CN102880161A - 一种灭火车can总线分布式伺服控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种灭火车CAN总线分布式控制方法，本方法通过灭火车CAN总线分布式伺服控制系统实现，该系统包括：具有CAN总线接口的伺服控制计算机（1）、具有CAN总线接口的伺服驱动器（2）、交流永磁同步伺服电机（8）、减速器（14）、电动缸（15）和具有CAN总线接口的位置角度传感器（20）等。其中，伺服驱动器（2）是以DSP为控制核心、采用空间矢量控制算法的全数字交流伺服驱动单元。本方法利用CAN总线把6个驱动单元和传感器组合在一起，实现了灭火车调平控制、发射装置方位和俯仰两个方向的运动控制，该方法方式具有结构简单，扩展性好，维修简单，可靠性高的优点。
Description
发明领域
本发明涉及一种伺服系统的控制方法，特别是一种灭火车CAN总线分布式伺服控制方法。
背景技术
过去的伺服系统控制计算机和各执行装置之间的通讯通常采用模拟量和I/O的方式，这种方法的传输距离受限制、容易受干扰、控制精度不高、可扩展性差。并且过去伺服系统的执行元件通常为液压装置，这种由液压元件构成的伺服系统体积大、易漏油、需经常维护，往往是在大型重载车辆上采用。近年来电动缸技术的日益成熟，电动缸体积小、易维护、动态响应快等特点，在中小型车体调平中越来越受重视。
高层楼宇灭火车采用发射灭火弹的方式，在城市环境下对高层、超高层建筑物或危险场所火灾实施高精度、高效率扑救，大面积压制火势，控制火势蔓延，直至全部将火灾扑灭。由于灭火弹发射方式特点对灭火车调平精度和发射转塔初始射向精度提出了较高的要求，为了满足该要求，灭火车必须有相应的车体调平系统和转塔伺服控制系统。在现有应用中，车体调平控制和转塔伺服控制都有自己的控制计算机、执行设备和检测机构，并且控制信号仍然是模拟量和数字信号相结合，因而车体调平控制和转塔伺服控制是两套独立的控制系统。如果灭火车采用这种方式，灭火车的控制系统就极为复杂、成本高、可靠性不高、不易维护和扩展性不好。
发明内容
本发明目的在于提供一种灭火车CAN总线分布式伺服控制方法，解决灭火车上转塔控制和调平控制系统复杂、可靠性不高、不易维护和扩展性不好的问题。
一种灭火车CAN总线分布式伺服控制方法，其具体步骤为：
第一步 搭建灭火车CAN总线分布式伺服控制系统
灭火车CAN总线分布式伺服控制系统，包括：伺服控制计算机、方位伺服驱动器、俯仰伺服驱动器、调平伺服驱动器A、调平伺服驱动器B、调平伺服驱动器C、调平伺服驱动器D、方位交流永磁同步电机、俯仰交流永磁同步电机、调平交流永磁同步电机A、调平交流永磁同步电机B、调平交流永磁同步电机C、调平交流永磁同步电机D、减速器、俯仰电动缸、调平电动缸A、调平电动缸B、 调平电动缸C、调平电动缸D、方位角度传感器、俯仰角度传感器和载车倾角传感器。其中，载车调平模块和转塔运控模块置于伺服控制计算机；载车调平模块的功能为：控制灭火车车体调平；转塔运控模块的功能为：控制发射装置运动；伺服控制计算机、方位角度传感器、俯仰角度传感器、载车倾角传感器、方位伺服驱动器、俯仰伺服驱动器、调平伺服驱动器A、调平伺服驱动器B、调平伺服驱动器C和调平伺服驱动器D都有各自的CAN接口，且均挂接在CAN总线上。
方位伺服驱动器、方位交流永磁同步电机及减速器和方位角度传感器形成方位通道；俯仰伺服驱动器、俯仰交流永磁同步电机、俯仰电动缸和俯仰角度传感器形成俯仰通道。载车的支撑和调平采用了四个腿的方式，调平伺服驱动器A、调平交流永磁同步电机A和调平电动缸A组成支腿A；同理调平伺服驱动器B、调平交流永磁同步电机B和调平电动缸B组成支腿B；调平伺服驱动器C、调平交流永磁同步电机C和调平电动缸C组成支腿C；调平伺服驱动器D、调平交流永磁同步电机D和调平电动缸D组成支腿D。
