CN103645666A - 一种平台式水平面平面运动机构的控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种平台式水平面平面运动机构的控制方法，涉及船舶模型试验的设备及其控制方法，尤其涉及一种用于测量船舶模型运动性能的平面运动机构的控制方法，包括以下步骤：根据船模首摇和横荡运动的运动轨迹，建立控制参数表；执行复位操作；选择船模运动模式；读取控制参数表，获取控制参数；根据控制参数，生成脉冲时序表；按照脉冲时序表发送脉冲序列；带动横荡或首摇运动部件运动；通过横荡位置反馈器或首摇角度反馈器采样，计算横荡或首摇运动部件的实际位置，控制船模实现横荡或首摇运动。本方法利用PLC主机的精确定位控制功能，实现平面运动机构的横荡和首摇精确控制，可以灵活设置和调整船模首摇或横荡运动的频率和振幅。
Description
技术领域
本发明涉及船舶模型试验的设备及其控制方法，尤其涉及一种用于测量船舶模型运动性能的平面运动机构的控制方法。
背景技术
平面运动机构广泛应用于船舶、飞机、机器人的运动性能试验，是造船工业和造船科学研究进行水池船模摇荡试验的基础设施。中国发明专利申请“平台式水平面平面运动机构”（中国发明专利申请号200910053196.X，公开号CN 101920764A）公开了一种平台式水平面平面运动机构，包括与辅助拖车连接的机构框架，直线轴承、滚轮轴承、滚珠丝杠、横荡伺服电机，编码器、横荡框架通过直线轴承和滚轮轴承与机构框架相连组成横荡部件。复合轴承、蜗轮蜗杆、圆周导轨、首摇伺服电机、编码器、连接板通过蜗轮蜗杆与横动框架相连组成首摇部件。调节前后连接杆之间距离的正反螺杆，调节连接杆长度的梯形螺杆，前后连接杆上部与连接板相连，下部通过接头、测力天平、与船模相联。横荡运动部件采用直线轴承和滚轮轴承组成的直线运动导轨刚性强，稳定性好，振幅大、精度高。首摇运动部件采用复合轴承和圆周导轨、蜗轮蜗杆组成的旋转机构，转动平稳，转角范围大，转矩大，自锁性好，精度高。前后连接杆之间距离和长度采用正反螺杆、梯形丝杠调节，方便准确，适用各种规格的船模。该运动机构虽然解决了现有的船舶水池平面运动机构横荡振幅小，液压驱动体积大，结构复杂的问题，但运动机构的精确控制问题仍然需要解决。
发明内容
本发明的目的是要提供一种平台式水平面平面运动机构的控制方法，可以利用PLC主机的精确定位控制功能实现运动机构工作状态的精确控制。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种平台式水平面平面运动机构的控制方法，所述的平台式水平面平面运动机构包括横荡运动部件和首摇运动部件，以及由PLC主机、横荡运动部件驱动单元、首摇运动部件驱动单元、模数转换模块和触模屏组成的控制装置，其特征在于所述的控制方法包括以下步骤：
S010：根据船模首摇运动和横荡运动的摇荡振幅与频率，计算首摇运动部件和横荡运动部件的驱动脉冲时间序列，建立控制参数表；
S020：检测首摇运动部件和横荡运动部件的零位状态，若首摇运动部件和/或横荡运动部件远离零位状态，则执行手动正转或反转操作，使首摇运动部件和横荡运动部件靠近零位；
S030：执行复位操作，使首摇运动部件和横荡运动部件回复零位，船模恢复初始位置；
S100：选择船模运动模式，若为横荡运动模式，转步骤S110；否则，转步骤S150；
S110：读取控制参数表，获取横荡运动模式的控制参数，生成横荡运动部件的脉冲时序表；
S120：横荡运动部件驱动单元通过横荡脉冲发生器，按照脉冲时序表发送脉冲序列；
S130：通过横荡旋转编码器反馈，横荡运动部件驱动单元的横荡伺服电机带动横荡运动部件往复运动；
S140：通过横荡位置反馈器采样并计算横荡运动部件的实际位置，反馈到PLC主机，控制船模实现横荡运动；
