CN107380140A - 一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法，包括：4个支腿油缸、4个液压电磁阀、4个压力传感器、1‑2个双轴倾角传感器、4个驱动器和1个固化有动态控制策略的调平控制器，采用双轴倾角传感器作为整车水平信号的反馈元件，控制器按照自身固有的调平控制方法进行数据分析，通过对驱动器和四个支腿油缸进行调平控制，并通过压实操作有效避免“虚腿”问题的发生，减小了车体柔性耦合的影响，使整车的调平精度快速达到要求范围内。
Description
技术领域
本发明属于地面设备车载系统的调平系统，具体涉及一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法。
背景技术
基于公路运输发射车的陆基发射运载火箭系统在实施发射任务前，通常要对整车车体进行调平,整车调平精度将影响负载的发射精度，调平时间长短也会直接影响发射准备时间，从而造成不可估量的损失。随着运载火箭系统负载质量不断增加，整车柔性形变非常严重，传统的调平方法因调平精度不高或存在“虚腿”问题，越发不能适应新形势下的任务要求，急需设计一种调平时间短、调平精度高的地面设备车载调平系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法，可以有效减小车体柔性耦合的影响，实现地面设备车载系统的快速调平，通过压实操作有效避免“虚腿”问题的发生，确保运载火箭能在车体调平状态下顺利完成发射任务。
本发明所提供的一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法，系统包括：4个支腿油缸、4个液压电磁阀、4个压力传感器、1～2个双轴倾角传感器、4个驱动器和1个固化有动态控制策略的调平控制器，每个支腿油缸的液压回路中串联有液压电磁阀和压力传感器，液压电磁阀受对应驱动器控制，调控对应支腿油缸的液压回路，压力传感器用于测量对应支腿油缸的压力，其系统布局如下：
四个支腿油缸分为前后两组，每组两个支腿油缸以车体中轴线为对称安装于车体底部，形成左前支腿油缸、右前支腿油缸和左后支腿油缸、右后支腿油缸；双轴倾角传感器作为整车水平信号的反馈元件，对于四轴以上发射车上需在车体前支架横梁和后支架横梁的中轴线上分别安装有双轴倾角传感器，四轴及低于四轴的发射车可仅在车体中轴线质心点上安装1个双轴倾角传感器，双轴倾角传感器的X轴和车体中轴线垂直，双轴倾角传感器的Y轴和车体中轴线平行。
本发明所述调平控制器包括数据采集模块、控制模块和输出模块，通过数据采集模块实时采集整车X轴和Y轴倾角、4个支腿压力，然后控制模块按照自身固有的控制方法进行分析，经输出模块输出控制4个支腿的动作快速实现整车的调平，具体包括以下步骤：
A.数据采集模块进行下述操作：
A1.实时采集四个压力传感器的压力值；
A2.实时采集双轴倾角传感器在X轴方向、Y轴方向上的数字量角度值X、Y。对于四轴以上发射车上需在车体前支架横梁和后支架横梁的中轴线上分别安装有双轴倾角传感器，其X轴方向角度取值为X＝X前+X后，Y轴方向角度取值为Y＝Y前+Y后，四轴及低于四轴的发射车可仅在车体中轴线质心点上安装1个双轴倾角传感器，其X轴方向和Y轴方向角度取值均为传感器取值；
A3.将采集的四个支腿的压力值以及X轴方向和Y轴方向角度取值X、Y值传送给控制模块。
B.控制模块进行下述操作：
B1.判断︱X︱或︱Y︱是否大于调平初始规定的最大角度值，是则表明本次调平场地不符合调平要求，本次调平终止；否则向输出模块发出四个支腿油缸下放命令，进入步骤B2；
B2.分别判断4个支腿压力值是否达到下放压力规定值，是则向输出模块发出相应支腿油缸停止下放命令，否则继续向输出模块发出相应支腿油缸下放命令；当4个支腿压力值全部达到支腿下放压力规定值时，向输出模块发出四个支腿油缸停止下放命令后，进行步骤B3；
B3.分别判断4个支腿压力值是否达到压实压力规定值，是则向输出模块发出相应支腿油缸停止压实命令，否则继续向输出模块发出相应支腿油缸压实命令；当4支腿压力值全部达到支腿压实压力规定值时，向输出模块发出4个支腿油缸停止压实命令后，进行步骤B4；
B4.依次查看︱Y︱和︱X︱的值，若︱Y︱＞θ(θ为角度安全值，根据双轴倾角传感器实际精度取值)则转入步骤B5，若︱X︱＞θ则转入步骤B6,否则表明当前︱X︱≤θ且︱Y︱≤θ，进入步骤B7；