第二步 伺服控制计算机加电自检
伺服系统各设备上电后，伺服控制计算机、所有伺服驱动器和传感器首先进行初始化及自检。当自检完成后，伺服控制计算机通过CAN总线接收指令灭火车控制中心发出的指令，伺服控制计算机分解这些指令，并向灭火车控制中心反馈伺服系统的状态。
第三步 载车调平模块控制灭火车车体调平
接收到车体调平命令后，载车调平模块通过CAN总线，向调平伺服驱动器A、调平伺服驱动器B、调平伺服驱动器C和调平伺服驱动器D发送启动指令，同时接收它们反馈的状态信息，并确定它们是否工作正常；它们再分别控制调平交流永磁同步电机A、调平交流永磁同步电机B、调平交流永磁同步电机C和调平交流永磁同步电机D按照指令速度运动，从而使调平电动缸A、调平电动缸B、 调平电动缸C、调平电动缸D也按照指令速度伸出；载车调平模块实时检测调平伺服驱动器A、调平伺服驱动器B、调平伺服驱动器C和调平伺服驱动器D反馈的电流信号，当该电流信号达到设定值后，则认为支腿A、支腿B、支腿C和支腿D已经落地；通过载车倾角传感器检测的车体水平角度信号，找出灭火车车体的最高点，以车体最高点所在支腿为参考支腿，保持该支腿腿长不变，调整其他支腿的长度来调平车体。
第四步 转塔运控模块控制发射装置运动
灭火车完成调平后，进入发射装置运动控制过程，转塔运动包含方位和俯仰两个方向的运动控制。转塔运控模块接收发射装置运动指令，与当前转塔位置反馈信息比较，进行PID运算，形成速度指令；通过CAN总线，转塔运控模块向方位伺服驱动器发出运动指令，方位伺服驱动器驱动方位交流永磁同步电机及减速器转动，从而控制发射装置按照方位指令运动；通过CAN总线，转塔运控模块向俯仰伺服驱动器发出运动指令，俯仰伺服驱动器驱动俯仰交流永磁同步电机及俯仰电动缸运动，从而控制发射装置按照俯仰指令运动。
至此，完成灭火车发射装置运动控制和载车调平控制。
本方法解决了灭火车上转塔控制和调平控制系统复杂、可靠性不高、不易维护和扩展性不好的问题。
附图说明
图1 一种灭火车CAN总线分布式伺服控制方法中所述灭火车CAN总线分布式伺服控制系统结构图。
1.伺服控制计算机 2.方位伺服驱动器 3.俯仰伺服驱动器 4.调平伺服驱动器A 5.调平伺服驱动器B 6.调平伺服驱动器C 7.调平伺服驱动器D 8.方位交流永磁同步电机 9.俯仰交流永磁同步电机 10.调平交流永磁同步电机A 11.调平交流永磁同步电机B 12. 调平交流永磁同步电机C 13.调平交流永磁同步电机D 14.减速器 15.俯仰电动缸 16.调平电动缸A 17.调平电动缸B 18.调平电动缸C 19.调平电动缸D 20.方位角度传感器 21.俯仰角度传感器 22.载车倾角传感器。
具体实施方式
一种灭火车CAN总线分布式伺服控制方法，其具体步骤为：
第一步 搭建灭火车CAN总线分布式伺服控制系统
灭火车CAN总线分布式伺服控制系统，包括：伺服控制计算机1、方位伺服驱动器2、俯仰伺服驱动器3、调平伺服驱动器A4、调平伺服驱动器B5、调平伺服驱动器C6、调平伺服驱动器D7、方位交流永磁同步电机8、俯仰交流永磁同步电机9、调平交流永磁同步电机A10、调平交流永磁同步电机B11、调平交流永磁同步电机C12、调平交流永磁同步电机D13、减速器14、俯仰电动缸15、调平电动缸A16、调平电动缸B17、 调平电动缸C18、调平电动缸D19、方位角度传感器20、俯仰角度传感器21和载车倾角传感器22。其中，载车调平模块22和转塔运控模块23置于伺服控制计算机1；载车调平模块22的功能为：控制灭火车车体调平；转塔运控模块23的功能为：控制发射装置运动；伺服控制计算机1、方位角度传感器20、俯仰角度传感器21、载车倾角传感器22、方位伺服驱动器2、俯仰伺服驱动器3、调平伺服驱动器A4、调平伺服驱动器B5、调平伺服驱动器C6和调平伺服驱动器D7都有各自的CAN接口，且均挂接在CAN总线上。
