CN103955234A - 一种船舶三轴摇摆试验台的测控系统及测控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶三轴摇摆试验台的测控系统，通过获取三轴摇摆试验台X，Y，Z三轴上的加速度和轴向摇摆角速度等数据，得到三轴摇摆试验台的实时摇摆姿态信息，从而进行三轴摇摆模式控制和任意归位控制；当摇摆台在线工作时负责对摇摆台面的各轴摇摆速度和角度位置状况进行检测，并能将采集的实时数据处理后反馈给控制器，并在显示模块实时显示得到任意给定的摇摆姿态信息；当摇摆台一轴或多轴方向上需要停摆归位时，能将摇摆试验台自动归位到任意给定位置，增强了设备的灵活性和可控性，提高了自动化水平。此外，本发明易于实现且成本低，能够满足中小型摇摆试验台进行可靠性试验的测控需求。

Description

一种船舶三轴摇摆试验台的测控系统及测控方法

技术领域

本发明涉及一种测控系统及其测控方法，尤其涉及一种专用于船舶三轴摇摆试验台的测控系统及其测控方法。

背景技术

船舶三轴摇摆试验台是对船载仪器与电子设备进行可靠性测试的关键设备，可用于模拟船舶在海上复杂海况条件下，横摇、纵摇、艏摇三种摇摆姿态的复现；海上船舶的三轴自由度摇摆，其摇摆幅度、摇摆周期均受风浪流海况的不同而不同，如线性摇摆、正弦摇摆、随机摇摆等；目前的摇摆试验技术主要集中在简单摇摆方式控制及复现功能的实现上，而缺乏便捷的任意摇摆归位精确控制能力和多功能的测控智能实现；

中国专利201120523785.2公开了一种六自由度摇摆台高精度姿态控制系统，采用液压系统作为执行机构，在每个液压伸缩机构上均装有传感器与控制器连接，每个传感器检测到的液压杆伸缩信息进行变送处理后送控制器进而实现六自由度摇摆台的摇摆姿态控制；这种测控方法的主要缺点是检测信息数据多处理量大，摇摆控制难度复杂，在每个自由度上停摆归位能力受限；

中国专利200910046270.5公开了一种三轴摇摆模拟试验装置，该装置采用曲柄摇杆机构实现摇摆的复现，整体控制系统采用开环控制，通过手动控制变频电机系统的方式改变摇摆周期，摆幅显示装置采用机械刻度加指针的方式；这种摇摆装置的主要缺点是摇摆模式受限只能复现正弦摇摆，且单轴停摆或停车后通过观察指针位置判断摇摆角度偏差采用手动方式转动手摇装置归位，智能化水平低。

发明内容

本发明为了提高船舶三轴摇摆试验台的检测与控制能力，提供一种结构简单三轴摇摆试验台测控系统及测控方法；该装置能够在三轴摇摆试验台进行摇摆测试时，实时获得摇摆信息，并经过分析可进行摇摆模式控制和任意归位的控制，同时，及时将摇摆姿态信息实时存储并显示反馈给操作者；

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种船舶三轴摇摆试验台的测控系统，包括数据采集与处理模块、任意摇摆控制模块、任意归位控制模块、摇摆状态显示与参数设定模块；所述数据采集与处理模块的输入端与三轴摇摆试验台相连接，输出端分别与摇摆状态显示与参数设定模块的输入端、任意摇摆控制模块的输入端、任意归位控制模块的输入端相连接，将采集到角速度和加速度分析处理后分别传输到摇摆状态显示与参数设定模块、任意摇摆控制模块、任意归位控制模块；任意摇摆控制模块的输出端与三轴摇摆试验台上的电机执行系统相连接，任意摇摆控制模块的输入端还连接摇摆状态显示与参数设定模块的输出端，分别接收数采集与处理模块、摇摆状态显示与参数设定模块的信息，控制电机执行系统的摇摆；任意归位控制模块的输入端连接摇摆状态显示与参数设定模块的输出端，输出端连接电机执行系统，接收摆状态显示与参数设定模块、数据采集与处理模块的信息，并控制电机执行系统的归位；

进一步的，所述数据采集与处理模块包括用于采集三轴加速度的三轴加速度传感器、用于采集三轴角速度的三轴角速度传感器及信息融合单元；所述信息融合单元，用于将加速度、角速度分析、处理，融合成角度信息，并将该信息分别输送给摇摆状态显示与参数设定模块、任意摇摆控制模块、任意归位控制模块；

进一步的，所述信息融合单元包括三角关系变换器、加法器、比例放大器、积分运算器及第一比较器；所述三角关系变换器的输入端连接三轴加速度传感器，输出端连接第一比较器，接收三轴加速度传感器的加速度信号，并将该信号转换成角度误差信号传送给第一比较器；比例放大器的输入算与第一比较器连接，输出端与加法器连接，接收第一比较器传送的角度误差信号，并将该角度误差信号进行一定比例的放大后传送给加法器；加法器的输入端与三轴角速度传感器连接，输出端与积分运算器连接，接收三轴角速度传感器的角速度信号，并将该信号与比例放大器的信号融合后发送给积分运算器；积分运算器将接收的信号经过积分计算后得到融合修正后的角度信号，并将该角度信号一方面重新输送给第一比较器，另一方面输送给摇摆状态显示与参数设定模块、任意摇摆控制模块、任意归位控制模块；

进一步的，所述摇摆状态显示与参数设定模块设有用于设定归位位置的归位位置设定单元、用于设定摇摆周期的摇摆周期设定单元、用于设定摇摆幅度的摇摆幅度设定单元、用于设定摇摆模式的摇摆模式设定单元及摇摆状态显示单元；所述摇摆状态显示单元连接数据采集与处理模块；所述摇摆周期设定单元、摇摆幅度设定单元、摇摆模式设定单元分别连接任意摇摆控制模块；所述归位位置设定单元连接任意归位控制模块；

进一步的，所述任意摇摆控制模块用于实现三轴摇摆台的摇摆控制，包括信号发生器、第二比较器及第一PI控制器；所述第二比较器的输入端连接信号发生器，输出端连接第一PI控制器，结构信号发生器的信号，并将信号处理后输送给第一PI控制器；所述第一PI控制器与电机执行系统连接；所述信号发生器分别与摇摆周期设定单元、摇摆幅度设定单元、摇摆模式设定单元相连接，接收摇摆周期设定单元、摇摆幅度设定单元、摇摆模式设定单元所设定的参数；所述第二比较器还连接数据采集与处理模块，接收数据采集与处理模块的反馈信号；