B5.判断是否︱Y︱＞θ，是则判断是否Y＜-θ，是则向输出模块同时发出左前支腿油缸下放和右前支腿油缸下放命令；否则向输出模块同时发出左后支腿油缸下放和右后支腿油缸下放命令；否则表明Y轴方向在调平要求范围内，此时向输出模块发出4个支腿油缸停止压实命令，进入步骤B3；
B6.判断是否︱X︱＞θ，是则判断是否X＜-θ，是则向输出模块同时发出左前支腿油缸下放和左后支腿油缸下放命令；否则向输出模块同时发出右前支腿油缸下放和右后支腿油缸下放命令；否则表明X轴方向在调平要求范围内，此时向输出模块发出4个支腿油缸停止压实命令，进入步骤B3；
B7.分别判断4个支腿压力值是否达到压实压力规定值，是则表明调平完成，否则进入步骤B3；
B8.对整个调平过程进行时间判断，判断是否调平过程时间用时T＜调平指标要求完成时间T1，是则持续进行B1至B7步骤；否则表明本次调平超时，调平终止。
C.输出模块分别连接4个驱动器，并进行下述操作：
C1.在接收到控制模块发出的相应支腿油缸下放或压实命令时，将相应支腿油缸下放或压实命令转换为控制相应驱动器信号，送至相应的驱动器；
C2.在接收到控制模块发出的相应支腿油缸停止下放或压实命令，将相应支腿油缸下放或压实驱动器信号输出置为0，停止输出控制；
四个驱动器对输出模块发出的控制电流信号进行放大，分别送至相应液压电磁阀，控制相应液压电磁阀的开度，控制电流信号越大，液压电磁阀的开度越大，无控制电流信号或控制电流信号为0则液压电磁阀关闭。
本发明调平流程是，首先判断双轴倾角传感器在X轴方向角度、Y轴方向角度是否满足调平初始规定角度，不满足则说明场地不符合调平要求，终止本次调平，另择场地。在满足调平初始规定角度则下放四条支腿油缸，支腿下放并压实到位后先根据双轴倾角传感器在Y轴方向的倾角进行前后调平，使其满足Y轴方向水平度要求，然后根据双轴倾角传感器在X轴方向的倾角分别进行左右调平，使其满足X轴方向水平度要求，最后使整车调平精度达到要求范围内。
附图说明
图1为本发明组成框图；
图2为双轴倾角传感器安装示意图。
图3为控制模块的操作流程框图；
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的实施例为四轴发射车负载质量数十吨，采用前后各安装1个双轴倾角传感器的方式，共包括4个支腿油缸、4个液压电磁阀、4个压力传感器、2个双轴倾角传感器、调平控制器和4个驱动器，每个支腿油缸的液压回路中串联有液压电磁阀和压力传感器，液压电磁阀受对应驱动器控制，开断对应支腿油缸的液压回路，压力传感器用于测量对应支腿油缸的压力；所述调平控制器包括数据采集模块、控制模块和输出模块。
如图2所示，本实施例中四个支腿油缸分为前后两组，每组两个支腿油缸以车体中轴线为对称支设于车体底部，形成左前支腿油缸、右前支腿油缸和左后支腿油缸、右后支腿油缸；双轴倾角传感器安装到在车体质心在车体中轴线对应的位置，双轴倾角传感器的X轴和车体中轴线垂直，双轴倾角传感器的Y轴和车体中轴线平行。
如图3所示本实施例中控制器中控制模块的操作流程框图。
本发明所述调平控制器包括数据采集模块、控制模块和输出模块，通过数据采集模块实时采集整车X轴和Y轴倾角、4个支腿压力，然后控制模块按照自身固有的控制方法进行分析，经输出模块输出控制4个支腿的动作快速实现整车的调平，具体包括以下步骤：
A.数据采集模块进行下述操作：
A1.实时采集四个压力传感器的压力值；
A2.实时采集双轴倾角传感器在X轴方向、Y轴方向上的数字量角度值X、Y。对于四轴以上发射车上需在车体前支架横梁和后支架横梁的中轴线上分别安装有双轴倾角传感器，其X轴方向角度取值为X＝X前+X后，Y轴方向角度取值为Y＝Y前+Y后，四轴及低于四轴的发射车可仅在车体中轴线质心点上安装1个双轴倾角传感器，其X轴方向和Y轴方向角度取值均为传感器取值；
A3.将采集的四个支腿的压力值以及X轴方向和Y轴方向角度取值X、Y值传送给控制模块。
B.控制模块进行下述操作：
B1.判断︱X︱或︱Y︱是否大于调平初始规定的最大角度值，是则表明本次调平场地不符合调平要求，本次调平终止；否则向输出模块发出四个支腿油缸下放命令，进入步骤B2；
