CN103994697A - 活动发射平台自动垂调控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活动发射平台垂调控制系统，包括上位机、PLC控制模块、传感模块、执行模块；所述上位机与所述PLC控制模块相连，用于实时监控；所述PLC控制模块与所述执行模块相连。所述执行模块控制箭体的四支臂动作。所述PLC控制模块包括信号采集模块、信号处理模块和控制输出模块。所述传感模块设置在箭体以及各支臂上，包括水平仪、高度传感器、压力传感器等。本发明还提供了一种活动发射平台垂调控制方法，通过梳理各支承臂位移、受力和水平度三者之间相互的影响的优先等级，利用逻辑算法，实现了“一键式”活动发射平台自动判别垂调控制方法，提供了高效的控制系统和方法。

Description

活动发射平台自动垂调控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制系统及其控制方法，尤其涉及一种活动发射平台自动垂调控制系统及其控制方法。

背景技术

运载火箭在发射准备过程中都需要进行一项操作——垂直度调整。垂直度调整是火箭初始对准工作的一部分，目的是调整箭体初始垂直度，以满足火箭姿态及精度控制要求。目前，火箭垂直度调整主要是通过调整支承在火箭底部的发射台相关组件的动作实现。

《导弹与航天运载技术》期刊2013年第2期收录的论文《运载火箭发射台垂直度调整方法及发展探讨》对当前运载火箭发射平台的垂直度调整方法做了归纳总结和探讨。其归纳的火箭发射平台垂直度调整原理为：在运载火箭一子级和二子级(或三子级)尾段上安装有水平测量仪，通过电缆将其熟读传输到地面设备间内的水平指示仪上，实时监测火箭的垂直度情况。火箭吊装过程中，其4个或多个支点落到发射台支承臂上，通过防风拉杆装置实现与发射台之间的固定连接，保证箭体稳定。吊装完成后，根据箭体的垂直度信息，知道发射台相关动作完成箭体支点的升降，实现火箭的垂直度调整。为了保证垂直度调整过程中箭体各支点受力均匀，不对箭体产生异常外力导致箭体结构破坏，需要发射台进行多点联动控制箭体各支点在同一平面内翻转。由于火箭及发射台的制造偏差、变形不均匀等因素的影响，需要单独调整支承臂，以均匀支撑火箭，避免火箭结构受损。

该论文中探讨的火箭发射平台垂调技术方法包括4点垂直度调整方法、12点垂直度调整方法等。其中，4点垂直度调整方法是针对支撑芯一级火箭有4个支承时采用的垂直度调整方法，又称4点对角升降法：以任意两个相对的支点连线为轴线，其余两个对角支点进行同步一升一降。垂直度调整前，通过箭体上对应水平仪读取判断箭体的不平度，确定对角升降支点的顺序及方向。启动升降动作后，实时监控水平仪读数，直到垂直度满足体要求为止。

4个支承臂上通常包括机械、电控、液压装置，还包括可升降的千斤顶等元件，通过液压系统和电气系统共同作用实现发射台的升降动作。4点垂直度调整方法在大型活动式发射平台应用时，该类发射台由机械、电控、液压、驱动系统组成，其中机械结构主要由回转部、基座、主框架等组成。回转部上设置有4个可升降的支承臂。

然而，上述的种种活动发射平台垂直度调整系统和方法都具有分步式、手动式的特点，在火箭发射平台垂直度调整中难以做到一键式调整。另外，由于火箭及发射台的制造偏差、变形不均匀等因素的影响，各支承臂可能因为受力不均而严重变形、影响寿命，为了避免火箭发射台和火箭结构受损，每一个单独的支承臂的受力情况也应当在当前的火箭发射平台垂直度调整中作为考虑的依据。虽然目前采用PLC控制器对系统中的数据进行采集、处理、得出控制办法的技术在众多领域中已有推广，但在火箭发射平台的垂直度调整中尚未采用多判据、高效能的PLC智能控制方法。