进一步的，所述任意归位控制模块用于实现三轴摇摆台的归位控制，包括第三比较器、第二PI控制器、逻辑误差判断器、第二加法器；所述第三比较器的输入端与摇摆状态显示与参数设定模块中的归位位置设定单元、数据采集与处理模块相连接，输出端分别与第二PI控制器、逻辑误差判断器连接，接收归位位置设定单元及数据采集与处理模块的数据信号，并将该信号分别输送给第二PI控制器、逻辑误差判断器；所述第二PI控制器与第二加法器连接，第二PI控制器接收第三比较器发送的信号后，进行信号的处理，得到电压控制信号，并将该信号发送给第二加法器；第二加法器与电机执行系统电连接；所述逻辑误差判断器与控制电机执行系统通断电的电源开关相连接，并经过数据分析，控制电源开关的通断；

利用所述装置进行三轴摇摆试验台测控的方法，其特征在于，包括如下操作：

步骤一、启动总电源，在三轴摇摆试验台的触摸屏上输入数据，进行三轴摇摆实验的参数；依次开启三轴实验台摇摆分电源开关，使三轴摇摆试验台上的电机执行系统启动，并执行相应的摇摆动作，产生角速度ω信号及加速度α信号；

步骤二、数据采集与处理模块通过内部的三轴角速度传感器及三轴加速度传感器接收步骤一中产生的角速度ω信号及加速度α信号，并分别将该信号传输给内部的信息融合单元，信息融合单元对接收到的信号进行分析、处理，得到横摇、纵摇、艏摇三轴摇摆方向的摇摆角θ信号，并将该摇摆角θ信号分别输送给摇摆状态显示与参数设定模块、任意摇摆控制模块、任意归位控制模块；

步骤三、摇摆状态显示与参数设定模块将数据采集与处理模块输送过来的数据进行二次分析后，得出摇摆状态信号；并将该信号输送到LCD显示屏上显示出来，进行摇摆数据及摇摆状态的实时监控；

如果需要观测随意状态的摇摆情况，此时需要通过摇摆周期设定单元、摇摆幅度设定单元、摇摆模式设定单元所设定随意摇摆的参数，并将给参数输送给任意摇摆控制模块的信号发生器；

步骤四、任意摇摆控制模块接收步骤二的反馈信号后，经过内部的第二比较器进行数据比较处理得到误差信号，并将该信号输送至内部的第一PI控制器，信号经第一PI控制器处理后，输出电压控制信号，并将该信号输送给三轴摇摆平台的电机执行系统，实现摇摆信号的反馈及给定的闭环控制；

如果步骤三中有设定随意摇摆参数，该参数经过任意摇摆控制模块中的信号发生器处理后得到摇摆启动信号，并输送给内部的第二比较器，该信号与步骤二中的反馈信号一起经过第二比较器的比较处理后得到误差信号，并将该信号输送至内部的第一PI控制器，信号经第一PI控制器处理后，输出电压控制信号，并将该信号输送给三轴摇摆平台的电机执行系统，实现摇摆信号的反馈及给定的闭环控制；

步骤五、归位控制，在某一方向，需要停止摇摆归位时，停摆归位操作根据如下步骤进行操作：

A、关闭该方向上的任意摇摆控制信号；

B、在摇摆状态显示于参数设定模块的归位位置设定单元中输入所需停机的归位角度；并将该信号输送给任意归位控制模块；

C、任意归位控制模块将从归位位置设定单元接收的角度信号与从数据采集与处理模块得到的反馈信号，经过第三比较器进行比较得到误差信号，并将该误差信号一方面输送给第二PI控制器，经第二PI控制器处理后得到控制信号输送给三轴摇摆平台的电机执行系统，实现反馈信号与给定归位信号的闭环控制；另一方面将误差信号输送到逻辑误差判断器，经过逻辑误差判断器进行误差逻辑判断，直至该误差信号为零时，逻辑误差判断器发出该摇摆方向上的停机指令，关闭该摇摆方向上的分电源，实现归位控制；

步骤六、试验结束后，将三轴摇摆试验台归位水平位置，减少三轴摇摆台上电机执行系统的负重，此时将归位给定参数通过归位位置单元设定为零，重复步骤五，即可完成试验台台面的归位，停机归位后，关闭总电源即可完成整个操作过程；

进一步的，在步骤一、步骤二中，三轴加速度传感器采集的三轴加速度，三轴加速度表示为：

$\stackrel{\→}{a}=(a_x,a_y,a_z)$    公式(1)

三轴加速度经三角关系变换器处理后所获得的角度信号，角度表示为：

$\stackrel{\→}{{\mathrm{\θ}}_g}=({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{gx}},{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{gy}},{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{gz}})$    公式(2)

三轴角速度传感器采集的三轴角速度，三轴角速度表示为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}=({\mathrm{\ω}}_x,{\mathrm{\ω}}_y,{\mathrm{\ω}}_z)$    公式(3)

角度信号与三轴角速度经过加法器融合后，一起输送给积分运算器，经积分运算器进行积分后得到角度，角度表示为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}=({\mathrm{\θ}}_x,{\mathrm{\θ}}_y,{\mathrm{\θ}}_z)$    公式(4)

并将该信号输送给第一比较器进行数据比较，得到的误差值经比例放大器后与角速度值经加法器相加得到修正后的角速度信息重新积分，实现摇摆角度的精确测量，有效解决了二者的缺陷；最后得到的横摇、纵摇、艏摇三轴摇摆方向的摇摆角，一方面作为任意摇摆控制模块和任意归位控制模块的反馈控制信号，任意摇摆控制模块的反馈信号表示方式如下：

$\stackrel{\→}{\mathrm{\α}}={({\mathrm{\α}}_x,{\mathrm{\α}}_y,{\mathrm{\α}}_z)}^T$    公式(5)

任意归位控制模块的反馈信号表示方式如下：

$\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}={({\mathrm{\θ}}_x,{\mathrm{\θ}}_y,{\mathrm{\θ}}_z)}^T$    公式(6)

另一方面作为实时摇摆信息显示在摇摆状态显示与参数设定模块的LCD触摸屏上；

进一步的，步骤四中，任意摇摆控制模块通过对给定参数及反馈信号经比较后进行闭环控制，对任意给定的摇摆模式进行实时控制，达到实现三轴摇摆试验台保证试验可靠性的目的；摇摆的方式，通常有横摇、纵摇、艏摇，通过摇摆周期设定单元给定摇摆周期、摇摆幅度设定单元给定摇摆幅度、摇摆模式设定单元设定摇摆模式的参数设定；

其中：

摇摆周期表示为： $\stackrel{\→}{T}*={(T_x*,T_y*,T_z*)}^T$    公式(7)

摇摆幅度表示为： $\stackrel{\→}{\mathrm{\β}}*={({\mathrm{\β}}_x*,{\mathrm{\β}}_y*,{\mathrm{\β}}_z*)}^T$    公式(8)

摇摆模式设定，正常情况下有正弦摇摆模式、梯形摇摆模式及线形摇摆模式三种，每种摇摆模式的数据给定表示方式，如下：

(1)正弦摇摆模式，数据给定表示为：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{\β}*g\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{T*}\mathrm{gt}\right),(0\≤t)$    公式(9)

