CN106595725B - 多级液压天线举升机构运动平稳性检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多级液压天线举升机构运动平稳性检测装置及其检测方法，所述的检测装置，包括基座、举升油缸、天线负载、第一转轴、第二转轴、第三转轴；基座与举升油缸的一端通过第二转轴活动连接；举升油缸的另一端与天线负载通过第三转轴活动连接；天线负载与基座通过第一转轴活动连接；通过举升油缸伸缩运行带动天线负载围绕第一转轴举升或下降运动；此外，设有一个检测模块。所述检测模块由检测装置和电脑组成，所属的检测方法包括六个步骤。本发明的有益效果是：可以定量判断和识别出多级液压天线举升机构运动过程中是否匀速平稳工作，检测装置精度高、结构简便、可操作性强和可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于液压运动平稳性研究技术领域，特别涉及多级液压天线举升机构平稳性技术领域，具体为多级液压天线举升机构运动平稳性检测装置及其检测方法。
背景技术
液压天线举升系统是将天线阵面举升到一定高度，且对天线阵面的仰角有一定要求。在负载变化较大且运动速度平稳性要求较高的液压天线举升系统中，往往采用调速阀对液压缸进行速度控制。特别对于多级液压缸，为了保证速度运动的平稳性，调速阀控制的每一级流量都是变化的。为了检测多级液压缸运动的平稳性，除肉眼定性的判断外，定量判断则需要安装专用检测举升机构速度、振动等方面的装置和仪器。多级液压天线举升机构运动过程中，油缸除缸杆伸出外，还伴随着油缸铰链转动，这给专用检测装置和仪器的安装带来了不小的困难。目前多级液压天线举升机构的检测没有专业成熟的设备，普遍具有测量误差大、结构复杂、操作不便、不适合野外环境等缺点。
发明内容
为了提高检测装置及方法的通用性，降低检测装置的安装难度，本发明提供一种多级液压天线举升机构运动平稳性检测装置及其检测方法，不仅通用性好、便于安装，而且能有效地判断出多级液压天线举升机构运动过程中的速度变化，以及识别天线举升机构运动的平稳性差异。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
多级液压天线举升机构运动平稳性检测装置，所适用的多级液压天线举升机构包括基座1、举升油缸2、天线负载3、第一转轴5、第二转轴6、第三转轴7。其中，基座1固定在安装平台上。基座1与举升油缸2的一端通过第二转轴6活动连接。举升油缸2的另一端与天线负载3通过第三转轴7活动连接。天线负载3与基座1通过第一转轴5活动连接。通过举升油缸2伸缩运行带动天线负载3围绕第一转轴5举升或下降运动。此外，设有一个检测模块。
所述检测模块由检测装置和电脑组成，其中检测装置安装在基座1与天线负载3之间。
检测装置负责检测多级液压天线举升机构的实际运动脉冲数值，并传递至与之相连的电脑中。由电脑将接受到的多级液压天线举升机构的实际运动脉冲数值，拟合得到多级液压天线举升机构的实际运动曲线。
由人工输入的方式向电脑输入多级液压天线举升机构的初始化参数。由电脑根据多级液压天线举升机构的初始化参数，拟合得到多级液压天线举升机构的理论运动曲线。
将多级液压天线举升机构的实际运动曲线与多级液压天线举升机构的理论运动曲线作比较，找出多级液压天线举升机构在运动中平稳性差异区域，并输出。
进一步说，所述的检测装置由第一连杆203、第二连杆205，第四转轴204、第五转轴207、编码器安装支架202、安装板206、绝对式编码器201组成。