方位伺服驱动器2、方位交流永磁同步电机8、减速器14和方位角度传感器20形成方位通道；俯仰伺服驱动器3、俯仰交流永磁同步电机9、俯仰电动缸15和俯仰角度传感器21形成俯仰通道。载车的支撑和调平采用了四个腿的方式，调平伺服驱动器A4、调平交流永磁同步电机A10和调平电动缸A16组成支腿A；同理调平伺服驱动器B5、调平交流永磁同步电机B11和调平电动缸B17组成支腿B；调平伺服驱动器C6、调平交流永磁同步电机C12和调平电动缸C18组成支腿C；调平伺服驱动器D7、调平交流永磁同步电机D13和调平电动缸D19组成支腿D。
第二步 伺服控制计算机加电自检
伺服系统各设备上电后，伺服控制计算机1、伺服驱动器和传感器首先进行初始化及自检。当自检完成后，伺服控制计算机1通过CAN总线接收指令灭火车控制中心发出的指令，伺服控制计算机1分解这些指令，并向灭火车控制中心反馈伺服系统的状态。
第三步 载车调平模块控制灭火车车体调平
接收到车体调平命令后，载车调平模块23通过CAN总线，向调平伺服驱动器A4、调平伺服驱动器B5、调平伺服驱动器C6和调平伺服驱动器D7发送指令，同时接收它们反馈的状态信息，并判断它们是否工作正常；它们再分别控制调平交流永磁同步电机A10、调平交流永磁同步电机B11、调平交流永磁同步电机C12和调平交流永磁同步电机D13按照指令速度运动，从而使调平电动缸A16、调平电动缸B17、 调平电动缸C18、调平电动缸D19也按照指令速度伸出；载车调平模块23实时检测调平伺服驱动器A4、调平伺服驱动器B5、调平伺服驱动器C6和调平伺服驱动器D7反馈的电流信号，当该电流信号达到设定值后，则认为支腿A、支腿B、支腿C和支腿D已经落地；通过载车倾角传感器22检测的车体水平角度信号，找出灭火车车体的最高点，以车体最高点所在支腿为参考支腿，保持该支腿腿长不变，调整其他支腿的长度来调平车体。
第四步 转塔运控模块控制发射装置运动
灭火车调平完成后，进入发射装置运动控制过程，转塔运动包含方位和俯仰两个方向的运动控制。转塔运控模块24接收发射装置运动指令，与当前转塔位置反馈信息比较，进行PID运算，形成速度指令；通过CAN总线，转塔运控模块24向方位伺服驱动器2发出运动指令，方位伺服驱动器2驱动方位交流永磁同步电机8及减速器14转动，从而控制发射装置按照方位指令运动；通过CAN总线，转塔运控模块24向俯仰伺服驱动器3发出运动指令，俯仰伺服驱动器3驱动俯仰交流永磁同步电机9及俯仰电动缸15运动，从而控制发射装置按照俯仰指令运动。
至此，完成灭火车发射装置运动控制和载车调平控制。
Claims (1)
1.一种灭火车CAN总线分布式伺服控制方法，其特征在于本方法的具体步骤为：
第一步 搭建灭火车CAN总线分布式伺服控制系统
灭火车CAN总线分布式伺服控制系统，包括：伺服控制计算机（1）、方位伺服驱动器（2）、俯仰伺服驱动器（3）、调平伺服驱动器A（4）、调平伺服驱动器B（5）、调平伺服驱动器C（6）、调平伺服驱动器D（7）、方位交流永磁同步电机（8）、俯仰交流永磁同步电机（9）、调平交流永磁同步电机A（10）、调平交流永磁同步电机B（11）、调平交流永磁同步电机C（12）、调平交流永磁同步电机D（13）、减速器（14）、俯仰电动缸（15）、调平电动缸A（16）、调平电动缸B（17）、 调平电动缸C（18）、调平电动缸D（19）、方位角度传感器（20）、俯仰角度传感器（21）和载车倾角传感器（22）；其中，载车调平模块（22）和转塔运控模块（23）置于伺服控制计算机（1）；载车调平模块（22）的功能为：控制灭火车车体调平；转塔运控模块（23）的功能为：控制发射装置运动；