因此，当下需要一种多判据、高性能、高效率的火箭发射平台一键式垂直度调整系统和方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种对运载火箭箭体的“一键式”自动垂直度调整控制,保证发射动作的顺利完成。

本发明提供了一种活动发射平台自动判定垂调控制系统，包括上位机、PLC控制模块、传感模块、执行模块；所述上位机与所述PLC控制模块相连，用于实时监控；所述PLC控制模块与所述传感模块通过通信电缆相连；所述PLC控制模块与所述执行模块通过通信电缆相连。

所述PLC控制模块为PLC控制器，包括信号采集模块、信号处理模块、控制输出模块；所述信号采集模块与所述信号处理模块逻辑连接；所述信号处理模块与所述控制输出模块逻辑连接。所述信号采集模块用于接收所述传感模块的数据；所述信号处理模块用于分析所述信号采集模块采集的数据，并得出调整策略；所述控制输出模块用于控制所述执行模块。

所述传感模块包括水平仪、高度传感器、压力传感器，所述水平仪设置在火箭箭体尾段上；所述高度传感器设置在各支承臂上火箭支点的同一位置；所述压力传感器设置在各支承臂顶端火箭支点上。

所述水平仪、高度传感器、压力传感器分别通过通信电缆与所述信号采集模块的相应管脚相连。

所述执行模块包括液压装置、驱动装置，所述液压装置和驱动装置用于调整所述支承臂的高度。所述液压装置、驱动装置分别通过通信电缆与所述控制输出模块的相应管脚相连。

工作原理：所述传感模块的数据通过通信电缆输送至所述信号采集模块的相应I/O端口，数据分别包括箭体水平仪读数、各支臂高度数据、各支臂受力数据；所述信号处理模块将上述数据进行处理，得出箭体水平度数据、各支臂高度数据、支臂对角高度差数据、各支臂受力数据，并与所述信号处理模块预设的数据阀值对比，并采用预设的分级优先级策略进行数据处理，例如：“各支臂受力数据——各支臂高度数据——各支臂对角高度差——箭体水平度数据”；所述控制输出模块接收到所述信号处理模块的处理结果，并对所述执行模块中的相应硬件设备通过通信电缆发送控制指令，所述执行模块动作，带动各支臂进行相应的机械动作，依此循环直至箭体水平度符合预设标准。

为了解决活动发射平台垂调控制方法的不足，本发明还提供了一种活动发射平台自动判定垂调控制方法，包括以下步骤：

步骤1：在箭体上布设水平仪，在各支臂上布设压力传感器和高度传感器；

步骤2：在PLC控制模块的信号处理模块中设定箭体水平度、各支臂载荷及对角高差的上限和下限阀值；

步骤3：在PLC控制模块的控制输出模块中设定火箭垂调系统的优先级判定策略；

步骤4：启动所述活动发射平台垂直度调整系统；

步骤5：所述PLC控制模块的信号采集模块通过通信电缆采集所述水平仪、压力传感器、高度传感器的数据；

步骤6：所述PLC控制模块的信号处理模块计算得出各支臂对角高差；

步骤7：所述PLC控制模块的控制输出模块根据优先级判定策略得出判定结果；当所述箭体水平度判定结果不满足箭体水平度要求时，所述PLC控制模块向所述执行模块发出控制指令，转步骤8；当所述箭体水平度判定结果满足箭体水平度要求时，转步骤9；

步骤8：所述执行模块的电控装置或液压装置动作，带动所述各支承臂的机械动作；转步骤5；

步骤9：结束。

上述工作步骤不断循环，直至所述各支臂高度、各支臂载荷及所述对角高度差处于所述上限阀值与下限阀值之间时停止，即完成自动垂调功能。当不能满足设定要求时，停止协调动作。

本发明一种新型自动判定垂调控制系统及方法，为各支承臂高度、受力和箭体水平度提供可编程逻辑控制过程，通过传感模块、PLC控制模块、执行模块的协同控制，将火箭发射平台的垂直度调整过程电控化、智能化，实现了“一键式”活动发射平台自动垂直度调节，为箭体吊装及加注前后垂直度调整提供了高效的控制系统与方法。