第二连杆205的一端与第五转轴207活动连接，第二连杆205与第五转轴207之间存在相对运动。第二连杆205的另一端通过第四转轴204与第一连杆203的一端相连接，第二连杆205与第一连杆203之间存在相互转动。第一连杆203的另一端与绝对式编码器201的转动轴连接，第一连杆203与绝对式编码器201之间无相对运动。绝对式编码器201固定在编码器安装支架202上。第五转轴207固定在安装板206上，第五转轴207与安装板206之间无相对运动。安装板206固定在天线负载3上，编码器安装支架202固定在天线基座1上。
进一步说，多级液压天线举升机构的初始化参数共有7个，分别为：转轴5与转轴207中心距L1，转轴207与转轴204中心距L2，转轴204与绝对式编码器201转轴中心距L3，绝对式编码器201转轴与转轴5中心距L4，机构处于起点S1时转轴204与转轴207中心距L5，绝对式编码器201转轴与转轴5在水平方向上的垂直距离L6，机构处于终点S2时天线负载3与水平面的夹角即天线仰角θ2。
采用本发明所述的多级液压天线举升机构运动平稳性检测装置的检测方法，按如下步骤进行：
步骤1、将检测装置安装在多级液压天线举升机构上，并记录安装后的结构参数，将检测装置与电脑相连接。将检测装置、电脑分别初始化，并建立两者间通讯连接。
步骤2、人工将安装后的结构参数值输入至电脑。
步骤3、由检测装置按采样周期T获取多级液压天线举升机构的运动脉冲数值及从起点S1运动至终点S2的采集时间t，并输入至电脑。
步骤4、由电脑根据接收到的天线举升机构的采样时间点及对应的运动脉冲数值，结合人工输入的安装后的结构参数，建立OTS坐标系，依据公式：
分别拟合多级液压天线举升机构实际和理论运动曲线。
式中，θ1为天线负载3处于起点时中心距L1与水平面夹角、θ2为天线负载3处于终点S2时的天线仰角、t为采样时间、t1为在区间[0，t]范围内以采样周期T累加的变化时间。
步骤5、由电脑对实际运动曲线和理论运动曲线进行分段，计算残差平方和进而得出拟合度指标R。
步骤6、根据拟合度指标值R识别出多级液压天线举升机构运动是否平稳。
本发明的有益效果是
可以定量判断和识别出多级液压天线举升机构运动过程中是否匀速平稳工作，检测装置精度高、结构简便、可操作性强和可靠性高。
附图说明
图1为本发明中检测装置在多级液压天线举升机构中的安装示意图。
图2为本发明中检测装置的立体示意图。
图3为本发明中检测装置与多级液压天线举升机构之间结构参数的示意图。
图4是本发明检测方法的流程图。
图5为图4处理方法的进一步流程细节框图。
图中的序号为：基座1、举升油缸2、天线负载3、检测装置4、第一转轴5、第二转轴6、第三转轴7、绝对式编码器201、编码器安装支架202、第一连杆203、第二连杆205、第四转轴204、第七转轴207、安装板206、中心距L1、中心距L2、中心距L3、中心距L4、中心距L5、中心距L6、中心距L1在天线负载3处于起点S1时与水平面之间的夹角θ1、天线负载3处于终点S2时与水平面之间的的天线仰角θ2、采集模块601、机构实际运动曲线602、数据对比分析模块603、机构运动模型604、机构理论运动曲线605、起点S1、终点S2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施做进一步的描述：
参见图1、2和3，多级液压天线举升机构运动平稳性检测装置，所适用的多级液压天线举升机构包括基座1、举升油缸2、天线负载3、第一转轴5、第二转轴6、第三转轴7。其中，基座1固定在安装平台上。基座1与举升油缸2的一端通过第二转轴6活动连接。举升油缸2的另一端与天线负载3通过第三转轴7活动连接。天线负载3与基座1通过第一转轴5活动连接。通过举升油缸2伸缩运行带动天线负载3围绕第一转轴5举升或下降运动。此外，设有一个检测模块。
所述检测模块由检测装置和电脑组成，其中检测装置安装在基座1与天线负载3之间。
