機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的方案

1、車載雷達(dá)機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的方案現(xiàn)代戰(zhàn)爭對(duì)雷達(dá)機(jī)動(dòng)性能的要求越來越高，特別是機(jī)動(dòng)陸面載體如車載雷達(dá)天線、發(fā)射架等設(shè)備，到達(dá)預(yù)定位置后，要求快速架設(shè)精確的水平基準(zhǔn)。車載平臺(tái)的人工手動(dòng)調(diào)平已很難滿足軍方對(duì)雷達(dá)快速架設(shè)、快速撤收，以及平臺(tái)高精度調(diào)平的要求。機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平與人工調(diào)平相比具有調(diào)平時(shí)間短、調(diào)平精度高、可靠性高等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)和CPLD為控制核心，伺服控制器和伺服電機(jī)為執(zhí)行單元的機(jī)電式四點(diǎn)支撐自動(dòng)調(diào)平隨動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電式車載平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平的全自動(dòng)化、全閉環(huán)控制。其優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)平時(shí)間短(少于3分鐘)、調(diào)平精度高(小于3)、可靠性高、可在惡劣環(huán)境下工作等方面。 系統(tǒng)組成調(diào)平原理調(diào)平方

2、式通常有3點(diǎn)式或4點(diǎn)式，特殊的還有多點(diǎn)式如6腿或更多腿平臺(tái)。本系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況，采用4點(diǎn)式調(diào)平方式。四點(diǎn)支撐的工作平臺(tái)X 軸、Y 軸是根據(jù)水平傳感器的安裝位置確定工作平臺(tái)面上互相垂直的兩個(gè)軸向，調(diào)平原理如圖1所示。在工作平臺(tái)的支撐腿著地后, 控制系統(tǒng)開始進(jìn)行調(diào)平。通過水平傳感器的檢測信號(hào)，可以找出工作平臺(tái)的最高點(diǎn)。將水平傳感器按如圖1 所示方向安置于工作平臺(tái)上，傳感器輸出含有X 和Y 軸信號(hào)，它們是與水平誤差(角度) 成線性關(guān)系的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)X0，Y0時(shí)，撐腿A為最高點(diǎn);X0，Y0時(shí)，撐腿B為最高點(diǎn);X0時(shí)，撐腿C為最高點(diǎn);X0，Y 0 時(shí)，撐腿D為最高點(diǎn)。假設(shè)撐腿著地后撐腿A為最高點(diǎn)(

3、其他撐腿為最高點(diǎn)的情況相似)，根據(jù)水平傳感器的信號(hào)，可以分別進(jìn)行X軸和Y軸方向的調(diào)節(jié)。如先進(jìn)行X軸調(diào)節(jié)，其過程如下：撐腿A和D不動(dòng)，撐腿B和C同時(shí)上升一定位移，即工作平臺(tái)繞撐腿A和D為軸線旋轉(zhuǎn)，撐腿B和C同時(shí)上升，上升的數(shù)值由控制系統(tǒng)根據(jù)水平傳感器的X軸反饋值決定，直至X軸呈水平狀態(tài)。Y軸調(diào)節(jié)與X軸類似。若工作臺(tái)的X軸和Y軸調(diào)節(jié)成水平狀態(tài)，則可認(rèn)為工作臺(tái)已處于水平狀態(tài)。4點(diǎn)調(diào)平的水平誤差為q2=q12+q22，q1和q2分別為水平傳感器的角度精度。若兩個(gè)傳感器的控制精度都為時(shí)，則水平誤差。4點(diǎn)及多點(diǎn)調(diào)平設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)主要問題是虛腿現(xiàn)象，即有一個(gè)腿受力很小或者懸空，這在調(diào)平過程中是不能允許的。當(dāng)

4、平臺(tái)的負(fù)載均勻時(shí)，4個(gè)支撐點(diǎn)的受力應(yīng)該均勻。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的處理辦法是把平臺(tái)支撐起來后，先進(jìn)行一次粗調(diào)平(設(shè)定一個(gè)粗精度)，目的是使4個(gè)支撐點(diǎn)的受力比較接近。然后，再按照系統(tǒng)設(shè)定的調(diào)平精度進(jìn)行調(diào)平。這樣，調(diào)節(jié)的過程就中不會(huì)出現(xiàn)一腿受力過小(虛腿)，從而有效的預(yù)防虛腿現(xiàn)象的出現(xiàn)。 硬件組成該自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。系統(tǒng)主要由控制部分、水平傳感器、壓力傳感器、伺服控制器、伺服電機(jī)及伺服電動(dòng)缸等組成。水平傳感器(X、Y兩個(gè)方向)測量車載平臺(tái)的傾斜度，通過RS232串行口向控制部分發(fā)送X方向和Y方向的傾角數(shù)據(jù)，波特率采用9600bit/s。本系統(tǒng)采用的水平傳感器其測量精度(零位)為020，分辨率4