附图说明

图1为本发明的系统原理图。

图2为本发明的PLC控制模块结构图。

图3为本发明的传感模块结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：

参考图1所示，本实施例包括上位机1、PLC控制模块2、传感模块3、执行模块4；上位机1与PLC控制模块2通过通信网相连，用于实时监控；PLC控制模块2与传感模块3通过通信网络相连；PLC控制模块2与执行模块4通过通信电缆相连。

如图2所示，PLC控制模块2为PLC控制器，包括信号采集模块21、信号处理模块22、控制输出模块23；

信号采集模块21与信号处理模块22逻辑连接；信号处理模块22与控制输出模块23逻辑连接。

信号采集模块21用于接收所述传感模块的数据；信号处理模块22用于分析信号采集模块采集的数据，并得出调整策略；控制输出模块23用于控制执行模块4。

如图3所示，传感模块3包括水平仪31、高度传感器32、压力传感器33，水平仪31设置在火箭箭体尾段上(图中未示出)；

高度传感器32设置在各支承臂上火箭支点的同一位置；压力传感器33设置在各支承臂顶端火箭支点上；水平仪31、高度传感器32、压力传感器33分别通过通信电缆与信号采集模块的相应管脚相连。

执行模块4包括液压装置、驱动装置、比例阀、方向阀等，液压装置和驱动装置用于调整支承臂的高度。液压装置、驱动装置分别通过通信电缆与控制输出模块的相应管脚相连。

工作原理：传感模块3的数据通过通信电缆输送至信号采集模块21的相应I/O端口，数据分别包括箭体水平仪读数、各支臂高度数据、各支臂受力数据；信号处理模块22将上述数据进行处理，得出箭体水平度数据、各支臂高度数据、支臂对角高度差数据、各支臂受力数据，并与信号处理模块22预设的数据阀值对比，并采用预设的“各支臂受力数据——各支臂高度数据——各支臂对角高度差——箭体水平度数据”分级优先级策略进行数据处理；控制输出模块23接收到信号处理模块的处理结果，并对执行模块4中的相应硬件设备通过通信电缆发送控制指令，执行模块动作，带动各支臂进行相应的机械动作，依此循环直至箭体水平度符合预设标准。

本实施例中水平仪型号采用SCY-6，各支臂上的压力传感器采用296WHT2-250t，高度传感器采用WR2210。

利用本发明的一种活动发射平台自动判定垂调控制方法的实施例，包括以下步骤：

步骤1：在箭体上布设水平仪31，在各支臂上布设压力传感器33和高度传感器32；

步骤2：在PLC控制模块2的信号处理模块22中设定箭体水平度、各支臂载荷及对角高差的上限和下限阀值；

步骤3：在PLC控制模块2的控制输出模块23中设定火箭垂调系统的优先级判定策略；

步骤4：启动活动发射平台垂直度调整系统；

步骤5：PLC控制模块2的信号采集模块通过通信电缆采集水平仪31、压力传感器33、高度传感器32的数据；

步骤6：PLC控制模块2的信号处理模块22计算得出各支臂对角高差；

步骤7：PLC控制模块2的控制输出模块23根据优先级判定策略得出判定结果；当箭体水平度判定结果不满足箭体水平度要求时，PLC控制模块2向执行模块4发出控制指令，转步骤8；当箭体水平度判定结果满足箭体水平度要求时，转步骤9；

步骤8：执行模块4的电控装置或液压装置动作，带动所述各支承臂的机械动作；转步骤5；

步骤9：结束。

上述工作步骤不断循环，直至各支臂高度、各支臂载荷及所述对角高度差处于所述上限阀值与下限阀值之间时停止，即完成自动垂调功能。当不能满足设定要求时，停止协调动作，转人工调整。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种活动发射平台自动垂调控制系统，其特征在于，包括上位机(1)、PLC控制模块(2)、传感模块(3)、执行模块(4)；所述上位机(1)与所述PLC控制模块(2)相连，用于实时监控；所述PLC控制模块(2)与所述传感模块(3)通过通信电缆相连；所述PLC控制模块(2)与所述执行模块(4)通过通信电缆相连；