(2)梯形摇摆模式，数据给定表示为：

$\mathrm{\&theta;}=\left\{\begin{array}{cc}k(t-\mathrm{nT}*)& (\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{T*}{8}+\mathrm{nT}*)\\ \mathrm{\&beta;}*& (\frac{T*}{8}+\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{3T*}{8}+\mathrm{nT}*)\\ -k(t-\mathrm{nT}*)+4\mathrm{\&beta;}*& (\frac{3T*}{8}+\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{5T*}{8}+\mathrm{nT}*)\\ -\mathrm{\&beta;}*& (\frac{5T*}{8}+\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{7T*}{8}+\mathrm{nT}*)\\ k(t-\mathrm{nT})*-8\mathrm{\&beta;}*& (\frac{7T*}{8}+\mathrm{nT}*<t\&le;T*+\mathrm{nT}*)\end{array}\right.$    公式(10)

其中， $k=\frac{\mathrm{\&beta;}*}{(T*/8)}=\frac{8\mathrm{\&beta;}*}{T*},n=(\mathrm{0,1,2,3}...)$    公式(11)

(3)线形摇摆模式，数据给定表示为：

$\mathrm{\&theta;}=\left\{\begin{array}{cc}k(t-\mathrm{nT}*)& (\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{T*}{4}+\mathrm{nT}*)\\ -k(t-\mathrm{nT}*)+2\mathrm{\&beta;}*& (\frac{T*}{4}+\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{3T*}{4}+\mathrm{nT}*)\\ k(t-\mathrm{nT}*)-4\mathrm{\&beta;}*& (\frac{3T*}{4}+\mathrm{nT}*<t\&le;T*+\mathrm{nT}*)\end{array}\right.$    公式(12)

其中， $k=\frac{\mathrm{\&beta;}*}{(T*/4)}=\frac{4\mathrm{\&beta;}*}{T*},n=(\mathrm{0,1,2,3}...)$    公式(13)

在随机变化摇摆时，随机摇摆有随机正弦摇摆模式、随机梯形摇摆模式、随机线形摇摆模式、随机组合摇摆模式四种，此时需要在正常摇摆数据给定基础上给定附加条件，

在各规则摇摆模式表示式基础上，选择以下附加条件可得到随机摇摆方式：

随机正弦摇摆模式、随机梯形摇摆模式、随机线形摇摆模式三种摇摆模式附加条件为(a)，最后一种随机组合摇摆模式的附加条件为(a)、(c)组合；

选择模式设定好后，只需改变周期T*和幅度b*相应的值即可产生新的变化信号；

将以上给定数据设置好后，将这些信号输送到任意摇摆控制模块内的信号发生器，经信号发生器处理后得到摇摆给定信号，该信号表示为

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&alpha;}}*={({\mathrm{\&alpha;}}_x*,{\mathrm{\&alpha;}}_y*,{\mathrm{\&alpha;}}_z*)}^T$    公式(14)

上述产生的摇摆给定信号与数据采集与处理模块中反馈信号送至第二比较器作信号比较，经过第二比较器比较后产生误差信号，该误差信号表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{e}={(e_x,e_y,e_z)}^T$    公式(15)

将误差信号输送给摇摆第一PI控制器处理得到摇摆控制信号，该信号表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{u_{c1}}={(u_{c1x},u_{c1y},u_{c1z})}^T$    公式(16)

摇摆控制信号经第二加法器与归位控制信号相加后送入电机执行系统完成任意摇摆控制功能；

进一步的，步骤五中，在测控系统中，任意归位控制也是通过对归位参数的给定进行闭环控制，达到对摇摆范围内给定的任一位置停摆归位。首先分别将横摇、纵摇、艏摇三轴摇摆归位设定的参数，该参数的表示公式为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&theta;}}*={({\mathrm{\&theta;}}_x*,{\mathrm{\&theta;}}_y*,{\mathrm{\&theta;}}_z*)}^T$    公式(17)

将设置好的参输送给第三比较器作为归位信号的给定，然后与采集处理后的三轴位置反馈信号做比较，产生的误差信号，该信号表示公式为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{e}={(e_x,e_y,e_z)}^T$    公式(18)

该误差信号一方面送给归位PI控制器处理得到归位控制信号，该归位控制信号表示公式为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{u_{c2}}={(u_{c2x},u_{c2y},u_{c2z})}^T$    公式(19)

另一方面该误差信号经逻辑误差判断，当误差信号为零时即产生关闭三轴摇摆试验台相应停摆方向上的执行电机系统电源的开关信号，该开关信号表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{S}={(S_1,S_2,S_3)}^T$    公式(20)

归位控制信号与摇摆控制信号经第二加法器相加后送入执行电机系统完成任意归位控制功能；

此处，停机状态下当需要归位需求时PI控制器输出控制信号单独起作用；

与现有技术相比，采用上述方案，本发明的有益效果是：本发明通过获取三轴摇摆试验台X，Y，Z三轴上的加速度和轴向摇摆角速度等数据，得到三轴摇摆试验台的实时摇摆姿态信息，从而进行三轴摇摆模式控制和任意归位控制；当摇摆台在线工作时负责对摇摆台面的各轴摇摆速度和角度位置状况进行检测，并能将采集的实时数据处理后反馈给控制器，并在显示模块实时显示得到任意给定的摇摆姿态信息；当摇摆台一轴或多轴方向上需要停摆归位时，能将摇摆试验台自动归位到任意给定位置；

本发明能够一方面有效控制任意摇摆模式，将摇摆试验台的摇摆姿态信息实时存储并显示反馈给操作者，另一方面操作人员无需经过复杂的归位控制或手动操作机械轮转动调节设备即可归位，减少了操作人员的工作量，增强了设备的灵活性和可控性，提高了自动化水平。此外，本发明易于实现且成本低，能够满足中小型摇摆试验台进行可靠性试验的测控需求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是本发明摇摆角度分析示意图；

图4是本发明摇摆模式及参数设定分析示意图；

图5是本发明随机摇摆模式及参数设定分析示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，

一种船舶三轴摇摆试验台的测控系统，包括数据采集与处理模块100、任意摇摆控制模块200、任意归位控制模块300、摇摆状态显示与参数设定模块400；所述数据采集与处理模块100的输入端与三轴摇摆试验台相连接，输出端分别与摇摆状态显示与参数设定模块400的输入端、任意摇摆控制模块200的输入端、任意归位控制模块300的输入端相连接，将采集到角速度和加速度分析处理后分别传输到摇摆状态显示与参数设定模块400、任意摇摆控制模块200、任意归位控制模块300；任意摇摆控制模块200的输出端与三轴摇摆试验台上的电机执行系统相连接，任意摇摆控制模块200的输入端还连接摇摆状态显示与参数设定模块400的输出端，分别接收数采集与处理模块、摇摆状态显示与参数设定模块400的信息，控制电机执行系统的摇摆；任意归位控制模块300的输入端连接摇摆状态显示与参数设定模块400的输出端，输出端连接电机执行系统，接收摆状态显示与参数设定模块、数据采集与处理模块100的信息，并控制电机执行系统的归位；

