機電式自動調(diào)平系統(tǒng)的方案

1、車載雷達機電式自動調(diào)平系統(tǒng)的方案現(xiàn)代戰(zhàn)爭對雷達機動性能的要求越來越高，特別是機動陸面載體如車載雷達天線、發(fā)射架等設備，到達預定位置后，要求快速架設精確的水平基準。車載平臺的人工手動調(diào)平已很難滿足軍方對雷達快速架設、快速撤收，以及平臺高精度調(diào)平的要求。機電式自動調(diào)平與人工調(diào)平相比具有調(diào)平時間短、調(diào)平精度高、可靠性高等特點。本設計是以單片機和CPLD為控制核心，伺服控制器和伺服電機為執(zhí)行單元的機電式四點支撐自動調(diào)平隨動控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機電式車載平臺自動調(diào)平的全自動化、全閉環(huán)控制。其優(yōu)點在于調(diào)平時間短(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點式或4點式，特殊的還有多點式如6腿或更多腿平臺。本系統(tǒng)根據(jù)實際的應用情況，采用4點式調(diào)平方式。四點支撐的工作平臺X 軸、Y 軸是根據(jù)水平傳感器的安裝位置確定工作平臺面上互相垂直的兩個軸向，調(diào)平原理如圖1所示。在工作平臺的支撐腿著地后, 控制系統(tǒng)開始進行調(diào)平。通過水平傳感器的檢測信號，可以找出工作平臺的最高點。將水平傳感器按如圖1 所示方向安置于工作平臺上，傳感器輸出含有X 和Y 軸信號，它們是與水平誤差(角度) 成線性關系的數(shù)字信號。當X0，Y0時，撐腿A為最高點;X0，Y0時，撐腿B為最高點;X0時，撐腿C為最高點;X0，Y 0 時，撐腿D為最高點。假設撐腿著地后撐腿A為最高點(

3、其他撐腿為最高點的情況相似)，根據(jù)水平傳感器的信號，可以分別進行X軸和Y軸方向的調(diào)節(jié)。如先進行X軸調(diào)節(jié)，其過程如下：撐腿A和D不動，撐腿B和C同時上升一定位移，即工作平臺繞撐腿A和D為軸線旋轉(zhuǎn)，撐腿B和C同時上升，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。若工作臺的X軸和Y軸調(diào)節(jié)成水平狀態(tài)，則可認為工作臺已處于水平狀態(tài)。4點調(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。若兩個傳感器的控制精度都為時，則水平誤差。4點及多點調(diào)平設計面臨的一個主要問題是虛腿現(xiàn)象，即有一個腿受力很小或者懸空，這在調(diào)平過程中是不能允許的。當

4、平臺的負載均勻時，4個支撐點的受力應該均勻。本系統(tǒng)設計的處理辦法是把平臺支撐起來后，先進行一次粗調(diào)平(設定一個粗精度)，目的是使4個支撐點的受力比較接近。然后，再按照系統(tǒng)設定的調(diào)平精度進行調(diào)平。這樣，調(diào)節(jié)的過程就中不會出現(xiàn)一腿受力過小(虛腿)，從而有效的預防虛腿現(xiàn)象的出現(xiàn)。 硬件組成該自動調(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、伺服電機及伺服電動缸等組成。水平傳感器(X、Y兩個方向)測量車載平臺的傾斜度，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、，完全滿足平臺傾角測量和調(diào)平的要求。壓力傳感器用于測量4個支撐腳承受的壓力，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)動器和驅(qū)動接口單元組成?？刂瓢迨强刂撇糠值暮诵?，主要由單片機、CPLD、多路DAC、多串口擴展電路、RS232電平轉(zhuǎn)換電路、看門狗電路等組成。當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)進行判斷并形成控制策略，產(chǎn)生控制信號由DAC送達伺服控制器，再控制驅(qū)動接口電路驅(qū)動某一路伺服電機運轉(zhuǎn)，直至調(diào)平。為了操作安全起見，整個調(diào)平運行過程通過聲、光進行指示?？刂撇?/p>

6、分實時地將傾角、壓力數(shù)據(jù)進行顯示，方便操作人員監(jiān)控。本車載雷達平臺調(diào)平過程具體分兩個階段完成。第一階段為架設階段，即車載雷達到達陣地后，先控制四個支撐腿著地，進行落地檢測。系統(tǒng)通電后，操作人員只需按操作面板上的“架設”鍵，控制系統(tǒng)驅(qū)動伺服電機升支撐腿，同時檢測各支撐腿是否著地，當某一支撐腿著地后停止該腿的升動作。當四個支撐腿全部著地后，落地檢測結束。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，單片機讀取水平傳感器送來當前車載平臺的傾斜度數(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)動相應電機上升相應支撐腿，直至座車傾斜度達到雷達系統(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。結語 雷達自動調(diào)平系統(tǒng)是車載雷達的一個重要的組成部分，對提高雷達的測量性能，如目標角度的測量精度以及整機架設、撤收的速度等，起著決定性的作用。本系統(tǒng)采用單片機和CPLD控制，應用交流伺服控制，大大提高了雷達天線架設時平臺的水平精度和調(diào)整的時間，而且具有高可靠性和維護性好的特點。PLC在自動調(diào)平系統(tǒng)系統(tǒng)中的應用收藏此信息 打印該信息 添加：用戶發(fā)布 來源：未知引言 為保證平臺穩(wěn)定，被調(diào)平臺有五條支腿，分別用5個執(zhí)行元件控制其高度，以調(diào)整平臺的水平度;用2個水平敏感元件檢測其水平度，2個水平敏感元件垂直安裝，分別用于檢測平臺前后方向的水平度和檢測平臺左右方