5、，完全滿足平臺(tái)傾角測量和調(diào)平的要求。壓力傳感器用于測量4個(gè)支撐腳承受的壓力，測量范圍09000kg，通過RS232串行口向控制部分發(fā)送壓力數(shù)據(jù)，波特率采用9600bit/s?？刂撇糠种饕煽刂瓢濉⑺欧?qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)接口單元組成?？刂瓢迨强刂撇糠值暮诵?，主要由單片機(jī)、CPLD、多路DAC、多串口擴(kuò)展電路、RS232電平轉(zhuǎn)換電路、看門狗電路等組成。當(dāng)操作人員通過按鍵將控制指令發(fā)送到控制板，CPU讀取水平傳感器、壓力傳感器送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷并形成控制策略，產(chǎn)生控制信號(hào)由DAC送達(dá)伺服控制器，再控制驅(qū)動(dòng)接口電路驅(qū)動(dòng)某一路伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至調(diào)平。為了操作安全起見，整個(gè)調(diào)平運(yùn)行過程通過聲、光進(jìn)行指示?？刂撇?/p>

6、分實(shí)時(shí)地將傾角、壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，方便操作人員監(jiān)控。本車載雷達(dá)平臺(tái)調(diào)平過程具體分兩個(gè)階段完成。第一階段為架設(shè)階段，即車載雷達(dá)到達(dá)陣地后，先控制四個(gè)支撐腿著地，進(jìn)行落地檢測。系統(tǒng)通電后，操作人員只需按操作面板上的“架設(shè)”鍵，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)升支撐腿，同時(shí)檢測各支撐腿是否著地，當(dāng)某一支撐腿著地后停止該腿的升動(dòng)作。當(dāng)四個(gè)支撐腿全部著地后，落地檢測結(jié)束。第二階段為調(diào)平階段。操作人員按操作面板上的“調(diào)平”鍵，單片機(jī)讀取水平傳感器送來當(dāng)前車載平臺(tái)的傾斜度數(shù)據(jù)以及壓力傳感器送來的各支撐腿的受力數(shù)據(jù)，根據(jù)傾角數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，按照控制策略驅(qū)動(dòng)相應(yīng)電機(jī)上升相應(yīng)支撐腿，直至座車傾斜度達(dá)到雷達(dá)系統(tǒng)的要求。 系統(tǒng)程

7、序工作流程本系統(tǒng)的工作流程框圖如圖3所示。結(jié)語 雷達(dá)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)是車載雷達(dá)的一個(gè)重要的組成部分，對(duì)提高雷達(dá)的測量性能，如目標(biāo)角度的測量精度以及整機(jī)架設(shè)、撤收的速度等，起著決定性的作用。本系統(tǒng)采用單片機(jī)和CPLD控制，應(yīng)用交流伺服控制，大大提高了雷達(dá)天線架設(shè)時(shí)平臺(tái)的水平精度和調(diào)整的時(shí)間，而且具有高可靠性和維護(hù)性好的特點(diǎn)。PLC在自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)系統(tǒng)中的應(yīng)用收藏此信息 打印該信息 添加：用戶發(fā)布 來源：未知引言 為保證平臺(tái)穩(wěn)定，被調(diào)平臺(tái)有五條支腿，分別用5個(gè)執(zhí)行元件控制其高度，以調(diào)整平臺(tái)的水平度;用2個(gè)水平敏感元件檢測其水平度，2個(gè)水平敏感元件垂直安裝，分別用于檢測平臺(tái)前后方向的水平度和檢測平臺(tái)左右方