进一步的，所述数据采集与处理模块100包括用于采集三轴加速度的三轴加速度传感器101、用于采集三轴角速度的三轴角速度传感器102及信息融合单元；所述信息融合单元，用于将加速度、角速度分析、处理，融合成角度信息，并将该信息分别输送给摇摆状态显示与参数设定模块400、任意摇摆控制模块200、任意归位控制模块300；

进一步的，所述信息融合单元包括三角关系变换器103、加法器106、比例放大器105、积分运算器107及第一比较器104；所述三角关系变换器103的输入端连接三轴加速度传感器101，输出端连接第一比较器104，接收三轴加速度传感器101的加速度信号，并将该信号转换成角度误差信号传送给第一比较器104；比例放大器105的输入算与第一比较器104连接，输出端与加法器106连接，接收第一比较器104传送的角度误差信号，并将该角度误差信号进行一定比例的放大后传送给加法器106；加法器106的输入端与三轴角速度传感器102连接，输出端与积分运算器107连接，接收三轴角速度传感器102的角速度信号，并将该信号与比例放大器105的信号融合后发送给积分运算器107；积分运算器107将接收的信号经过积分计算后得到融合修正后的角度信号，并将该角度信号一方面重新输送给第一比较器104，另一方面输送给摇摆状态显示与参数设定模块400、任意摇摆控制模块200、任意归位控制模块300；

进一步的，所述摇摆状态显示与参数设定模块400设有用于设定归位位置的归位位置设定单元、用于设定摇摆周期的摇摆周期设定单元、用于设定摇摆幅度的摇摆幅度设定单元、用于设定摇摆模式的摇摆模式设定单元及摇摆状态显示单元；所述摇摆状态显示单元连接数据采集与处理模块100；所述摇摆周期设定单元、摇摆幅度设定单元、摇摆模式设定单元分别连接任意摇摆控制模块200；所述归位位置设定单元连接任意归位控制模块300；

进一步的，所述任意摇摆控制模块200用于实现三轴摇摆台的摇摆控制，包括信号发生器201、第二比较器202及第一PI控制器203；所述第二比较器202的输入端连接信号发生器201，输出端连接第一PI控制器203，结构信号发生器201的信号，并将信号处理后输送给第一PI控制器203；所述第一PI控制器203与电机执行系统连接；所述信号发生器201分别与摇摆周期设定单元、摇摆幅度设定单元、摇摆模式设定单元相连接，接收摇摆周期设定单元、摇摆幅度设定单元、摇摆模式设定单元所设定的参数；所述第二比较器202还连接数据采集与处理模块100，接收数据采集与处理模块100的反馈信号；

进一步的，所述任意归位控制模块300用于实现三轴摇摆台的归位控制，包括第三比较器301、第二PI控制器302、逻辑误差判断器303、第二加法器304；所述第三比较器301的输入端与摇摆状态显示与参数设定模块400中的归位位置设定单元、数据采集与处理模块100相连接，输出端分别与第二PI控制器302、逻辑误差判断器303连接，接收归位位置设定单元及数据采集与处理模块100的数据信号，并将该信号分别输送给第二PI控制器302、逻辑误差判断器303；所述第二PI控制器302与第二加法器304连接，第二PI控制器302接收第三比较器301发送的信号后，进行信号的处理，得到电压控制信号，并将该信号发送给第二加法器304；第二加法器304与电机执行系统电连接；所述逻辑误差判断器303与控制电机执行系统通断电的电源开关相连接，并经过数据分析，控制电源开关的通断；

利用所述装置进行三轴摇摆试验台测控的方法，其特征在于，包括如下操作：

步骤一、启动总电源，在三轴摇摆试验台的触摸屏上输入数据，进行三轴摇摆实验的参数；依次开启三轴实验台摇摆分电源开关，使三轴摇摆试验台上的电机执行系统启动，并执行相应的摇摆动作，产生角速度ω信号及加速度α信号；

注意事项：如不进行参数设定就开机，摇摆台将按照上次开机的参数设定开机工作；

步骤二、数据采集与处理模块100通过内部的三轴角速度传感器102及三轴加速度传感器101接收步骤一中产生的角速度ω信号及加速度α信号，并分别将该信号传输给内部的信息融合单元，信息融合单元对接收到的信号进行分析、处理，得到横摇、纵摇、艏摇三轴摇摆方向的摇摆角θ信号，并将该摇摆角θ信号分别输送给摇摆状态显示与参数设定模块400、任意摇摆控制模块200、任意归位控制模块300；

步骤三、摇摆状态显示与参数设定模块400将数据采集与处理模块100输送过来的数据进行二次分析后，得出摇摆状态信号；并将该信号输送到LCD显示屏上显示出来，进行摇摆数据及摇摆状态的实时监控；

如果需要观测随意状态的摇摆情况，此时需要通过摇摆周期设定单元、摇摆幅度设定单元、摇摆模式设定单元所设定随意摇摆的参数，并将给参数输送给任意摇摆控制模块200的信号发生器201；

注意事项：若摇摆工作过程中需要更改摇摆参数，不需要停机就可以在触摸屏上进行新参数的设定，设定好后重新将从第二步开始执行；

步骤四、任意摇摆控制模块200接收步骤二的信号后，经过内部的第二比较器202步骤一中给定的信号进行数据比较处理得到误差信号，并将该信号输送至内部的第一PI控制器203，信号经第一PI控制器203处理后，输出电压控制信号，并将该信号输送给三轴摇摆平台的电机执行系统，实现摇摆信号的反馈及给定的闭环控制；

如果步骤三中有设定随意摇摆参数，该参数经过任意摇摆控制模块200中的信号发生器201处理后得到摇摆启动信号，并输送给内部的第二比较器202，该信号与步骤二中的反馈信号一起经过第二比较器202的比较处理后得到误差信号，并将该信号输送至内部的第一PI控制器203，信号经第一PI控制器203处理后，输出电压控制信号，并将该信号输送给三轴摇摆平台的电机执行系统，实现摇摆信号的反馈及给定的闭环控制；

步骤五、归位控制，在某一方向，需要停止摇摆归位时，停摆归位操作根据如下步骤进行操作：

A、关闭该方向上的任意摇摆控制信号；

B、在摇摆状态显示于参数设定模块的归位位置设定单元中输入所需停机的归位角度；并将该信号输送给任意归位控制模块300；

C、任意归位控制模块300将从归位位置设定单元接收的角度信号与从数据采集与处理模块100得到的反馈信号，经过第三比较器301进行比较得到误差信号，并将该误差信号一方面输送给第二PI控制器302，经第二PI控制器302处理后得到控制信号输送给三轴摇摆平台的电机执行系统，实现反馈信号与给定归位信号的闭环控制；另一方面将误差信号输送到逻辑误差判断器303，经过逻辑误差判断器303进行误差逻辑判断，直至该误差信号为零时，逻辑误差判断器303发出该摇摆方向上的停机指令，关闭该摇摆方向上的分电源，实现归位控制；