伺服控制计算机（1）、方位角度传感器（20）、俯仰角度传感器（21）、载车倾角传感器（22）、方位伺服驱动器（2）、俯仰伺服驱动器（3）、调平伺服驱动器A（4）、调平伺服驱动器B（5）、调平伺服驱动器C（6）和调平伺服驱动器D（7）都有各自的CAN接口，且均挂接在CAN总线上；
方位伺服驱动器（2）、方位交流永磁同步电机（8）、减速器（14）和方位角度传感器（20）形成方位通道；俯仰伺服驱动器（3）、俯仰交流永磁同步电机（9）、俯仰电动缸（15）和俯仰角度传感器（21）形成俯仰通道；载车的支撑和调平采用了四个腿的方式，调平伺服驱动器A（4）、调平交流永磁同步电机A（10）和调平电动缸A（16）组成支腿A；同理调平伺服驱动器B（5）、调平交流永磁同步电机B（11）和调平电动缸B（17）组成支腿B；调平伺服驱动器C（6）、调平交流永磁同步电机C（12）和调平电动缸C（18）组成支腿C；调平伺服驱动器D（7）、调平交流永磁同步电机D（13）和调平电动缸D（19）组成支腿D；
第二步 伺服控制计算机加电自检
伺服系统各设备上电后，伺服控制计算机（1）、方位伺服驱动器（2）、俯仰伺服驱动器（3）、调平伺服驱动器A（4）、调平伺服驱动器B（5）、调平伺服驱动器C（6）、调平伺服驱动器D（7）、方位角度传感器（20）、俯仰角度传感器（21）和载车倾角传感器（22）首先进行初始化及自检；当自检完成后，伺服控制计算机（1）通过CAN总线接收指令灭火车控制中心发出的指令，伺服控制计算机（1）分解这些指令，并向灭火车控制中心反馈伺服系统的状态；
第三步 载车调平模块（22）控制灭火车车体调平
接收到车体调平命令后，载车调平模块（22）通过CAN总线，向调平伺服驱动器A（4）、调平伺服驱动器B（5）、调平伺服驱动器C（6）和调平伺服驱动器D（7）发送指令，同时接收它们反馈的状态信息，并确定它们是否工作正常；它们再分别控制调平交流永磁同步电机A（10）、调平交流永磁同步电机B（11）、调平交流永磁同步电机C（12）和调平交流永磁同步电机D（13）按照指令速度运动，从而使调平电动缸A（16）、调平电动缸B（17）、 调平电动缸C（18）、调平电动缸D（19）也按照指令速度伸出；载车调平模块（22）实时检测调平伺服驱动器A（4）、调平伺服驱动器B（5）、调平伺服驱动器C（6）和调平伺服驱动器D（7）反馈的电流信号，当该电流信号达到设定值后，则认为支腿A、支腿B、支腿C和支腿D已经落地；通过载车倾角传感器（22）检测的车体水平角度信号，找出灭火车车体的最高点，以车体最高点所在支腿为参考支腿，保持该支腿腿长不变，调整其他支腿的长度来调平车体；
第四步 转塔运控模块（23）控制发射装置运动
灭火车调平完成后，进入发射装置运动控制过程，转塔运动包含方位和俯仰两个方向的运动控制；转塔运控模块（23）接收发射装置运动指令，与当前转塔位置反馈信息比较，进行PID运算，形成速度指令；通过CAN总线，转塔运控模块（23）向方位伺服驱动器（2）发出运动指令，方位伺服驱动器（2）驱动方位交流永磁同步电机（8）及减速器（14）转动，从而控制发射装置按照方位指令运动；通过CAN总线，转塔运控模块（23）向俯仰伺服驱动器（3）发出运动指令，俯仰伺服驱动器（3）驱动俯仰交流永磁同步电机（9）及俯仰电动缸（15）运动，从而控制发射装置按照俯仰指令运动；
至此，完成灭火车发射装置运动控制和载车调平控制。
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