B2.分别判断4个支腿压力值是否达到下放压力规定值，是则向输出模块发出相应支腿油缸停止下放命令，否则继续向输出模块发出相应支腿油缸下放命令；当4个支腿压力值全部达到支腿下放压力规定值时，向输出模块发出四个支腿油缸停止下放命令后，进行步骤B3；
B3.分别判断4个支腿压力值是否达到压实压力规定值，是则向输出模块发出相应支腿油缸停止压实命令，否则继续向输出模块发出相应支腿油缸压实命令；当4支腿压力值全部达到支腿压实压力规定值时，向输出模块发出4个支腿油缸停止压实命令后，进行步骤B4；
B4.依次查看︱Y︱和︱X︱的值，若︱Y︱＞5′则转入步骤B5，否则︱X︱＞5′则转入B6,否则表明当前︱X︱≤5′且︱Y︱≤5′，进入步骤B7；
B5.判断是否︱Y︱＞5′，是则判断是否Y＜-5′，是则向输出模块同时发出左前支腿油缸下放和右前支腿油缸下放命令；否则向输出模块同时发出左后支腿油缸下放和右后支腿油缸下放命令；否则表明Y轴方向在调平要求范围内，此时向输出模块发出4个支腿油缸停止压实命令，进入步骤B3；
B6.判断是否︱X︱＞5′，是则判断是否X＜-5′，是则向输出模块同时发出左前支腿油缸下放和左后支腿油缸下放命令；否则向输出模块同时发出右前支腿油缸下放和右后支腿油缸下放命令；否则表明X轴方向在调平要求范围内，此时向输出模块发出4个支腿油缸停止压实命令，进入步骤B3；
B7.分别判断4个支腿压力值是否达到压实压力规定值，是则表明调平完成，否则进入步骤3；
B8.对整个调平过程进行时间判断，判断是否调平过程时间用时T＜调平指标要求完成时间T1，是则持续进行B1至B7步骤；否则表明本次调平超时，调平终止。
C.输出模块分别连接4个驱动器，并进行下述操作：
C1.在接收到控制模块发出的相应支腿油缸下放或压实命令时，将相应支腿油缸下放或压实命令转换为控制相应驱动器信号，送至相应的驱动器；
C2.在接收到控制模块发出的相应支腿油缸停止下放或压实命令，将相应支腿油缸下放或压实驱动器信号输出置为0，停止输出控制；
四个驱动器对输出模块发出的控制电流信号进行放大，分别送至相应液压电磁阀，控制相应液压电磁阀的开度，控制电流信号越大，液压电磁阀的开度越大，无控制电流信号或控制电流信号为0则液压电磁阀关闭。
本发明使用时，首先判断双轴倾角传感器在X轴方向角度、Y轴方向角度是否满足调平初始规定角度，不满足则说明场地不符合调平要求，终止本次调平，另择场地。在满足调平初始规定角度则下放四条支腿油缸，支腿下放并压实到位后先根据双轴倾角传感器在Y轴方向的倾角进行前后调平，使其满足Y轴方向水平度要求，然后根据双轴倾角传感器在X轴方向的倾角分别进行左右调平，使其满足X轴方向水平度要求，最后使整车调平精度达到要求范围内。
其中调平初始规定角度为3°，调平精度设为5′；下放压力规定值为1MPa，左前支腿和右前支腿压实压力规定值为4.0MPa，左后支腿和右后支腿压实压力规定值为2.3MPa。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法，系统包括：4个支腿油缸、4个液压电磁阀、4个压力传感器、1～2个双轴倾角传感器、4个驱动器和1个固化有动态控制策略的调平控制器；每个支腿油缸的液压回路中串联有液压电磁阀和压力传感器，液压电磁阀受对应驱动器控制，调控对应支腿油缸的液压回路，压力传感器用于测量对应支腿油缸的压力，四个支腿油缸分为前后两组，每组两个支腿油缸以车体中轴线为对称安装于车体底部，形成左前支腿油缸、右前支腿油缸和左后支腿油缸、右后支腿油缸；双轴倾角传感器作为整车水平信号的反馈元件，对于四轴以上发射车上需在车体前支架横梁和后支架横梁的中轴线上分别安装有双轴倾角传感器，双轴倾角传感器的X轴和车体中轴线垂直，双轴倾角传感器的Y轴和车体中轴线平行。
2.根据权利要求1所述的一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法，调平控制方法在于：调平控制器通过数据采集模块实时采集整车X轴和Y轴倾角、4个支腿压力，然后控制模块按照自身固有的控制方法进行数据分析，经输出模块输出控制4个支腿的动作快速实现整车的调平。
3.根据权利要求2所述的一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法，数据采集模块工作流程是：
(1)实时采集四个压力传感器的压力值；