注意事项：规定摇摆台水平方向为0度，左摆为负，右摆为正，如横摇摇摆需要在-5度停摆，参数设定归位参数为-5度，摇摆台横摇方向上将在左摆5度处自动停摆；

步骤六、试验结束后，将三轴摇摆试验台归位水平位置，减少三轴摇摆台上电机执行系统的负重，此时将归位给定参数通过归位位置单元设定为零，重复步骤五，即可完成试验台台面的归位，停机归位后，关闭总电源即可完成整个操作过程；

进一步的，在步骤一、步骤二中，三轴加速度传感器101采集的三轴加速度，三轴加速度表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{a}=(a_x,a_y,a_z)$    公式(1)

三轴加速度经三角关系变换器103处理后所获得的角度信号，角度表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{{\mathrm{\&theta;}}_g}=({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{gx}},{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{gy}},{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{gz}})$    公式(2)

三轴角速度传感器102采集的三轴角速度，三轴角速度表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&omega;}}=({\mathrm{\&omega;}}_x,{\mathrm{\&omega;}}_y,{\mathrm{\&omega;}}_z)$    公式(3)

角度信号与三轴角速度经过加法器106融合后，一起输送给积分运算器107，经积分运算器107进行积分后得到角度，角度表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&theta;}}=({\mathrm{\&theta;}}_x,{\mathrm{\&theta;}}_y,{\mathrm{\&theta;}}_z)$    公式(4)

并将该信号输送给第一比较器104进行数据比较，得到的误差值经比例放大器105后与角速度值经加法器106相加得到修正后的角速度信息重新积分，实现摇摆角度的精确测量，有效解决了二者的缺陷；最后得到的横摇、纵摇、艏摇三轴摇摆方向的摇摆角，一方面作为任意摇摆控制模块200和任意归位控制模块300的反馈控制信号，任意摇摆控制模块200的反馈信号表示方式如下：

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&alpha;}}={({\mathrm{\&alpha;}}_x,{\mathrm{\&alpha;}}_y,{\mathrm{\&alpha;}}_z)}^T$    公式(5)

任意归位控制模块300的反馈信号表示方式如下：

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&theta;}}={({\mathrm{\&theta;}}_x,{\mathrm{\&theta;}}_y,{\mathrm{\&theta;}}_z)}^T$    公式(6)

另一方面作为实时摇摆信息显示在摇摆状态显示与参数设定模块400的LCD触摸屏上；

加速度传感器是基于重力加速度为参考的，仅需要三轴加速度传感器101获得的加速度信号就可以获得旋转倾斜角度；如图3所示，以纵摇为例，重力g会在x轴和z轴上有个分量，通过芯片测回这两个分量的数值，用三角函数关系就可以知道q角了，但是在实际摇摆运行过程中，由于本身的运动所产生的加速度会产生很大的干扰信号叠加在上述测量信号上，使得输出信号无法准确反映摇摆倾角；只用三轴角速度传感器102也可以通过一次积分即得到摇摆角度，而角速度若有偏差会造成角度的偏差，并且随时间线性增加；因此，若利用角速度传感器短时测量准确的优势和加速度传感器长时稳定的特点，两者结合，就可以得到即能短时稳定又能长时稳定的摇摆角；用角速度传感器测量短时内角度变化，把加速度传感器当做倾角传感器测量倾角，并在一个长时间范围内，迫使角速度传感器得到的倾角慢慢匹配加速度传感器得到的倾角；

在测控系统中，所获得的角度信息由三轴加速度传感器101和三轴角速度传感器102检测得到的数据进行融合得到；由于三轴方向的摇摆所相关的技术均类似，为了避免重复说明三种摇摆方式的各自参数设定、摇摆方式、控制方式等，所涉及的参数控制统一表示为矢量说明，分别表示横摇、纵摇和艏摇；

进一步的，步骤四中，任意摇摆控制模块200通过对给定参数及反馈信号经比较后进行闭环控制，对任意给定的摇摆模式进行实时控制，达到实现三轴摇摆试验台保证试验可靠性的目的；摇摆的方式，通常有横摇、纵摇、艏摇，通过摇摆周期设定单元给定摇摆周期、摇摆幅度设定单元给定摇摆幅度、摇摆模式设定单元设定摇摆模式的参数设定；

其中：

摇摆周期表示为： $\stackrel{\&RightArrow;}{T}*={(T_x*,T_y*,T_z*)}^T$    公式(7)

摇摆幅度表示为： $\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&beta;}}*={({\mathrm{\&beta;}}_x*,{\mathrm{\&beta;}}_y*,{\mathrm{\&beta;}}_z*)}^T$    公式(8)

摇摆模式设定，正常情况下有正弦摇摆模式、梯形摇摆模式及线形摇摆模式三种，每种摇摆模式的数据给定表示方式，如下：

(1)正弦摇摆模式，数据给定表示为：

$\mathrm{\&theta;}=\mathrm{\&beta;}*g\sin \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{T*}\mathrm{gt}\right),(0\&le;t)$    公式(9)

(2)梯形摇摆模式，数据给定表示为：

$\mathrm{\&theta;}=\left\{\begin{array}{cc}k(t-\mathrm{nT}*)& (\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{T*}{8}+\mathrm{nT}*)\\ \mathrm{\&beta;}*& (\frac{T*}{8}+\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{3T*}{8}+\mathrm{nT}*)\\ -k(t-\mathrm{nT}*)+4\mathrm{\&beta;}*& (\frac{3T*}{8}+\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{5T*}{8}+\mathrm{nT}*)\\ -\mathrm{\&beta;}*& (\frac{5T*}{8}+\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{7T*}{8}+\mathrm{nT}*)\\ k(t-\mathrm{nT})*-8\mathrm{\&beta;}*& (\frac{7T*}{8}+\mathrm{nT}*<t\&le;T*+\mathrm{nT}*)\end{array}\right.$    公式(10)

其中， $k=\frac{\mathrm{\&beta;}*}{(T*/8)}=\frac{8\mathrm{\&beta;}*}{T*},n=(\mathrm{0,1,2,3}...)$    公式(11)

(3)线形摇摆模式，数据给定表示为：

$\mathrm{\&theta;}=\left\{\begin{array}{cc}k(t-\mathrm{nT}*)& (\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{T*}{4}+\mathrm{nT}*)\\ -k(t-\mathrm{nT}*)+2\mathrm{\&beta;}*& (\frac{T*}{4}+\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{3T*}{4}+\mathrm{nT}*)\\ k(t-\mathrm{nT}*)-4\mathrm{\&beta;}*& (\frac{3T*}{4}+\mathrm{nT}*<t\&le;T*+\mathrm{nT}*)\end{array}\right.$    公式(12)

