CN107525534A - 四点平台波浪补偿水平控制系统 - Google Patents

四点平台波浪补偿水平控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107525534A
CN107525534A CN201710820926.9A CN201710820926A CN107525534A CN 107525534 A CN107525534 A CN 107525534A CN 201710820926 A CN201710820926 A CN 201710820926A CN 107525534 A CN107525534 A CN 107525534A
Authority
CN
China
Prior art keywords
platform
compensation
platforms
module
undulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710820926.9A
Other languages
English (en)
Inventor
唐刚
李飞
胡雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Maritime University
Original Assignee
Shanghai Maritime University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Maritime University filed Critical Shanghai Maritime University
Priority to CN201710820926.9A priority Critical patent/CN107525534A/zh
Publication of CN107525534A publication Critical patent/CN107525534A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/30—Supports specially adapted for an instrument; Supports specially adapted for a set of instruments
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • G05D3/20—Control of position or direction using feedback using a digital comparing device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

本发明公开了四点平台波浪补偿水平控制系统。用于波浪补偿的四点平台，包括上下两个平台和四个直线电机；四点平台波浪补偿水平控制系统，包括动态倾角传感器模块，主控模块，D/A转换器模块，多路复用开关模块，PID控制器模块。四点平台波浪补偿水平控制系统中的传感器模块实时测量平台的倾角，并把测得的数据传递给主控模块；在主控模块内计算出平台当前状态与水平状态之间的偏差，并做出响应；通过平台下面四个位置的电机驱动来维持平台的水平状态。四点平台波浪补偿水平控制系统具有使用方便，节省空间，成本低廉的特点，通过传感器模块的数字信号输出端口输出数据，不需要增加A/D转换器。