S150：读取控制参数表，获取首摇运动模式的控制参数，生成首摇运动部件的脉冲时序表；
S160：首摇运动部件驱动单元通过首摇脉冲发生器，按照脉冲时序表发送脉冲序列；
S170：通过首摇旋转编码器反馈，首摇运动部件驱动单元的首摇伺服电机带动首摇运动部件绕转轴摆动；
S180：通过首摇角度反馈器采样并计算首摇运动部件的实际位置，反馈到PLC主机，控制船模实现首摇运动。
本发明的平台式水平面平面运动机构的控制方法的一种较佳的技术方案，其特征在于还包括以下步骤：
S200：选择平面运动机构的运动方式，若选择连续运动方式，则转步骤S100自动连续运行；否则，转步骤S210执行手动单次运行；
S210：通过触摸屏输入首摇角和/或横荡位置；
S220：横荡运动部件驱动单元根据横荡振幅确定脉冲发送速率和数量，发送脉冲序列；首摇运动部件驱动单元根据首摇角确定脉冲发送速率和数量，发送脉冲序列；
S230：通过横荡旋转编码器反馈，横荡运动部件驱动横荡伺服电机，带动横荡运动部件到达预定位置；通过首摇旋转编码器反馈，首摇运动部件驱动单元驱动首摇伺服电机，带动首摇运动部件到达预定位置；
S240：通过横荡位置反馈器采样，计算横荡运动部件的实际位置，通过首摇角度反馈器采样，计算首摇运动部件的实际首摇角，控制船模准确定位到预定的首摇角和/或横荡位置。
本发明的平台式水平面平面运动机构的控制方法的一种改进的技术方案，其特征在于还包括以下步骤：
S300：若设定的首摇角或横荡位置超过极限值，或者根据摇荡振幅与频率计算产生的运行速度超过极限值，则通过触摸屏显示相应的报警信息，提示操作人员修正；若平面运动机构在连续运动方式运行过程中检测到超载或超温故障，则进入保护性停机状态，通过触摸屏输出报警信号。
本发明的有益效果是：
1、本发明的平台式水平面平面运动机构的控制方法，利用PLC主机和定位控制型脉冲输出模块的精确定位控制功能，实现平面运动机构的横荡和首摇精确控制，可以灵活设置和调整船模首摇或横荡运动的频率和振幅，调节范围大，控制精度高。
2、本发明的平台式水平面平面运动机构的控制方法，通过电动缸内置式位置传感器采样并计算，可以实时输出和显示首摇运动部件的实际状态，可以提高船模操纵性能测试的精确度。
3、本发明的平台式水平面平面运动机构的控制方法，采用通用的工业控制PLC和伺服电机，可以充分体现PLC控制装置灵活、可靠性高的特点，能够低成本地为造船工业和造船科学研究提供准确可靠的水池船模摇荡试验设施。
附图说明
图1是本发明的平台式水平面平面运动机构的控制方法的控制流程图；
图2是平台式水平面平面运动机构的控制装置的电路框图；
图3是平台式水平面平面运动机构的控制装置的电原理图；
图4是平台式水平面平面运动机构的结构示意图。
以上图中的各部件的标号：5-首摇运动部件，9-横荡运动部件，10-横荡电动缸的推杆，11-横荡旋转接头，16-连杆，17-首摇旋转接头，18-首摇电动缸，19-船模，20-横荡旋转编码器，21-首摇伺服电机，22-首摇旋转编码器，23-首摇角度反馈器，24-横荡伺服电机，25-横荡位置反馈器，50-PLC主机，51-横荡运动部件驱动单元，52-首摇运动部件驱动单元，61-横荡脉冲发生器，161-首摇脉冲发生器，62-横荡伺服放大器，162-首摇伺服放大器，53-模数转换模块，54-触模屏。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。