其中， $k=\frac{\mathrm{\&beta;}*}{(T*/4)}=\frac{4\mathrm{\&beta;}*}{T*},n=(\mathrm{0,1,2,3}...)$    公式(13)

在随机变化摇摆时，随机摇摆有随机正弦摇摆模式、随机梯形摇摆模式、随机线形摇摆模式、随机组合摇摆模式四种，如图5所示，此时需要在正常摇摆数据给定基础上给定附加条件，

在各规则摇摆模式表示式基础上，选择以下附加条件可得到随机摇摆方式：

随机正弦摇摆模式、随机梯形摇摆模式、随机线形摇摆模式三种摇摆模式附加条件为(a)，最后一种随机组合摇摆模式的附加条件为(a)、(c)组合；

选择模式设定好后，只需改变周期T*和幅度b*相应的值即可产生新的变化信号；

将以上给定数据设置好后，将这些信号输送到任意摇摆控制模块200内的信号发生器201，经信号发生器201处理后得到摇摆给定信号，该信号表示为

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&alpha;}}*={({\mathrm{\&alpha;}}_x*,{\mathrm{\&alpha;}}_y*,{\mathrm{\&alpha;}}_z*)}^T$    公式(14)

上述产生的摇摆给定信号与数据采集与处理模块100中反馈信号送至第二比较器202作信号比较，经过第二比较器202比较后产生误差信号，该误差信号表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{e}={(e_x,e_y,e_z)}^T$    公式(15)

将误差信号输送给摇摆第一PI控制器203处理得到摇摆控制信号，该信号表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{u_{c1}}={(u_{c1x},u_{c1y},u_{c1z})}^T$    公式(16)

摇摆控制信号经第二加法器304与归位控制信号相加后送入电机执行系统完成任意摇摆控制功能；

进一步的，步骤五中，在测控系统中，任意归位控制也是通过对归位参数的给定进行闭环控制，达到对摇摆范围内给定的任一位置停摆归位。首先分别将横摇、纵摇、艏摇三轴摇摆归位设定的参数，该参数的表示公式为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&theta;}}*={({\mathrm{\&theta;}}_x*,{\mathrm{\&theta;}}_y*,{\mathrm{\&theta;}}_z*)}^T$    公式(17)

将设置好的参输送给第三比较器301作为归位信号的给定，然后与采集处理后的三轴位置反馈信号做比较，产生的误差信号，该信号表示公式为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{e}={(e_x,e_y,e_z)}^T$    公式(18)

该误差信号一方面送给归位PI控制器处理得到归位控制信号，该归位控制信号表示公式为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{u_{c2}}={(u_{c2x},u_{c2y},u_{c2z})}^T$    公式(19)

另一方面该误差信号经逻辑误差判断，当误差信号为零时即产生关闭三轴摇摆试验台相应停摆方向上的执行电机系统电源的开关信号，该开关信号表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{S}={(S_1,S_2,S_3)}^T$    公式(20)

归位控制信号与摇摆控制信号经第二加法器304相加后送入执行电机系统完成任意归位控制功能；

此处，停机状态下当需要归位需求时PI控制器输出控制信号单独起作用；

本发明通过获取三轴摇摆试验台X，Y，Z三轴上的加速度和轴向摇摆角速度等数据，得到三轴摇摆试验台的实时摇摆姿态信息，从而进行三轴摇摆模式控制和任意归位控制；当摇摆台在线工作时负责对摇摆台面的各轴摇摆速度和角度位置状况进行检测，并能将采集的实时数据处理后反馈给控制器，并在显示模块实时显示得到任意给定的摇摆姿态信息；当摇摆台一轴或多轴方向上需要停摆归位时，能将摇摆试验台自动归位到任意给定位置；

本发明能够一方面有效控制任意摇摆模式，将摇摆试验台的摇摆姿态信息实时存储并显示反馈给操作者，另一方面操作人员无需经过复杂的归位控制或手动操作机械轮转动调节设备即可归位，减少了操作人员的工作量，增强了设备的灵活性和可控性，提高了自动化水平；此外，本发明易于实现且成本低，能够满足中小型摇摆试验台进行可靠性试验的测控需求。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶三轴摇摆试验台的测控系统，其特征在于：包括数据采集与处理模块、任意摇摆控制模块、任意归位控制模块、摇摆状态显示与参数设定模块；所述数据采集与处理模块的输入端与三轴摇摆试验台相连接，输出端分别与摇摆状态显示与参数设定模块的输入端、任意摇摆控制模块的输入端、任意归位控制模块的输入端相连接，将采集到角速度和加速度分析处理后分别传输到摇摆状态显示与参数设定模块、任意摇摆控制模块、任意归位控制模块；任意摇摆控制模块的输出端与三轴摇摆试验台上的电机执行系统相连接，任意摇摆控制模块的输入端还连接摇摆状态显示与参数设定模块的输出端，分别接收数采集与处理模块、摇摆状态显示与参数设定模块的信息，控制电机执行系统的摇摆；任意归位控制模块的输入端连接摇摆状态显示与参数设定模块的输出端，输出端连接电机执行系统，接收摆状态显示与参数设定模块、数据采集与处理模块的信息，并控制电机执行系统的归位。

2.根据权利要求1所述的一种船舶三轴摇摆试验台的测控系统，其特征在于：所述数据采集与处理模块包括用于采集三轴加速度的三轴加速度传感器、用于采集三轴角速度的三轴角速度传感器及信息融合单元；所述信息融合单元，用于将加速度、角速度分析、处理，融合成角度信息，并将该信息分别输送给摇摆状态显示与参数设定模块、任意摇摆控制模块、任意归位控制模块。

3.根据权利要求2所述的一种船舶三轴摇摆试验台的测控系统，其特征在于：所述信息融合单元包括三角关系变换器、加法器、比例放大器、积分运算器及第一比较器；所述三角关系变换器的输入端连接三轴加速度传感器，输出端连接第一比较器，接收三轴加速度传感器的加速度信号，并将该信号转换成角度误差信号传送给第一比较器；比例放大器的输入算与第一比较器连接，输出端与加法器连接，接收第一比较器传送的角度误差信号，并将该角度误差信号进行一定比例的放大后传送给加法器；加法器的输入端与三轴角速度传感器连接，输出端与积分运算器连接，接收三轴角速度传感器的角速度信号，并将该信号与比例放大器的信号融合后发送给积分运算器；积分运算器将接收的信号经过积分计算后得到融合修正后的角度信号，并将该角度信号一方面重新输送给第一比较器，另一方面输送给摇摆状态显示与参数设定模块、任意摇摆控制模块、任意归位控制模块。

