CN105047041A - 海浪升沉稳定系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海浪升沉稳定系统及其控制方法，系统包括运动平台以及安装于所述运动平台、控制单元和交流伺服单元，其中：所述运动平台为六自由度运动平台，所述六自由度运动平台包括上平台、下平台以及沉稳单元，所述沉稳单元设于所述上平台和所述下平台之间；所述控制单元包括控制柜以及设于所述控制柜的控制计算机和捷联惯导，所述控制柜安装于所述下平台；所述交流伺服单元包括伺服电机和伺服驱动器，所述伺服电机设于所述控制柜，所述伺服驱动器设于所述沉稳单元。通过闭环控制，补偿了人员和设备由于海浪升沉引起的波动，大大提高了海上作业中物体间的跟踪和对接的效率。

Description

海浪升沉稳定系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及运动仿真测试试验和训练的设备，具体涉及一种海浪升沉稳定系统及其控制方法。

背景技术

海浪升沉引起的波动会造成船员眩晕以及船载跟踪、瞄准设备的失稳，以至于舰船无法进行正常的作业。目前关于海浪升沉的处理方法尚处于探索阶段，或者还停留在理论和概念产品阶段，因此如何抵消海浪升沉因其的波动，是亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种海浪升沉稳定系统及其控制方法，旨在通过补偿由于海浪升沉引起的人员和系统的运动平台之间的波动，提高海上作业中物体间的跟踪和对接的效率。

本发明采用的技术方案具体为：

一种海浪升沉稳定系统，包括运动平台以及安装于所述运动平台、控制单元和交流伺服单元，其中：

所述运动平台为六自由度运动平台，所述六自由度运动平台包括上平台、下平台以及沉稳单元，所述沉稳单元设于所述上平台和所述下平台之间；

所述控制单元包括控制柜以及设于所述控制柜的控制计算机和捷联惯导，所述控制柜安装于所述下平台；

所述交流伺服单元包括伺服电机和伺服驱动器，所述伺服电机设于所述控制柜，所述伺服驱动器设于所述沉稳单元。

在上述海浪升沉稳定系统中，所述沉稳单元为三组电动缸组，每组所述电动缸组包含两个电动缸，所述上平台和所述下平台上分别设有三组铰支座组，每组所述铰支座组包含两个铰支座，三组所述电动缸组通过三组所述铰支座组交叉式设于所述上平台和所述下平台之间。

在上述海浪升沉稳定系统中，每个所述电动缸上设有所述伺服驱动器，所述伺服驱动器内安装有编码器。

在上述海浪升沉稳定系统中，所述上平台安装于舰船的甲板。

在上述海浪升沉稳定系统中，所述控制计算机内设有数模转换单元和脉冲计数卡，所述数模转换单元包括A/D板卡和D/A板卡；其中：

捷联惯导将实时采集的舰船的纵摇或者横摇运动的运动信息，所述运动信息通过所述A/D板卡转换为数字信号后传送至所述控制计算机，所述控制计算机根据所述数字信号，通过D/A板卡转换后，向伺服驱动器实时发送恰好能够补偿所述纵摇或者横摇运动的抵消信息，所述伺服驱动器根据接收到的抵消信息驱动伺服电机，伺服电机进一步驱动电动缸，使得运动平台实现六个自由度的运动；

所述编码器将伺服电机的运动信息通过脉冲计数卡反馈至所述控制计算机，所述控制计算机将脉冲数据转换为电动缸位移量，进行电动缸位置反馈，形成位置闭环控制。

一种海浪升沉稳定系统的控制方法，包括以下步骤：

数据采集步骤：捷联惯导实时采集舰船的纵摇或者横摇运动的运动信息，所述运动信息通过所述A/D板卡转换为数字信号后传送至所述控制计算机；

数据反馈步骤：所述控制计算机根据所述数字信号，通过D/A板卡转换后，向伺服驱动器实时发送恰好能够补偿所述纵摇或者横摇运动的抵消信息，所述伺服驱动器根据接收到的抵消信息驱动伺服电机，伺服电机进一步驱动电动缸，使得运动平台实现六个自由度的运动；

监控步骤：编码器将伺服电机的运动信息通过脉冲计数卡反馈至所述控制计算机，所述控制计算机将脉冲数据转换为电动缸位移量，进行电动缸位置反馈，形成位置闭环控制。

本发明产生的有益效果是：

本发明的海浪深沉稳定系统主要对船员进行抗船体晕弦模拟训练；具体地:在地面试验时，通过模拟不同海况，可对射手进行仿真模拟训练，提高射手对弦晕的适应性；在海上试验时，平台可适应不同海况，能适时测量并及时调整船体的姿态，从而实现系统的上平台在摇晃船体上保持相对水平和稳定，保证船员能稳定瞄准和跟踪目标，提高海上作业精度。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种海浪升沉稳定系统的结构示意图；

图2为本发明一种海浪升沉稳定系统的控制原理示意图。

图中：1、上平台2、电动缸3、伺服电机4、伺服驱动器5、控制计算机6、A/D板卡7、D/A板卡8、脉冲计数卡9、捷联惯导10、控制柜11、下平台。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1所示的海浪升沉稳定系统，包括运动平台和控制单元，其中：