本发明的平台式水平面平面运动机构的控制方法的一个实施例的控制流程如图1所示，平台式水平面平面运动机构如图4所示，包括横荡运动部件9和首摇运动部件5，船模19固定在首摇运动部件5上，首摇运动部件5连接在横荡运动部件9上。平台式水平面平面运动机构的控制装置的电路结构如图2和图3所示，由PLC主机50，横荡运动部件驱动单元51，首摇运动部件驱动单元，模数转换模块53和触模屏54组成。在图2和图3所示的实施例中，横荡运动部件驱动单元51由横荡脉冲发生器61，横荡伺服放大器62，横荡伺服电机24和横荡旋转编码器20连接组成；首摇运动部件驱动单元由首摇脉冲发生器161，首摇伺服放大器162，首摇伺服电机21和首摇旋转编码器22连接组成。首摇伺服电机21通过蜗轮蜗杆驱动首摇运动部件5绕转轴摆动，带动船模19实现首摇运动。横荡伺服电机24通过滚珠丝杠驱动横荡运动部件9往复运动，带动固定在首摇运动部件5上的船模19，实现横荡运动。在该实施例中，PLC主机50采用FX3U系列PLC主机，横荡和首摇脉冲发生器61、161采用定位控制型脉冲输出模块FX2N-1PG，该模块用总线挂接在PLC主机上，可以根据用户指令输出符合定位条件的脉冲串，并实现原点复归等操作；模数转换模块53采用4通道模拟量输入模块FX3U-4AD，用于将内置式位置传感器输出的模拟量信号输入PLC主机；触摸屏54和PLC主机50之间采用RS232串行通信。
图1所示的本发明的平台式水平面平面运动机构的控制方法包括以下步骤：
S010：根据船模首摇和横荡运动的摇荡振幅与频率，计算首摇运动部件5和横荡运动部件9的驱动脉冲时间序列，建立控制参数表；
S020：检测首摇运动部件5和横荡运动部件9的零位状态，若首摇运动部件5和/或横荡运动部件9远离零位状态，则执行手动正转或反转操作，使首摇运动部件5和横荡运动部件9靠近零位；
S030：执行复位操作，使首摇运动部件5和横荡运动部件9回复零位，船模19恢复初始位置；
S100：选择船模运动模式，若为横荡运动模式，转步骤S110；否则，转步骤S150；
S110：读取控制参数表，获取横荡运动模式的控制参数，生成横荡运动部件的脉冲时序表；
S120：横荡运动部件驱动单元51的横荡脉冲发生器61，按照脉冲时序表预定的速率和数量，通过横荡伺服放大器62向横荡伺服电机24发送脉冲序列；
S130：通过横荡旋转编码器20反馈，横荡运动部件驱动单元51的横荡伺服电机24带动横荡运动部件9往复运动；
S140：通过横荡位置反馈器25采样并计算横荡运动部件9的实际位置，反馈到PLC主机50控制船模19实现横荡运动；
S150：读取控制参数表，获取首摇运动模式的控制参数，生成首摇运动部件的脉冲时序表；
S160：首摇运动部件驱动单元52的首摇脉冲发生器161，按照脉冲时序表预定的速率和数量，通过首摇伺服放大器162向首摇伺服电机21发送脉冲序列；
S170：通过首摇旋转编码器22反馈，首摇运动部件驱动单元52的首摇伺服电机21带动首摇运动部件5绕转轴摆动；
S180：通过首摇角度反馈器23采样并计算首摇运动部件5的实际位置，反馈到PLC主机50，控制船模19实现首摇运动。
在图1所示的本发明的平台式水平面平面运动机构的控制方法的实施例中，还包括以下步骤：
S200：选择平面运动机构的运动方式，若选择连续运动方式，则转步骤S100自动连续运行；否则，转步骤S210执行手动单次运行；
S210：通过触摸屏54输入首摇角和/或横荡位置；
S220：横荡运动部件驱动单元51的横荡脉冲发生器61，根据横荡振幅确定脉冲发送速率和数量，通过横荡伺服放大器62向横荡伺服电机24发送脉冲序列；首摇运动部件驱动单元52的脉冲发生器161，根据首摇角确定脉冲发送速率和数量，通过首摇伺服放大器162向首摇伺服电机21发送脉冲序列；
S230：通过横荡旋转编码器20和首摇旋转编码器22反馈，横荡运动部件驱动单元51的横荡伺服电机24，带动横荡运动部件到达预定位置；首摇运动部件驱动单元52的首摇伺服电机21，带动首摇运动部件5到达预定位置；