8、向的水平度。圖1是被調(diào)平臺(tái)與支腿和水平傳感器安裝示意圖(圖中未標(biāo)出平臺(tái)上的設(shè)備)。圖1 被調(diào)平臺(tái)與支腿和水平傳感器安裝示意圖5個(gè)調(diào)平支腿高度及2個(gè)水平敏感元件的輸出，構(gòu)成了五輸入二輸出的多輸入輸出系統(tǒng)，每一調(diào)平支腿高度變動(dòng)，都有可能影響平臺(tái)的水平度，因此它是一個(gè)強(qiáng)耦合的系統(tǒng)。2 完全解耦的控制方法 系統(tǒng)雖有5個(gè)輸入，2個(gè)輸出，但我們知道，三點(diǎn)決定平面，所以在調(diào)平控制量中有二個(gè)輸入量是冗余量，只需選擇平臺(tái)重心在三支點(diǎn)構(gòu)成的三角形內(nèi)，控制這個(gè)三角形的三個(gè)支腿高度，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)平;在調(diào)平結(jié)束后，再控制其余二個(gè)支腿著地即可。所以實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)是三輸入二輸出系統(tǒng)，經(jīng)過分析可以得到水平敏感元件的輸出與是三個(gè)調(diào)平

9、支腿高A、B與C的函數(shù): =f1(A，B，C) =f2(A，B，C)平臺(tái)調(diào)平后，應(yīng)得到，。是一個(gè)允許的很小傾角。A、B、C與、之間是強(qiáng)耦合的。應(yīng)用理論和實(shí)驗(yàn)方法都可得出其傳遞函數(shù)，設(shè)平臺(tái)輸入與輸出關(guān)系表示如下:式中GNM是、對(duì)于A、B、C的傳函;GNM中下標(biāo)N=1、2代表水平敏感元件的輸出與，M=1、2、3代表三支腿高A、B與C。設(shè)有一個(gè)預(yù)補(bǔ)償矩陣Kp(s)使(2)式成立。 式中KPQ中下標(biāo)Q=1、2代表預(yù)補(bǔ)償函數(shù)的二個(gè)輸入與，P=1、2、3代表補(bǔ)償傳函的三個(gè)輸出A、B與C。若 則可實(shí)現(xiàn)完全解耦。為使完全解耦，必需求出k(S)，并且按(4)式實(shí)時(shí)計(jì)算A、B和C，然后實(shí)施控制。由(3)式解出k(

10、S)，代入(4)式并離散化(4)式，用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)地計(jì)算出控制量A、B、C，就構(gòu)成了快速自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)。然而k(S)不容易顯式解得，(4)式的實(shí)時(shí)計(jì)算量大;以及當(dāng)用伺服系統(tǒng)控制調(diào)平支腿的高度時(shí)，最少要有測量3個(gè)支腿高度的傳感器和兩個(gè)測量平臺(tái)水平度的傳感器，硬件電路相對(duì)復(fù)雜，開發(fā)時(shí)間長;這些因素都限制了完全解耦控制方法的使用。|3 剔除冗余量的解耦控制方法某些平臺(tái)上的設(shè)備運(yùn)行中不需實(shí)時(shí)調(diào)平，只要求開始工作前進(jìn)行一次調(diào)平，對(duì)調(diào)平過程速度要求也不高。這種平臺(tái)的調(diào)平方法，可用剔除冗余量的解耦控制方法;將調(diào)平過程分兩步進(jìn)行，首先調(diào)平某個(gè)傾角使之達(dá)到水平要求之后，將其鎖定，然后再去調(diào)另外一個(gè)傾角。在第一步時(shí)，

11、剔除了一個(gè)傾角及兩個(gè)支腿的高，使控制系統(tǒng)變成了單入單出控制系統(tǒng)。第二步剔除已調(diào)平了的傾角及相應(yīng)的已完成調(diào)平任務(wù)的兩個(gè)支腿。這樣第二步調(diào)平也變成了單入單出控制系統(tǒng)。這種做法是一種剔除冗余量的解耦控制方法。 具體調(diào)平過程敘述如下:首先選擇平臺(tái)重心所在三支腿構(gòu)成的三角形中的三個(gè)支腿;在平臺(tái)未調(diào)平前，三個(gè)支腿連結(jié)成的三角形中，必有一條邊的傾角最大，這條邊是由最高與最低兩支點(diǎn)的連線，與它平行的(或夾角最小的)水平敏感元件的輸出最大，也即由此水平傳感器測出的傾角最大，以此水平敏感元件的輸出作被控量，以高度最低支腿的高為控制量，構(gòu)成單入單出的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這時(shí)，雖然調(diào)整最低位置支腿高時(shí)，會(huì)同時(shí)影響兩個(gè)傾角，