8、向的水平度。圖1是被調(diào)平臺與支腿和水平傳感器安裝示意圖(圖中未標出平臺上的設備)。圖1 被調(diào)平臺與支腿和水平傳感器安裝示意圖5個調(diào)平支腿高度及2個水平敏感元件的輸出，構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，都有可能影響平臺的水平度，因此它是一個強耦合的系統(tǒng)。2 完全解耦的控制方法 系統(tǒng)雖有5個輸入，2個輸出，但我們知道，三點決定平面，所以在調(diào)平控制量中有二個輸入量是冗余量，只需選擇平臺重心在三支點構成的三角形內(nèi)，控制這個三角形的三個支腿高度，即可實現(xiàn)調(diào)平;在調(diào)平結束后，再控制其余二個支腿著地即可。所以實際系統(tǒng)應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)平臺調(diào)平后，應得到，。是一個允許的很小傾角。A、B、C與、之間是強耦合的。應用理論和實驗方法都可得出其傳遞函數(shù)，設平臺輸入與輸出關系表示如下:式中GNM是、對于A、B、C的傳函;GNM中下標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。設有一個預補償矩陣Kp(s)使(2)式成立。 式中KPQ中下標Q=1、2代表預補償函數(shù)的二個輸入與，P=1、2、3代表補償傳函的三個輸出A、B與C。若 則可實現(xiàn)完全解耦。為使完全解耦，必需求出k(S)，并且按(4)式實時計算A、B和C，然后實施控制。由(3)式解出k(

10、S)，代入(4)式并離散化(4)式，用計算機實時地計算出控制量A、B、C，就構成了快速自動調(diào)平系統(tǒng)。然而k(S)不容易顯式解得，(4)式的實時計算量大;以及當用伺服系統(tǒng)控制調(diào)平支腿的高度時，最少要有測量3個支腿高度的傳感器和兩個測量平臺水平度的傳感器，硬件電路相對復雜，開發(fā)時間長;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上的設備運行中不需實時調(diào)平，只要求開始工作前進行一次調(diào)平，對調(diào)平過程速度要求也不高。這種平臺的調(diào)平方法，可用剔除冗余量的解耦控制方法;將調(diào)平過程分兩步進行，首先調(diào)平某個傾角使之達到水平要求之后，將其鎖定，然后再去調(diào)另外一個傾角。在第一步時，

11、剔除了一個傾角及兩個支腿的高，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)平了的傾角及相應的已完成調(diào)平任務的兩個支腿。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:首先選擇平臺重心所在三支腿構成的三角形中的三個支腿;在平臺未調(diào)平前，三個支腿連結成的三角形中，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，構成單入單出的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這時，雖然調(diào)整最低位置支腿高時，會同時影響兩個傾角，

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。當此傾角調(diào)平后，以此水平線為軸，平臺便成了“蹺蹺板”，在平臺重心作用下，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)為零或一個允許的較小的傾角)，以此時的最低支腿高度為控制量，其余二個輸入和一個輸出作為冗余量被剔除，再次構成一個單入單出的單閉環(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，首先要收起最低腿的對角支腿，使此支腿懸空;這樣第二步調(diào)平過程就不會影響第一步調(diào)平的結果。當此時的最大傾角的水平敏感元件輸出變?yōu)榱銜r，就表明平臺已完全被調(diào)平了。最后再將其余支腿放下著地使平臺更穩(wěn)定。上述剔除冗余量的解耦控制方法算法簡單，即當水平傳感器輸出超過要求時，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?？刂扑惴ㄖ?，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實現(xiàn)。4 用PLC控制自動調(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實現(xiàn)。用PLC控制的自動調(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 自動調(diào)平控制系統(tǒng)的硬件結構框圖下: 圖2中PLC輸出經(jīng)驅(qū)動電路控制電磁閥，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;因為當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量輸出模塊，和用于接收液壓繼電器的開關量輸入模塊外，還要有模擬量輸入模塊。某自動調(diào)平系統(tǒng)，自動調(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;直至在此方向達到調(diào)平精度。(3) 進行另一方向的調(diào)節(jié)，升高較低一端的調(diào)平支腿，同時，收回此方向上較高一端的調(diào)平支腿;(4) 達到兩個調(diào)平方向的調(diào)平精度后，使輔助支腿著地、放穩(wěn);(5) 調(diào)平工作結束。圖3是自動調(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個調(diào)平支腿的液壓缸的4個電磁閥，圖中“調(diào)左右傾角標志”和“調(diào)前后傾角標志”是PLC內(nèi)部輔助繼電器，程序檢查此標志，當有標志時，會一直調(diào)整某個傾角，直至此傾角被調(diào)平為圖3 自動調(diào)平程序框圖止，故這一標志是實現(xiàn)解耦的關鍵。編寫程序時要注意到，PLC用戶程序是周期執(zhí)行的，因此PLC程序與計算機編程有很大不同。但本程序是用在S7-300 PLC中的，S7-300程序由“組織塊”(OB1)和“功