检测装置负责检测多级液压天线举升机构的实际运动脉冲数值，并传递至与之相连的电脑中。由电脑将接受到的多级液压天线举升机构的实际运动脉冲数值，拟合得到多级液压天线举升机构的实际运动曲线。
由人工输入的方式向电脑输入多级液压天线举升机构的初始化参数。由电脑根据多级液压天线举升机构的初始化参数，拟合得到多级液压天线举升机构的理论运动曲线。
将多级液压天线举升机构的实际运动曲线与多级液压天线举升机构的理论运动曲线作比较，找出多级液压天线举升机构在运动中平稳性差异区域，并输出。
参见图1、2和3，进一步说，所述的检测装置由第一连杆203、第二连杆205，第四转轴204、第五转轴207、编码器安装支架202、安装板206、绝对式编码器201组成。
第二连杆205的一端与第五转轴207活动连接，第二连杆205与第五转轴207之间存在相对运动。第二连杆205的另一端通过第四转轴204与第一连杆203的一端相连接，第二连杆205与第一连杆203之间存在相互转动。第一连杆203的另一端与绝对式编码器201的转动轴连接，第一连杆203与绝对式编码器201之间无相对运动。绝对式编码器201固定在编码器安装支架202上。第五转轴207固定在安装板206上，第五转轴207与安装板206之间无相对运动。安装板206固定在天线负载3上，编码器安装支架202固定在天线基座1上。
进一步说，绝对式编码器201的输出信号为多级液压天线举升机构的实际运动脉冲数值。具体为：多级液压天线举升机构的运动引起第五转轴207绕第一转轴5的摆动，经过连杆传动导致第一连杆203绕绝对式编码器201轴的摆动，进而引起绝对式编码器201反馈脉冲的变化，即绝对式编码器201的输出信号为多级液压天线机构的实际运动脉冲数值。
进一步说，绝对式编码器201输出数值由绝对式编码器201的转轴的机械位置决定，绝对式编码器201的转轴的每个机械位置是唯一性，在转动中测量光电码盘各道刻线以获取其唯一的编码，通过同步串行输出原理输出编码器转轴位置脉冲。
参见图3，进一步说，多级液压天线举升机构的初始化参数共有7个，分别为：转轴5与转轴207中心距L1，转轴207与转轴204中心距L2，转轴204与绝对式编码器201转轴中心距L3，绝对式编码器201转轴与转轴5中心距L4，机构处于起点S1时转轴204与转轴207中心距L5，绝对式编码器201转轴与转轴5在水平方向上的垂直距离L6，机构处于终点S2时天线负载3与水平面的夹角即天线仰角θ2。
进一步说，电脑进行3个数据处理模块的运算，包括：数据采集模块601、机构运动模型模块604和数据对比分析模块603。
数据采集模块601根据采集绝对式编码器201反馈的实时脉冲数值，以采集时间t为单位，举升天线负载3从起点S1实际运动至终点S2，拟合出天线举升机构实际运动曲线。
机构运动模型模块604是在采集时间t内，给定恒定速度V＝∣S1点脉冲值—S2点脉冲值∣/t，举升天线负载3从起点S1理论运动至终点S2，根据检测模块中结构参数，拟合出天线举升机构理论运动曲线。
数据对比分析模块603依据拟合的天线举升机构理论和实际运动曲线，建立OTS坐标系。根据在同一采集时间t内，平均n(n≥6)等分分段上述运动曲线，以各分段点为原点建立oxy坐标系，依据k＝△y/△x、ρ＝角度变化△α/弧长变化△β、A＝△y规律进行切线斜率k、曲率ρ和幅度A对比，根据△Q＝常数ε×△k×△ρ×△A规律，得出多级液压缸运动的流量差△Q，从而识别出多级液压天线举升机构运动平稳性差异。
对上述内容，更进一步阐述如下：数据采集模块601在举升天线负载3从起点S1实际运动至终点S2过程中，以采样周期T读取绝对式编码器201的反馈脉冲数值，运动过程的总时间记为采样时间t。以运动起点为原点建立oxy坐标系，其中横坐标为采样时间、纵坐标为读取的脉冲数值，拟合出天线举升机构实际运动曲线。其中，起点S1是指举升天线负载3运动起始点的状态，终点S2是指举升天线负载3运动终止点的状态。