12、但未被選用的水平傳感器的傾角變化可在第二步時(shí)再調(diào)平，因此在第一步調(diào)平過程中，最高和次高支腿高作為冗余量被暫時(shí)剔除了，較小的傾角的輸出也作為冗余量被剔除了。第一步調(diào)平過程，直至此最大傾角被調(diào)平為止。當(dāng)此傾角調(diào)平后，以此水平線為軸，平臺(tái)便成了“蹺蹺板”，在平臺(tái)重心作用下，原次高支腿變成了新的最低支腿。原傾角較小的傳感器輸出變成最大。 第二步，也以此時(shí)傾角最大的水平敏感元件的輸出為被調(diào)量(另一水平敏感元件的輸出已被調(diào)為零或一個(gè)允許的較小的傾角)，以此時(shí)的最低支腿高度為控制量，其余二個(gè)輸入和一個(gè)輸出作為冗余量被剔除，再次構(gòu)成一個(gè)單入單出的單閉環(huán)系統(tǒng);為防止第二步調(diào)平破壞第一步已調(diào)平得到的“蹺蹺板”的水

13、平軸線，在第二步調(diào)平時(shí)，首先要收起最低腿的對(duì)角支腿，使此支腿懸空;這樣第二步調(diào)平過程就不會(huì)影響第一步調(diào)平的結(jié)果。當(dāng)此時(shí)的最大傾角的水平敏感元件輸出變?yōu)榱銜r(shí)，就表明平臺(tái)已完全被調(diào)平了。最后再將其余支腿放下著地使平臺(tái)更穩(wěn)定。上述剔除冗余量的解耦控制方法算法簡單，即當(dāng)水平傳感器輸出超過要求時(shí)，接通最低位置支腿的電磁閥，調(diào)此支腿的高，直至水平傳感器輸出滿足要求止。控制算法中，確定電磁閥接通與否，只由水平傳感器的輸出決定，而不需要測出各調(diào)平支腿的高度，因此不需使用測量支腿高度的傳感器。且控制算法中只有一些邏輯判斷，無需處理大量的數(shù)椐，適合用PLC實(shí)現(xiàn)。4 用PLC控制自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng) 用剔除冗余量的解耦控制

14、方法的調(diào)平系統(tǒng)可用PLC實(shí)現(xiàn)。用PLC控制的自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)主要包含:水平檢測器與控制支腿高度的電磁閥與液壓缸等組成。硬件框圖如 圖2 自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖下: 圖2中PLC輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制電磁閥，電磁閥控制液壓缸，液壓缸控制支腿高度，液壓缸上的液壓繼電器用于測量支腿是否著地;因?yàn)楫?dāng)支腿著地后液壓缸壓力升高，液壓繼電器接通。水平傳感器輸出的水平傾角是模擬量，因此PLC除了要有用于控制液壓缸的開關(guān)量輸出模塊，和用于接收液壓繼電器的開關(guān)量輸入模塊外，還要有模擬量輸入模塊。某自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)平工作過程如下:(1) 選擇最大傾角(可能是“前后傾角”，也可能是“左右傾角”)方向首先調(diào)平。

15、(2) 判斷最大傾角方向上支腿的高低，將低端的調(diào)平支腿升高;直至在此方向達(dá)到調(diào)平精度。(3) 進(jìn)行另一方向的調(diào)節(jié)，升高較低一端的調(diào)平支腿，同時(shí)，收回此方向上較高一端的調(diào)平支腿;(4) 達(dá)到兩個(gè)調(diào)平方向的調(diào)平精度后，使輔助支腿著地、放穩(wěn);(5) 調(diào)平工作結(jié)束。圖3是自動(dòng)調(diào)平控制程序框圖。圖中DT9、DT11、DT13、DT15分別是除輔助支腿外的4個(gè)調(diào)平支腿的液壓缸的4個(gè)電磁閥，圖中“調(diào)左右傾角標(biāo)志”和“調(diào)前后傾角標(biāo)志”是PLC內(nèi)部輔助繼電器，程序檢查此標(biāo)志，當(dāng)有標(biāo)志時(shí)，會(huì)一直調(diào)整某個(gè)傾角，直至此傾角被調(diào)平為圖3 自動(dòng)調(diào)平程序框圖止，故這一標(biāo)志是實(shí)現(xiàn)解耦的關(guān)鍵。編寫程序時(shí)要注意到，PLC用戶程序是周期執(zhí)行的，因此PLC程序與計(jì)算機(jī)編程有很大不同。但本程序是用在S7-300 PLC中的，S7-300程序由“組織塊”(OB1)和“功