(2)实时采集双轴倾角传感器在X轴方向、Y轴方向上的数字量角度值X、Y：对于四轴以上发射车上需在车体前支架横梁和后支架横梁的中轴线上分别安装有双轴倾角传感器，其X轴方向角度取值为X＝X前+X后，Y轴方向角度取值为Y＝Y前+Y后；四轴及低于四轴的发射车可仅在车体中轴线质心点上安装1个双轴倾角传感器，其X轴方向和Y轴方向角度取值均为传感器取值；
(3)将采集的四个支腿的压力值以及X轴方向和Y轴方向角度取值X、Y值传送给控制模块。
4.根据权利要求2所述的一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法，控制模块模块调平工作流程是：
(a)判断︱X︱或︱Y︱是否大于调平初始规定的最大角度值，是则表明本次调平场地不符合调平要求，本次调平终止；否则向输出模块发出四个支腿油缸下放命令，进入步骤(b)；
(b)分别判断4个支腿压力值是否达到下放压力规定值，是则向输出模块发出相应支腿油缸停止下放命令，否则继续向输出模块发出相应支腿油缸下放命令；当4个支腿压力值全部达到支腿下放压力规定值时，向输出模块发出四个支腿油缸停止下放命令后，进行步骤(c)；
(c)分别判断4个支腿压力值是否达到压实压力规定值，是则向输出模块发出相应支腿油缸停止压实命令，否则继续向输出模块发出相应支腿油缸压实命令；当4支腿压力值全部达到支腿压实压力规定值时，向输出模块发出4个支腿油缸停止压实命令后，进行步骤(d)；
(d)依次判断︱Y︱和︱X︱的值，若︱Y︱＞θ(θ为角度安全值，根据双轴倾角传感器实际精度取值)则转入步骤(e),若︱X︱＞θ则转入步骤(f),否则表明当前︱X︱≤θ且︱Y︱≤θ，进入步骤(g)；
(e)判断︱Y︱是否大于θ，是则判断Y是否小于-θ，是则向输出模块同时发出左前支腿油缸下放和右前支腿油缸下放命令；否则向输出模块同时发出左后支腿油缸下放和右后支腿油缸下放命令；否则表明Y轴方向在调平要求范围内，此时向输出模块发出4个支腿油缸停止压实命令，进入步骤(c)；
(f)判断︱X︱是否大于θ，是则判断X是否小于-θ，是则向输出模块同时发出左前支腿油缸下放和左后支腿油缸下放命令；否则向输出模块同时发出右前支腿油缸下放和右后支腿油缸下放命令；否则表明X轴方向在调平要求范围内，此时向输出模块发出4个支腿油缸停止压实命令，进入步骤(c)；
(g)分别判断4个支腿压力值是否达到压实压力规定值，是则表明调平完成，否则进入步骤(c)；
(h)对整个调平过程进行时间判断，判断是否调平过程时间用时T＜调平指标要求完成时间T1，是则持续进行(a)至(g)步骤；否则表明本次调平超时，调平终止。
5.根据权利要求2所述的一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法，输出模块分别连接4个驱动器，并进行下述操作：
(Ⅰ)在接收到控制模块发出的相应支腿油缸下放或压实命令时，将相应支腿油缸下放或压实命令转换为控制相应驱动器信号，送至相应的驱动器；
(Ⅱ)在接收到控制模块发出的相应支腿油缸停止下放或压实命令，将相应支腿油缸下放或压实驱动器信号输出置为0，停止输出控制。
6.根据权利要求1、4、5所述的一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法，四个驱动器对输出模块发出的控制电流信号进行放大，分别送至相应液压电磁阀，控制相应液压电磁阀的开度，控制电流信号越大，液压电磁阀的开度越大，无控制电流信号或控制电流信号为0则液压电磁阀关闭。
7.根据权利要求要求1、2、3、4、5所述的一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法，首先判断双轴倾角传感器在X轴方向角度、Y轴方向角度是否满足调平初始规定角度，不满足则说明场地不符合调平要求，终止本次调平，另择场地；在满足调平初始规定角度则下放四条支腿油缸，支腿下放并压实到位后先根据双轴倾角传感器在Y轴方向的倾角进行前后调平，使其满足Y轴方向水平度要求，然后根据双轴倾角传感器在X轴方向的倾角分别进行左右调平，使其满足X轴方向水平度要求，最后使整车调平精度达到要求范围内。
8.根据权利要求要求1所述的一种基于双轴倾角传感器的车载调平系统及控制方法，四轴及少于四轴的发射车可仅在车体中轴线质心点上安装1个双轴倾角传感器。
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