4.根据权利要求1所述的一种船舶三轴摇摆试验台的测控系统，其特征在于：所述摇摆状态显示与参数设定模块设有用于设定归位位置的归位位置设定单元、用于设定摇摆周期的摇摆周期设定单元、用于设定摇摆幅度的摇摆幅度设定单元、用于设定摇摆模式的摇摆模式设定单元及摇摆状态显示单元；所述摇摆状态显示单元连接数据采集与处理模块；所述摇摆周期设定单元、摇摆幅度设定单元、摇摆模式设定单元分别连接任意摇摆控制模块；所述归位位置设定单元连接任意归位控制模块。

5.根据权利要求1所述的一种船舶三轴摇摆试验台的测控系统，其特征在于：所述任意摇摆控制模块用于实现三轴摇摆台的摇摆控制，包括信号发生器、第二比较器及第一PI控制器；所述第二比较器的输入端连接信号发生器，输出端连接第一PI控制器，结构信号发生器的信号，并将信号处理后输送给第一PI控制器；所述第一PI控制器与电机执行系统连接；所述信号发生器分别与摇摆周期设定单元、摇摆幅度设定单元、摇摆模式设定单元相连接，接收摇摆周期设定单元、摇摆幅度设定单元、摇摆模式设定单元所设定的参数；所述第二比较器还连接数据采集与处理模块，接收数据采集与处理模块的反馈信号。

6.根据权利要求1所述的一种船舶三轴摇摆试验台的测控系统，其特征在于：所述任意归位控制模块用于实现三轴摇摆台的归位控制，包括第三比较器、第二PI控制器、逻辑误差判断器、第二加法器；所述第三比较器的输入端与摇摆状态显示与参数设定模块中的归位位置设定单元、数据采集与处理模块相连接，输出端分别与第二PI控制器、逻辑误差判断器连接，接收归位位置设定单元及数据采集与处理模块的数据信号，并将该信号分别输送给第二PI控制器、逻辑误差判断器；所述第二PI控制器与第二加法器连接，第二PI控制器接收第三比较器发送的信号后，进行信号的处理，得到电压控制信号，并将该信号发送给第二加法器；第二加法器与电机执行系统电连接；所述逻辑误差判断器与控制电机执行系统通断电的电源开关相连接，并经过数据分析，控制电源开关的通断。

7.利用权利要求1所述的系统进行三轴摇摆试验台测控的方法，其特征在于：包括如下操作：

步骤一、启动总电源，在三轴摇摆试验台的触摸屏上输入数据，进行三轴摇摆实验的参数；依次开启三轴实验台摇摆分电源开关，使三轴摇摆试验台上的电机执行系统启动，并执行相应的摇摆动作，产生角速度ω信号及加速度α信号；

步骤二、数据采集与处理模块通过内部的三轴角速度传感器及三轴加速度传感器接收步骤一中产生的角速度ω信号及加速度α信号，并分别将该信号传输给内部的信息融合单元，信息融合单元对接收到的信号进行分析、处理，得到横摇、纵摇、艏摇三轴摇摆方向的摇摆角θ信号，并将该摇摆角θ信号分别输送给摇摆状态显示与参数设定模块、任意摇摆控制模块、任意归位控制模块；

步骤三、摇摆状态显示与参数设定模块将数据采集与处理模块输送过来的数据进行二次分析后，得出摇摆状态信号；并将该信号输送到LCD显示屏上显示出来，进行摇摆数据及摇摆状态的实时监控；

如果需要观测随意状态的摇摆情况，此时需要通过摇摆周期设定单元、摇摆幅度设定单元、摇摆模式设定单元所设定随意摇摆的参数，并将给参数输送给任意摇摆控制模块的信号发生器；

步骤四、任意摇摆控制模块接收步骤二的反馈信号后，经过内部的第二比较器进行数据比较处理得到误差信号，并将该信号输送至内部的第一PI控制器，信号经第一PI控制器处理后，输出电压控制信号，并将该信号输送给三轴摇摆平台的电机执行系统，实现摇摆信号的反馈及给定的闭环控制；

如果步骤三中有设定随意摇摆参数，该参数经过任意摇摆控制模块中的信号发生器处理后得到摇摆启动信号，并输送给内部的第二比较器，该信号与步骤二中的反馈信号一起经过第二比较器的比较处理后得到误差信号，并将该信号输送至内部的第一PI控制器，信号经第一PI控制器处理后，输出电压控制信号，并将该信号输送给三轴摇摆平台的电机执行系统，实现摇摆信号的反馈及给定的闭环控制；

步骤五、归位控制，在某一方向，需要停止摇摆归位时，停摆归位操作根据如下步骤进行操作：

A、关闭该方向上的任意摇摆控制信号；

B、在摇摆状态显示于参数设定模块的归位位置设定单元中输入所需停机的归位角度；并将该信号输送给任意归位控制模块；

C、任意归位控制模块将从归位位置设定单元接收的角度信号与从数据采集与处理模块得到的反馈信号，经过第三比较器进行比较得到误差信号，并将该误差信号一方面输送给第二PI控制器，经第二PI控制器处理后得到控制信号输送给三轴摇摆平台的电机执行系统，实现反馈信号与给定归位信号的闭环控制；另一方面将误差信号输送到逻辑误差判断器，经过逻辑误差判断器进行误差逻辑判断，直至该误差信号为零时，逻辑误差判断器发出该摇摆方向上的停机指令，关闭该摇摆方向上的分电源，实现归位控制；

步骤六、试验结束后，将三轴摇摆试验台归位水平位置，减少三轴摇摆台上电机执行系统的负重，此时将归位给定参数通过归位位置单元设定为零，重复步骤五，即可完成试验台台面的归位，停机归位后，关闭总电源即可完成整个操作过程。

8.根据权利要求7所述的三轴摇摆试验台测控的方法，其特征在于：在步骤一、步骤二中，三轴加速度传感器采集的三轴加速度，三轴加速度表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{a}=(a_x,a_y,a_z)$    公式(1)

三轴加速度经三角关系变换器处理后所获得的角度信号，角度表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{{\mathrm{\&theta;}}_g}=({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{gx}},{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{gy}},{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{gz}})$    公式(2)

三轴角速工传感器采集的三轴角速度，三轴角速度表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&omega;}}=({\mathrm{\&omega;}}_x,{\mathrm{\&omega;}}_y,{\mathrm{\&omega;}}_z)$    公式(3)

角度信号与三轴角速度经过加法器融合后，一起输送给积分运算器，经积分运算器进行积分后得到角度，角度表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&theta;}}=({\mathrm{\&theta;}}_x,{\mathrm{\&theta;}}_y,{\mathrm{\&theta;}}_z)$    公式(4)

并将该信号输送给第一比较器进行数据比较，得到的误差值经比例放大器后与角速度值经加法器相加得到修正后的角速度信息重新积分，实现摇摆角度的精确测量，有效解决了二者的缺陷；最后得到的横摇、纵摇、艏摇三轴摇摆方向的摇摆角，一方面作为任意摇摆控制模块和任意归位控制模块的反馈控制信号，任意摇摆控制模块的反馈信号表示方式如下：