所述PLC控制模块(2)为PLC控制器，包括信号采集模块(21)、信号处理模块(22)、控制输出模块(23)；所述信号采集模块(21)与所述信号处理模块(22)逻辑连接；所述信号处理模块(22)与所述控制输出模块(23)逻辑连接。所述信号采集模块(21)用于接收所述传感模块(3)的数据；所述信号处理模块(22)用于分析所述信号采集模块(21)采集的数据，并得出调整策略；所述控制输出模块(23)用于控制所述执行模块(4)；

所述传感模块(3)包括水平仪(31)、高度传感器(32)、压力传感器(33)，所述水平仪(31)设置在火箭箭体尾段上；所述高度传感器(32)设置在各支承臂上火箭支点的同一位置；所述压力传感器(33)设置在各支承臂顶端火箭支点上；

所述水平仪(31)、高度传感器(32)、压力传感器(33)分别通过通信电缆与所述信号采集模块(21)的相应管脚相连；

所述执行模块(4)包括液压装置、驱动装置，所述液压装置和驱动装置用于调整所述支承臂的高度；所述液压装置、驱动装置分别通过通信电缆与所述控制输出模块(23)的相应管脚相连。

2.根据权利要求1所述的活动发射平台自动垂调控制系统，其特征在于，

所述传感模块(3)的数据通过通信电缆输送至所述信号采集模块(21)的相应I/O端口；

所述信号处理模块(22)将所述信号采集模块(21)接收到的数据进行处理，得出箭体水平度数据、各支臂高度数据、支臂对角高度差数据、各支臂受力数据；

所述控制输出模块(23)接收到所述信号处理模块(22)的处理结果，并采用预设的分级优先级策略进行得出控制指令，并对所述执行模块(4)中的相应硬件设备通过通信电缆发送控制指令。

3.根据权利要求2所述的活动发射平台自动垂调控制系统，其特征在于，

所述水平仪(31)采用SCY-6型号，所述压力传感器(33)采用296WHT2-250t，所述高度传感器(32)采用WR2210；

所述执行模块(4)还包括比例阀、方向阀；

还包括报警器，所述报警器与所述PLC控制模块(2)的控制输出模块(23)的相应管脚相连，用于在系统数据严重超出预设阀值时发出报警，使工作人员能够停止系统运转并手动调整。

4.一种活动发射平台自动垂调控制方法，包括以下步骤：

步骤1：在箭体上布设水平仪(31)，在各支臂上布设压力传感器(33)和高度传感器(32)；

步骤2：在PLC控制模块(2)的信号处理模块(22)中设定箭体水平度、各支臂载荷及对角高差的上限和下限阀值；

步骤3：在PLC控制模块(2)的控制输出模块(23)中设定火箭垂调系统的优先级判定策略；

步骤4：启动所述活动发射平台垂直度调整系统；

步骤5：所述PLC控制模块(2)的信号采集模块(21)通过通信电缆采集所述水平仪(31)、压力传感器(33)、高度传感器(32)的数据；

步骤6：所述PLC控制模块(2)的信号处理模块(22)计算得出各支臂对角高差；

步骤7：所述PLC控制模块(2)的控制输出模块(23)根据优先级判定策略得出判定结果；当所述箭体水平度判定结果不满足箭体水平度要求时，所述PLC控制模块(2)向所述执行模块(4)发出控制指令，转步骤8；当所述箭体水平度判定结果满足箭体水平度要求时，转步骤9；

步骤8：所述执行模块(4)的电控装置或液压装置动作，带动所述各支承臂的机械动作；转步骤5；

步骤9：结束。