S240：通过横荡位置反馈器25采样，计算横荡运动部件9的实际位置，通过首摇角度反馈器23采样，计算首摇运动部件5的实际首摇角，控制船模19准确定位到预定的首摇角和/或横荡位置。
在本发明的平台式水平面平面运动机构的控制方法的实施例中，还包括以下步骤：
S300：若设定的首摇角或横荡位置超过极限值，或者根据摇荡振幅与频率计算产生的运行速度超过极限值，则通过触摸屏54显示相应的报警信息，提示操作人员修正；若平面运动机构在连续运动方式运行过程中检测到超载或超温故障，则进入保护性停机状态，通过触摸屏54输出报警信号。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。
Claims (3)
1.一种平台式水平面平面运动机构的控制方法，所述的平台式水平面平面运动机构包括横荡运动部件和首摇运动部件，以及由PLC主机、横荡运动部件驱动单元、首摇运动部件驱动单元、模数转换模块和触模屏组成的控制装置，其特征在于所述的控制方法包括以下步骤：
S010：根据船模首摇运动和横荡运动的摇荡振幅与频率，计算首摇运动部件和横荡运动部件的驱动脉冲时间序列，建立控制参数表；
S020：检测首摇运动部件和横荡运动部件的零位状态，若首摇运动部件和/或横荡运动部件远离零位状态，则执行手动正转或反转操作，使首摇运动部件和横荡运动部件靠近零位；
S030：执行复位操作，使首摇运动部件和横荡运动部件回复零位，船模恢复初始位置；
S100：选择船模运动模式，若为横荡运动模式，转步骤S110；否则，转步骤S150；
S110：读取控制参数表，获取横荡运动模式的控制参数，生成横荡运动部件的脉冲时序表；
S120：横荡运动部件驱动单元通过横荡脉冲发生器，按照脉冲时序表发送脉冲序列；
S130：通过横荡旋转编码器反馈，横荡运动部件驱动单元的横荡伺服电机带动横荡运动部件往复运动；
S140：通过横荡位置反馈器采样并计算横荡运动部件的实际位置，反馈到PLC主机，控制船模实现横荡运动；
S150：读取控制参数表，获取首摇运动模式的控制参数，生成首摇运动部件的脉冲时序表；
S160：首摇运动部件驱动单元通过首摇脉冲发生器，按照脉冲时序表发送脉冲序列；
S170：通过首摇旋转编码器反馈，首摇运动部件驱动单元的首摇伺服电机带动首摇运动部件绕转轴摆动；
S180：通过首摇角度反馈器采样并计算首摇运动部件的实际位置，反馈到PLC主机，控制船模实现首摇运动。
2.根据权利要求1所述的平台式水平面平面运动机构的控制方法，其特征在于还包括以下步骤：
S200：选择平面运动机构的运动方式，若选择连续运动方式，则转步骤S100自动连续运行；否则，转步骤S210执行手动单次运行；
S210：通过触摸屏输入首摇角和/或横荡位置；
S220：横荡运动部件驱动单元根据横荡振幅确定脉冲发送速率和数量，发送脉冲序列；首摇运动部件驱动单元根据首摇角确定脉冲发送速率和数量，发送脉冲序列；
S230：通过横荡旋转编码器反馈，横荡运动部件驱动横荡伺服电机，带动横荡运动部件到达预定位置；通过首摇旋转编码器反馈，首摇运动部件驱动单元驱动首摇伺服电机，带动首摇运动部件到达预定位置；
S240：通过横荡位置反馈器采样，计算横荡运动部件的实际位置，通过首摇角度反馈器采样，计算首摇运动部件的实际首摇角，控制船模准确定位到预定的首摇角和/或横荡位置。
3.根据权利要求1所述的平台式水平面平面运动机构的控制方法，其特征在于还包括以下步骤：
S300：若设定的首摇角或横荡位置超过极限值，或者根据摇荡振幅与频率计算产生的运行速度超过极限值，则通过触摸屏显示相应的报警信息，提示操作人员修正；若平面运动机构在连续运动方式运行过程中检测到超载或超温故障，则进入保护性停机状态，通过触摸屏输出报警信号。
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