，当测得的姿态倾角超过设定的倾角门限值、或者测得的动态应力超过设定的应力门限值时，时序仲裁逻辑中断导致偏差扩大的执行机构的电压信号，保持其余执行机构的液压锁紧与位置锁定，并重新调整时序约束矩阵中后续工序的时序相位窗口。

13、优选的，动态耦合系数根据悬臂造梁机主梁结构弯曲变形引致的各执行机构支撑节点处的实时局部刚度矩阵比值在线更新，用以抵消结构弹性形变引起的位移偏差。

14、优选的，步骤s1中，细化步骤s11，通过部署于造梁机受力节点的倾角传感器、压力传感器与拉压应变计，实时获取各执行机构的位移数据、压力数据与主梁应力时间序列；基于获取的数据构建包含位移状态、液压动力学状态以及结构弹性变形状态的状态空间方程。

15、优选的，在完成当前功能分段工序后，获取主梁节点的残余应力与造梁机的整体姿态偏差；当残余应力与整体姿态偏差均处于设定的安全范围内时，更新工序索引，并载入下一功能分段工序对应的时序约束矩阵，驱动各执行机构进入下一阶段的时序协同控制流程。

16、一种面向悬臂造梁机多执行机构的分段时序协同控制系统，用于实现面向悬臂造梁机多执行机构的分段时序协同控制方法，包括：

17、状态采集与建模模块，用于构建多执行机构状态空间模型，采集各执行机构的位移、液压压力与姿态倾角，以及造梁机主梁节点的动态应力，并根据各执行机构的实际位移与参考位移相减确定单回路跟踪误差；

18、工序时序约束模块，用于依据造梁机当前施工工序，将施工过程划分为多个功能分段工序，构建时序约束矩阵，限定各执行机构在当前功能分段工序下的动作触发顺序与时序相位窗口；

19、交叉耦合计算模块，用于根据一执行机构与另一执行机构各自所在支撑节点处的局部结构刚度之比确定动态耦合系数，将一执行机构的单回路跟踪误差，减去另一执行机构的单回路跟踪误差与动态耦合系数的乘积，计算交叉耦合位移误差；

20、相位补偿计算模块，用于对动态应力求导得到动态应力变动率，叠加单回路误差项、交叉耦合补偿项与基于动态应力变动率的应力前馈抑制项，计算各执行机构的相位时延补偿量；

21、闭环协同驱动模块，用于结合相位时延补偿量调整闭环控制指令，输出电压信号至电液伺服阀，调节各执行机构的驱动液压流量，驱动各执行机构按调整后的时序相位窗口协同动作；

22、时序仲裁响应模块，用于当姿态倾角或动态应力超出安全阈值时，激活时序仲裁逻辑，切断导致偏差扩大的执行机构的电压信号，保持其余执行机构位置锁定，并修正时序约束矩阵。

23、相对于现有技术，本发明面向悬臂造梁机多执行机构的分段时序协同控制方法及系统，具有以下优势：

24、1、在面向悬臂造梁机多执行机构的分段时序协同控制中，能够提高多个执行机构在非对称负载和液压响应迟滞条件下的动作同步性，通过将单回路跟踪误差、交叉耦合位移误差以及主梁动态应力变化用于相位时延补偿，使控制系统不仅能够根据各执行机构自身的位置偏差进行调节，还能够兼顾机构之间的动作偏差和结构受力变化，在某一执行机构响应较快或较慢时，可以及时调整其推进过程，减小响应时间差造成的位置偏差累积，从而降低液压迟滞和结构弹性变形对多执行机构同步运行的影响，使各执行机构在动态负载变化过程中保持较好的位移同步性。

25、2、能够使不同施工工序下的动作顺序更加明确，并减少工序切换和负载变化对协同动作的干扰，通过针对脱模、行走、姿态调整及加载支撑等不同工序设置相应的时序约束矩阵，各执行机构能够按照当前工序所要求的动作顺序和时序相位窗口运行，避免在不适合同时动作的情况下盲目同步推进，当施工状态发生变化时，控制过程仍能够保持与当前工序要求相对应的动作时序，从而减小局部响应滞后造成的结构扭转和应力集中风险，提高多工况交替运行过程中的控制稳定性。

26、3、能够在姿态或结构受力出现异常时及时限制异常动作，避免控制系统继续输出可能扩大偏差的驱动指令，通过对姿态倾角和主梁动态应力进行监测，并在超出安全阈值时进行时序仲裁，可以中断导致偏差扩大的执行机构，同时保持其他执行机构的位置稳定，并对后续动作时序进行调整，由此能够降低异常负载继续作用所造成的结构偏斜、应力进一步升高等风险，使系统在出现异常状态后仍具备相应的安全控制和调整能力，提高悬臂造梁机在非对称负载扰动下的运行安全性和容错能力。