机构运动模型模块604在采样时间t内天线负载3匀速举升过程中，根据公式1得到绝对式编码器脉冲值的变化，并拟合出天线举升机构理论运动曲线。A为运算替代值，运算替代值A由公式2得到。公式2中各参数含义为：θ1为天线负载3处于起点时中心距L1与水平面夹角，天线负载3处于起点S1时中心距L1与水平面夹角θ1由公式3获得，θ2为天线负载3处于终点S2时的天线仰角、t为采样时间、t1为在区间[0，t]范围内以采样周期T累加的变化时间。
数据对比分析模块603依据拟合的天线举升机构实际和理论运动曲线，建立OTS坐标系。根据在同一采集时间t内，平均n等分分段上述运动曲线，n≥6，以各分段点为原点建立oxy坐标系，依据公式4
得出两条曲线的拟合度指标R，从而识别出多级液压天线举升机构运动平稳性差异，公式中Si、Si'分别为第i等分段实际运动曲线和理论运动曲线的脉冲值。
当拟合度指标R在(0.9，1]范围内，判定为合格，表明多级液压天线举升机构运动平稳性符合要求。
当拟合度指标R在(0.9，1]范围之外，判定为不合格，根据输出的脉冲差值Si-Si'，定性判断多级液压天线举升机构哪些运动阶段需要速度调整。
更进一步说，每个模块的具体处理方法为：
数据采集模块601在举升天线负载运动过程中以采样周期T读取绝对式编码器201的反馈脉冲数值，将采样时间和对应的读取脉冲值以二维坐标点的方式进行存储，运动结束后以运动起点为原点建立oxy坐标系，其中横坐标为采样时间、纵坐标为读取的脉冲数值，将存储的二维坐标点读取到坐标系中并拟合成曲线，即得到天线举升机构实际运动曲线。
机构运动模型模块604基于天线举升机构匀速运动即第五转轴207绕第一转轴5匀角速度摆动，由连杆传动原理计算出第一连杆203绕绝对式编码器201轴转动角速度，随着运动时间累积得出第一连杆203摆动角度变化，即得出绝对式编码器脉冲值变化，根据公式1拟合出天线举升机构理论运动曲线，式中A为运算替代值，公式中各参数含义为：θ1为天线负载3处于起点S1时中心距L1与水平面夹角、θ2为天线负载3处于终点S2时的天线仰角、t为采样时间、t1为在区间[0，t]范围内以采样周期T累加的变化时间。
数据对比分析模块603依据拟合的天线举升机构实际和理论运动曲线，建立OTS坐标系。根据在同一采集时间t内，平均n(n≥6)等分分段上述运动曲线，先得出残差平方和和再依据公式4得出拟合度指标R。根据拟合度指标R识别多级液压天线举升机构运动平稳性差异，公式中Si、Si'分别为第i等分段实际运动曲线和理论运动曲线的脉冲值。
当拟合度指标R在(0.95，1]范围内，判定为合格，表明多级液压天线举升机构运动平稳性符合要求。当拟合度指标R在(0.95，1]范围之外，判定为不合格，根据输出的脉冲差值Si-Si'，定性判断多级液压天线举升机构哪些运动阶段需要速度调整。
参见图4和5，进一步说，采用本发明所述的多级液压天线举升机构运动平稳性检测装置的检测方法，按如下步骤进行：
步骤1、将检测装置安装在多级液压天线举升机构上，并记录安装后的结构参数，将检测装置与电脑相连接。将检测装置、电脑分别初始化，并建立两者间通讯连接。
步骤2、人工将安装后的结构参数值输入至电脑。
步骤3、由检测装置按采样周期T获取多级液压天线举升机构的运动脉冲数值及从起点S1运动至终点S2的采集时间t，并输入至电脑。
步骤4、由电脑根据接收到的天线举升机构的采样时间点及对应的运动脉冲数值，结合人工输入的安装后的结构参数，建立OTS坐标系，依据公式：
分别拟合多级液压天线举升机构实际和理论运动曲线。