Description

四点平台波浪补偿水平控制系统
技术领域
本发明涉及物体运动控制领域，特指四点平台波浪补偿水平控制系统。
技术背景
舰船在海上航行时，由于受到海风、海浪等外界因素的干扰，船体通常会发生摇摆等运动，导致一些舰载仪器设备无法正常使用。目前许多舰载精密仪器工作时都需要有一个稳定的水平工作平台才能正常的工作，所以通过在船上建立稳定平台来解决这一技术问题。具体办法是将一些重要仪器设备放在稳定平台上，当舰船发生摇摆时，稳定平台自动调整维持水平状态，从而使平台上的仪器设备能正常工作。目前存在的解决办法是采用悬挂系统或者液压系统通过重力自动实现水平控制。但是这种控制系统动态稳定性较差，且反馈速度慢。针对以上存在的问题本发明设计了四点平台波浪补偿水平控制系统。
发明内容
针对以上存在的问题本发明设计了四点平台波浪补偿水平控制系统，本发明具有动态稳定性好，灵敏度高等优点。
一种用于波浪补偿的四点平台，包括上下两个平台和四个直线电机；上平台下侧有四个万向铰链，下平台上侧有四个万向铰链，四个电动机通过万向铰链将上下平台连接起来；下平台固定在基座上，通过平台上的四个位置的电动机驱动来维持平台的水平状态；
四点平台波浪补偿水平控制系统，包括传感器模块，主控模块，D/A转换器模块，多路复用开关模块，PID控制模块。
具体来说本发明所述的四点平台波浪补偿水平控制系统是一种用来实时测量四点平台倾斜角度，并控制平台水平状态的控制系统。平台上的传感器模块实时测量平台的倾角，并把测得的数据传递给主控模块。在主控模块内计算出平台当前状态与水平状态之间的偏差，并做出响应。通过平台下面四个位置的电机驱动来维持平台的水平状态。
所述的传感器模块包含有一个动态倾角传感器。动态倾角传感器安装在上平台上，实时测量所述平台的姿态参数(横滚和俯仰)、角速度和加速度信息。动态倾角传感器由一个陀螺仪和一个MEMS加速度计组成，并通过最优算法保证测量精度，同时密封设计以及严格工艺保证产品在恶劣的环境下仍能精密地测量载体的角速度、加速度和姿态等运动参数。动态倾角传感器拥有SPI串口通讯接口，主控模块单元借助所述SPI串口通讯接口与动态倾角传感器以串行方式进行通讯交换信息。主控模块从SPI接口寄存器读取用于波浪补偿的四点平台的姿态参数(横滚和俯仰的角度)、角速度和加速度信号。在主控计算机输入运动参数，经D/A转换器将数字信号转化为模拟信号，再将信号输入到PID控制器，从而实现平台运动。通过运动与位置信号的输入与反馈，及时调节和收集上平台的位姿信息，形成一条闭环控制系统。
所述的主控模块为平台的核心控制单元，包括微处理器，复位电路，晶振电路，外部扩展ROM、RAM电路。微处理器快速识别和处理多个传感器数据和接收控制计算机输入的控制数据，实时接收和反馈得到的数据信息。微处理器根据读取的平台姿态参数计算出每个电机的运动量，然后将控制数据经D/A转换器转换成模拟信号发送给PID控制器。
所述的PID控制器之前加入了一个多路复用开关模块。所述的多路复用开关模块，利用它可将各个输入信号依次或者随机的接到A/D或者D/A转换器上。所述的多路复用开关模块由单端八掷开关构成，有三根控制输入端A、B、C和一根禁止输入端INH(高电平禁止)。模块内有二进制编码器，可按输入的A、B、C信号使八个通道中的一个与X接通。当INH为高电平时，不论A、B、C为何值，八个通道均不通，从而实现过载保护的功能。
所述的PID控制器由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制器会根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制，获得良好的动态特性和稳定性。所述的PID控制器根据控制数据驱动平台下面四个位置的电机运动，从而实现维持四点平台波浪补偿的水平状态的目的。
微处理器算法包括姿态、位置计算的相关算法。其中，加速度信号经过二重积分得到平台的升程数据信息，即平台的位移数据。角速度信号经过一重积分得到平台运动的倾角数据信息，从而得到平台的运动、位置的特性，而其它传感器并不能实现上述全部功能。算法程序还包括PID控制器的控制代码，微处理器将主控计算机发送的命令中的倾斜的角度、运动的频率等数据与测量和计算的角度、运动数据信息做比对，快速的对比例、积分、微分这三个参数再次进行调整，并将调整参数发送到PID控制器。
本发明的有益效果是:
1.所述PID控制器，可以使平台获得良好的动态特性和稳定性。
2.所述动态倾角传感器可将平台的姿态数据实时反馈，经过处理器算法处理以后，可以得到平台的运动、倾角位置信息，与平台水平状态作对比，可以及时快速的调节平台的姿态。
3.所述控制系统采用级联方式测量，可以将部分模块集成在同一个电路板上，具有体积小、质量轻、精度高等优点。
4.所述多路复用开关模块具有高电平保护机制，可以避免电荷过载对系统造成的损害。
5.所述控制系统中传感器、微处理器、PID控制器、电机、平台形成一条完整得闭环控制系统，可以实现实时反馈，更加精确地控制平台水平状态。
附图说明
图1本发明的结构示意图。
图2本发明的电路框图。
图3本发明的传感器模块接口。
图4本发明的多路复用开关模块电路图。
具体实施方式
参照附图，进一步说明本发明：
图1为本发明四点平台波浪补偿水平控制系统结构示意图，其中图中上平台1；传感器模块2；数据线3；应用系统的信号接收端4；微处理器5；I/O口6；串口7；D/A转换器8；复用多路开关模块9；PID控制器10；电动机11。由图1所示为本发明的结构示意图，动态倾角传感器安装四点平台波浪补偿水平控制系统的上平台上。安装传感器时，传感器的安装平面与平台上平面固定必须紧密、平整、稳定，否则容易产生误差。考虑到测量的精度与系统的稳定性，可采用型号为BWD-VG500的动态倾角传感器。BWD-VG500具有数字接口，而且可以直接输出平台的横滚和俯仰两个方向的倾角及角速度和加速度信息。数字输出格式为二进制高性能协议，所以传感器测得的数据可经数据线传到主控模块的微处理器中。主控模块将处理后的控制数据经D/A转换器转换成模拟信号，然后经PID控制器驱动电动机运动来维持上平台的水平状态。特别的在PID控制器之前设置了多路复用开关模块，对整个系统起到过载保护作用。
图2为本发明的电路框图，其中图中上平台1；传感器模块2；主控模块12；D/A转换器8；复用多路开关模块9；PID控制器10；电动机11。由图2所示为本发明的电路框图。整个系统由传感器模块2；主控模块12；D/A转换器模块8；多路复用开关模块9；PID控制模块10构成，与用于波浪补偿的四点平台形成一个闭环控制系统，可以实现更加精准的平台水平状态控制。
图3为本发明的传感器模块接口，其中传感器2；电源线接头21；信号发送接头22；数据接收接头23；NC(常闭触点)接头24；GND接头25。如图3所示为本发明的动态倾角传感器的接口示意图。接口类型是RS-232/RS-485/TTL的5针接口，可以直接输出8位数据位的数字信号，表达平台的倾角信息。
图4为本发明的多路复用开关模块电路图，其中多路复用开关9；INH禁止输入端91；3个参数控制信号输入端92；8个单掷开关93；X接口94。如图4所示位本发明的多路复用开关模块电路图。模块中由二进制译码器，可以按照参数控制信号输入端92输入的信号使8个通路中的一个与X接口94接通。当INH禁止输入端91位高电平时，不论参数控制信号输入端92输入的为何值，8个通路均不通。从而起到对系统电路的保护作用。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.四点平台波浪补偿水平控制系统中的四点平台，包括上下两个平台和四个直线电机；上平台下侧有四个万向铰链，下平台上侧有四个万向铰链，四个电动机通过万向铰链将上下平台连接起来；下平台固定在基座上，通过平台上的四个位置的电动机驱动来维持平台的水平状态；
四点平台波浪补偿水平控制系统，包括传感器模块，主控模块，D/A转换器模块，多路复用开关模块，PID控制模块。
2.如权利要求1所述的四点平台波浪补偿水平控制系统，其特征在于：所述的传感器模块包括包含有一个动态倾角传感器；动态倾角传感器安装在上平台上，实时测量所述平台的姿态参数(横滚和俯仰)、角速度和加速度信息；动态倾角传感器由一个陀螺仪和一个MEMS加速度计组成；动态倾角传感器拥有SPI串口通讯接口。
3.如权利要求1所述的四点平台波浪补偿水平控制系统，其特征在于：所述的主控模块为平台的核心控制单元，包括微处理器，复位电路，晶振电路，外部扩展ROM、RAM电路；微处理器快速识别和处理多个传感器数据和接收控制计算机输入的控制数据，实时接收和反馈得到的数据信息；微处理器根据读取的平台姿态参数计算出每个电机的运动量，然后将控制数据经D/A转换器转换成模拟信号发送给PID控制器。
4.如权利要求1所述的四点平台波浪补偿水平控制系统，其特征在于：所述的多路复用开关模块，利用它可将各个输入信号依次或者随机的接到A/D或者D/A转换器上；所述的多路复用开关模块由单端八掷开关构成，有三根控制输入端A、B、C和一根禁止输入端INH(高电平禁止)；当INH为高电平时，不论A、B、C为何值，八个通道均不通，从而实现过载保护的功能。
5.如权利要求1所述的四点平台波浪补偿水平控制系统，其特征在于：所述的PID控制器由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成；所述的PID控制器根据控制数据驱动平台下面四个位置的电机运动，从而实现维持四点平台的水平状态的目的。
CN201710820926.9A 2017-09-13 2017-09-13 四点平台波浪补偿水平控制系统 Pending CN107525534A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710820926.9A CN107525534A (zh) 2017-09-13 2017-09-13 四点平台波浪补偿水平控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710820926.9A CN107525534A (zh) 2017-09-13 2017-09-13 四点平台波浪补偿水平控制系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107525534A true CN107525534A (zh) 2017-12-29