运动平台包括上平台1和下平台11，上平台1安装于舰船的甲板上，上、下平台之间设有6组电动缸2，6组电动缸2的两端通过铰支座与上、下平台分别相连接；

控制单元包括作为控制基体的控制柜10、设于控制柜内的控制计算机5、捷联惯导9和伺服驱动器4，且控制计算机内设有包括A/D板卡6和D/A板卡7在内的数模转换单元、以及脉冲计数卡8；其中：电控柜10安装于下平台11上，控制柜10及其内部的其他部件采用一体化设计。

电动缸2与下平台11连接的一端设有伺服电机3，伺服电机3内安装有编码器，伺服电机3与伺服驱动器4通过编码器通讯。

控制海浪升沉稳定系统的工作原理如图2所示，具体为：

上平台1通过安装于控制柜10上的捷联惯导9实时测量舰船的纵摇、横摇运动，并将运动信息(如角位移、线位移、速度、加速度等)发送至控制计算机5，控制计算机5根据运动数据驱动六自由度的运动平台1，通过实时补偿纵摇、横摇运动对应的抵消信息(如速度、位置等信号等)，使得运动平台1始终保持水平，为局部跟踪和瞄准提供了稳定的平台；具体地：

捷联惯导9将上平台1的模拟信号通过A/D板卡6转换为数字信号后，实时传递给控制计算机5，控制计算机5通过D/A板卡7将数字信号转换为模拟信号后，向伺服驱动器4发出控制指令，伺服驱动器4驱动伺服电机3，伺服电机3进一步驱动电动缸2运动，实现运动平台六个自由度的运动；

同时，编码器将伺服电机3的运动信息通过脉冲计数卡8反馈至控制计算机5，控制计算机5将脉冲数据转换为电动缸位移量，进行电动缸位置反馈，形成位置闭环控制。

通过对整个运动过程进行程序控制，补偿了人员和设备由于海浪升沉引起的波动，大大提高了海上作业中物体间的跟踪和对接的效率。与海上作业类似，本发明的技术方案也可以用于如飞行器着陆甲板、海上补给、石油勘探作业等。

以上结合附图对本发明的实施例进行了详细地说明，此处的附图是用来提供对本发明的进一步理解。显然，以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何对本领域的技术人员来说是可轻易想到的、实质上没有脱离本发明的变化或替换，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种海浪升沉稳定系统，其特征在于，包括运动平台以及安装于所述运动平台、控制单元和交流伺服单元，其中：

所述运动平台为六自由度运动平台，所述六自由度运动平台包括上平台、下平台以及沉稳单元，所述沉稳单元设于所述上平台和所述下平台之间；

所述控制单元包括控制柜以及设于所述控制柜的控制计算机和捷联惯导，所述控制柜安装于所述下平台；

所述交流伺服单元包括伺服电机和伺服驱动器，所述伺服电机设于所述控制柜，所述伺服驱动器设于所述沉稳单元。

2.根据权利要求1所述的海浪升沉稳定系统，其特征在于，所述沉稳单元为三组电动缸组，每组所述电动缸组包含两个电动缸，所述上平台和所述下平台上分别设有三组铰支座组，每组所述铰支座组包含两个铰支座，三组所述电动缸组通过三组所述铰支座组交叉式设于所述上平台和所述下平台之间。

3.根据权利要求2所述的海浪升沉稳定系统，其特征在于，每个所述电动缸上设有所述伺服驱动器，所述伺服驱动器内安装有编码器。

4.根据权利要求3所述的海浪升沉稳定系统，其特征在于，所述上平台安装于舰船的甲板。

5.根据权利要求4所述的海浪升沉稳定系统，其特征在于，所述控制计算机内设有数模转换单元和脉冲计数卡，所述数模转换单元包括A/D板卡和D/A板卡；其中：

捷联惯导将实时采集的舰船的纵摇或者横摇运动的运动信息，所述运动信息通过所述A/D板卡转换为数字信号后传送至所述控制计算机，所述控制计算机根据所述数字信号，通过D/A板卡转换后，向伺服驱动器实时发送恰好能够补偿所述纵摇或者横摇运动的抵消信息，所述伺服驱动器根据接收到的抵消信息驱动伺服电机，伺服电机进一步驱动电动缸，使得运动平台实现六个自由度的运动；

所述编码器将伺服电机的运动信息通过脉冲计数卡反馈至所述控制计算机，所述控制计算机将脉冲数据转换为电动缸位移量，进行电动缸位置反馈，形成位置闭环控制。

6.一种海浪升沉稳定系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

数据采集步骤：捷联惯导实时采集舰船的纵摇或者横摇运动的运动信息，所述运动信息通过所述A/D板卡转换为数字信号后传送至所述控制计算机；

数据反馈步骤：所述控制计算机根据所述数字信号，通过D/A板卡转换后，向伺服驱动器实时发送恰好能够补偿所述纵摇或者横摇运动的抵消信息，所述伺服驱动器根据接收到的抵消信号驱动伺服电机，伺服电机进一步驱动电动缸，使得运动平台实现六个自由度的运动；

监控步骤：编码器将伺服电机的运动信息通过脉冲计数卡反馈至所述控制计算机，所述控制计算机将脉冲数据转换为电动缸位移量，进行电动缸位置反馈，形成位置闭环控制。