式中，θ1为天线负载3处于起点S1时中心距L1与水平面夹角、θ2为天线负载3处于终点S2时的天线仰角、t为采样时间、t1为在区间[0，t]范围内以采样周期T累加的变化时间。
步骤5、由电脑对实际运动曲线和理论运动曲线进行分段，计算残差平方和进而得出拟合度指标R。
步骤6、根据拟合度指标值R识别出多级液压天线举升机构运动是否平稳。
进一步说，安装后的结构参数是指：中心距L1、中心距L2、中心距L3、中心距L4、中心距L5、中心距L6、天线负载3处于终点时的天线仰角θ2。
进一步说，数据采集模块601在多级液压天线机构运动过程中以采样周期T读取绝对式编码器201的反馈脉冲数值，以运动起点为原点建立oxy坐标系，其中横坐标为采样时间、纵坐标为读取脉冲数值，将采样时间对应的脉冲数值读取到oxy坐标系中并拟合成曲线，得到天线举升机构实际运动曲线。
机构运动模型模块604建立oxy坐标系，其中横坐标为运动累积时间、纵坐标为理论脉冲数值，根据机构连杆传动原理推导出的公式1拟合出天线举升机构理论运动曲线。式中A为运算替代值，公式中各参数含义为：θ1为天线负载3处于起点S1时中心距L1301与水平面夹角、θ2为天线负载3处于终点S2时的天线仰角、t为采样时间、t1为在区间[0，t]范围内以采样周期T累加的变化时间。
数据对比分析模块603依据拟合的天线举升机构实际和理论运动曲线，建立OTS坐标系。根据在同一采集时间t内，平均n(n≥6)等分分段上述运动曲线，先得出残差平方和和再依据公式4得出拟合度指标R。根据拟合度指标R识别多级液压天线举升机构运动平稳性差异，公式中Si、Si'分别为第i等分段实际运动曲线和理论运动曲线的脉冲值。
当拟合度指标R在0.95，1]范围内，判定为合格，表明多级液压天线举升机构运动平稳性符合要求。当拟合度指标R在(0.95，1]范围之外，判定为不合格，根据输出的脉冲差值Si-Si'，定性判断多级液压天线举升机构哪些运动阶段需要速度调整。
Claims (1)
1.多级液压天线举升机构运动平稳性检测装置，所适用的多级液压天线举升机构包括基座(1)、举升油缸(2)、天线负载(3)、第一转轴(5)、第二转轴(6)、第三转轴(7)；其中，基座(1)固定在安装平台上；基座(1)与举升油缸(2)的一端通过第二转轴(6)活动连接；举升油缸(2)的另一端与天线负载(3)通过第三转轴(7)活动连接；天线负载(3)与基座(1)通过第一转轴(5)活动连接；通过举升油缸(2)伸缩运行带动天线负载(3)围绕第一转轴(5)举升或下降运动；其特征在于：设有一个检测模块；
所述检测模块由检测装置和电脑组成，其中检测装置安装在基座(1)与天线负载(3)之间；
所述的检测装置由第一连杆(203)、第二连杆(205)，第四转轴(204)、第五转轴(207)、编码器安装支架(202)、安装板(206)、绝对式编码器(201)组成；其中，
第二连杆(205)的一端与第五转轴(207)活动连接；第二连杆(205)的另一端通过第四转轴(204)与第一连杆(203)的一端相连接；第一连杆(203)的另一端与绝对式编码器(201)的转动轴连接；绝对式编码器(201)固定在编码器安装支架(202)上；第五转轴(207)固定在安装板(206)上；安装板(206)固定在天线负载(3)上，编码器安装支架(202)固定在天线基座(1)上；
绝对式编码器(201)的输出信号为多级液压天线举升机构的实际运动脉冲数值；
绝对式编码器(201)输出数值由绝对式编码器(201)的转轴的机械位置所决定，绝对式编码器(201)的转轴的每个机械位置是唯一性，在转动中测量光电码盘各道刻线以获取其唯一的编码，通过同步串行输出原理输出编码器转轴位置脉冲；
检测装置负责检测多级液压天线举升机构的实际运动脉冲数值，并传递至与之相连的电脑中；由电脑将接受到的多级液压天线举升机构的实际运动脉冲数值，拟合得到多级液压天线举升机构的实际运动曲线；