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&alpha;}}={({\mathrm{\&alpha;}}_x,{\mathrm{\&alpha;}}_y,{\mathrm{\&alpha;}}_z)}^T$    公式(5)

任意归位控制模块的反馈信号表示方式如下：

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&theta;}}={({\mathrm{\&theta;}}_x,{\mathrm{\&theta;}}_y,{\mathrm{\&theta;}}_z)}^T$    公式(6)

另一方面作为实时摇摆信息显示在摇摆状态显示与参数设定模块的LCD触摸屏上。

9.根据权利要求7所述的三轴摇摆试验台测控的方法，其特征在于：步骤四中，任意摇摆控制模块通过对给定参数及反馈信号经比较后进行闭环控制，对任意给定的摇摆模式进行实时控制，达到实现三轴摇摆试验台保证试验可靠性的目的；摇摆的方式，通常有横摇、纵摇、艏摇，通过摇摆周期设定单元给定摇摆周期、摇摆幅度设定单元给定摇摆幅度、摇摆模式设定单元设定摇摆模式的参数设定；

其中：

摇摆周期表示为： $\stackrel{\&RightArrow;}{T}*={(T_x*,T_y*,T_z*)}^T$    公式(7)

摇摆幅度表示为： $\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&beta;}}*={({\mathrm{\&beta;}}_x*,{\mathrm{\&beta;}}_y*,{\mathrm{\&beta;}}_z*)}^T$    公式(8)

摇摆模式设定，正常情况下有正弦摇摆模式、梯形摇摆模式及线形摇摆模式三种，每种摇摆模式的数据给定表示方式，如下：

(1)正弦摇摆模式，数据给定表示为：

$\mathrm{\&theta;}=\mathrm{\&beta;}*g\sin \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{T*}\mathrm{gt}\right),(0\&le;t)$    公式(9)

(2)梯形摇摆模式，数据给定表示为：

$\mathrm{\&theta;}=\left\{\begin{array}{cc}k(t-\mathrm{nT}*)& (\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{T*}{8}+\mathrm{nT}*)\\ \mathrm{\&beta;}*& (\frac{T*}{8}+\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{3T*}{8}+\mathrm{nT}*)\\ -k(t-\mathrm{nT}*)+4\mathrm{\&beta;}*& (\frac{3T*}{8}+\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{5T*}{8}+\mathrm{nT}*)\\ -\mathrm{\&beta;}*& (\frac{5T*}{8}+\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{7T*}{8}+\mathrm{nT}*)\\ k(t-\mathrm{nT})*-8\mathrm{\&beta;}*& (\frac{7T*}{8}+\mathrm{nT}*<t\&le;T*+\mathrm{nT}*)\end{array}\right.$     公式(10)

其中， $k=\frac{\mathrm{\&beta;}*}{(T*/8)}=\frac{8\mathrm{\&beta;}*}{T*},n=(\mathrm{0,1,2,3}...)$    公式(11)

(3)线形摇摆模式，数据给定表示为：

$\mathrm{\&theta;}=\left\{\begin{array}{cc}k(t-\mathrm{nT}*)& (\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{T*}{4}+\mathrm{nT}*)\\ -k(t-\mathrm{nT}*)+2\mathrm{\&beta;}*& (\frac{T*}{4}+\mathrm{nT}*<t\&le;\frac{3T*}{4}+\mathrm{nT}*)\\ k(t-\mathrm{nT}*)-4\mathrm{\&beta;}*& (\frac{3T*}{4}+\mathrm{nT}*<t\&le;T*+\mathrm{nT}*)\end{array}\right.$    公式(12)

其中， $k=\frac{\mathrm{\&beta;}*}{(T*/4)}=\frac{4\mathrm{\&beta;}*}{T*},n=(\mathrm{0,1,2,3}...)$    公式(13)

在随机变化摇摆时，随机摇摆有随机正弦摇摆模式、随机梯形摇摆模式、随机线形摇摆模式、随机组合摇摆模式四种，此时需要在正常摇摆数据给定基础上给定附加条件，

在各规则摇摆模式表示式基础上，选择以下附加条件可得到随机摇摆方式：

随机正弦摇摆模式、随机梯形摇摆模式、随机线形摇摆模式三种摇摆模式附加条件为(a)，最后一种随机组合摇摆模式的附加条件为(a)、(c)组合；

选择模式设定好后，只需改变周期T*和幅度b*相应的值即可产生新的变化信号；

将以上给定数据设置好后，将这些信号输送到任意摇摆控制模块内的信号发生器，经信号发生器处理后得到摇摆给定信号，该信号表示为

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&alpha;}}*={({\mathrm{\&alpha;}}_x*,{\mathrm{\&alpha;}}_y*,{\mathrm{\&alpha;}}_z*)}^T$    公式(14)

上述产生的摇摆给定信号与数据采集与处理模块中反馈信号送至第二比较器作信号比较，经过第二比较器比较后产生误差信号，该误差信号表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{e}={(e_x,e_y,e_z)}^T$    公式(15)

将误差信号输送给摇摆第一PI控制器处理得到摇摆控制信号，该信号表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{u_{c1}}={(u_{c1x},u_{c1y},u_{c1z})}^T$    公式(16)

摇摆控制信号经第二加法器与归位控制信号相加后送入电机执行系统完成任意摇摆控制功能。

10.根据权利要求7所述的三轴摇摆试验台测控的方法，其特征在于：步骤五中，在测控系统中，任意归位控制也是通过对归位参数的给定进行闭环控制，达到对摇摆范围内给定的任一位置停摆归位。首先分别将横摇、纵摇、艏摇三轴摇摆归位设定的参数，该参数的表示公式为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&theta;}}*={({\mathrm{\&theta;}}_x*,{\mathrm{\&theta;}}_y*,{\mathrm{\&theta;}}_z*)}^T$    公式(7)

将设置好的参输送给第三比较器作为归位信号的给定，然后与采集处理后的三轴位置反馈信号做比较，产生的误差信号，该信号表示公式为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{e}={(e_x,e_y,e_z)}^T$    公式(18)

该误差信号一方面送给归位PI控制器处理得到归位控制信号，该归位控制信号表示公式为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{u_{c2}}={(u_{c2x},u_{c2y},u_{c2z})}^T$    公式(19)

另一方面该误差信号经逻辑误差判断，当误差信号为零时即产生关闭三轴摇摆试验台相应停摆方向上的执行电机系统电源的开关信号，该开关信号表示为：

$\stackrel{\&RightArrow;}{S}={(S_1,S_2,S_3)}^T$    公式(20)

归位控制信号与摇摆控制信号经第二加法器相加后送入执行电机系统完成任意归位控制功能；

此处，停机状态下当需要归位需求时PI控制器输出控制信号单独起作用。