由人工输入的方式向电脑输入多级液压天线举升机构的初始化参数；由电脑根据多级液压天线举升机构的初始化参数，拟合得到多级液压天线举升机构的理论运动曲线；
多级液压天线举升机构的初始化参数共有7个，分别为：第一转轴(5)与第五转轴(207)中心距L1，第五转轴(207)与第四转轴(204)中心距L2，第四转轴(204)与绝对式编码器(201)转轴中心距L3，绝对式编码器(201)转轴与第一转轴(5)中心距L4，机构处于起点S1时第四转轴(204)与第五转轴(207)中心距L5，绝对式编码器(201)转轴与第一转轴(5)在水平方向上的垂直距离L6，机构处于终点S2时天线负载(3)与水平面的夹角θ2，该夹角θ2简为天线仰角θ2；
多级液压天线举升机构运动平稳性检测装置的检测操作步骤如下：
步骤1、将检测装置安装在多级液压天线举升机构上，并记录安装后的初始化参数，将检测装置与电脑相连接；将检测装置、电脑分别初始化，并建立两者间通讯连接；
步骤2、人工将安装后的初始化参数值输入至电脑；
步骤3、由检测装置按采样周期T获取多级液压天线举升机构的运动脉冲数值及从起点S1运动至终点S2的采集时间t，并输入至电脑；
步骤4、由电脑根据接收到的天线举升机构的采样时间点及对应的运动脉冲数值，电脑进行3个数据处理模块的运算，包括：数据采集模块(601)、机构运动模型模块(604)和数据对比分析模块(603)；
数据采集模块(601)在天线负载(3)从起点S1实际运动至终点S2过程中，以采样周期T读取绝对式编码器(201)的反馈脉冲数值，运动过程的总时间记为采样时间t；以运动起点S1为原点建立oxy坐标系，其中横坐标为采样时间、纵坐标为读取的脉冲数值，拟合出天线举升机构实际运动曲线；其中，起点S1是指天线负载(3)运动起始时的状态，终点S2是指举升天线负载(3)运动终止时的状态；
机构运动模型模块(604)在采样时间t内天线负载(3)匀速举升过程中，根据公式1得到绝对式编码器脉冲值的变化，并拟合出天线举升机构理论运动曲线，A为运算替代值，运算替代值A由公式2得到；公式2中各参数含义为：θ1为天线负载(3)处于起点S1时中心距L1与水平面夹角，天线负载(3)处于起点S1时中心距L1与水平面夹角θ1由公式3获得，θ2为天线负载(3)处于终点S2时的天线仰角、t为采样时间、t1为在区间[0，t]范围内以采样周期T累加的变化时间；
步骤5、由电脑对实际运动曲线和理论运动曲线进行分段，计算残差平方和进而得出拟合度指标R
数据对比分析模块(603)依据拟合的天线举升机构实际运动曲线和理论运动曲线，建立OTS坐标系；根据在同一采集时间t内，平均n等分分段实际运动曲线和理论运动曲线，n≥6，先得出残差平方和和再依据公式4得出拟合度指标R；根据拟合度指标R识别多级液压天线举升机构运动平稳性差异，公式中Si、S′i分别为第i等分段实际运动曲线和理论运动曲线的脉冲值；
步骤6、根据拟合度指标值R识别出多级液压天线举升机构运动是否平稳
得出两条曲线的拟合度指标R，从而识别出多级液压天线举升机构运动平稳性差异，公式中Si、S′i分别为第i等分段实际运动曲线和理论运动曲线的脉冲值；
当拟合度指标R在(0.95，1]范围内，则判定为合格，表明多级液压天线举升机构运动平稳性符合要求；
当拟合度指标R在(0.95，1]范围之外，则判定为不合格；
由此，根据输出的脉冲差值Si-S′i，定性判断多级液压天线举升机构哪些运动阶段需要速度调整；
将多级液压天线举升机构的实际运动曲线与多级液压天线举升机构的理论运动曲线作比较，找出多级液压天线举升机构在运动中平稳性差异区域，并输出。
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