Family

ID=60736516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710820926.9A Pending CN107525534A (zh) 2017-09-13 2017-09-13 四点平台波浪补偿水平控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107525534A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204490370U (zh) * 2015-02-16 2015-07-22 哈尔滨工程大学 主动式波浪补偿实验装置
CN105047041A (zh) * 2015-07-24 2015-11-11 北京市星光凯明动感仿真模拟器中心 海浪升沉稳定系统及其控制方法
CN105909001A (zh) * 2016-06-07 2016-08-31 江苏科技大学 一种具有波浪补偿功能的船用手术舱及波浪补偿方法
CN106005278A (zh) * 2016-06-23 2016-10-12 江苏科技大学 具有六自由度波浪主动补偿功能的船用餐桌及补偿方法
CN106527459A (zh) * 2016-11-24 2017-03-22 北京星网卫通科技开发有限公司 一种稳定平台以及其控制方法
CN106882344A (zh) * 2017-02-15 2017-06-23 广东精铟海洋工程股份有限公司 一种波浪补偿测量装置、测量方法及使用其的海洋平台

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204490370U (zh) * 2015-02-16 2015-07-22 哈尔滨工程大学 主动式波浪补偿实验装置
CN105047041A (zh) * 2015-07-24 2015-11-11 北京市星光凯明动感仿真模拟器中心 海浪升沉稳定系统及其控制方法
CN105909001A (zh) * 2016-06-07 2016-08-31 江苏科技大学 一种具有波浪补偿功能的船用手术舱及波浪补偿方法
CN106005278A (zh) * 2016-06-23 2016-10-12 江苏科技大学 具有六自由度波浪主动补偿功能的船用餐桌及补偿方法
CN106527459A (zh) * 2016-11-24 2017-03-22 北京星网卫通科技开发有限公司 一种稳定平台以及其控制方法
CN106882344A (zh) * 2017-02-15 2017-06-23 广东精铟海洋工程股份有限公司 一种波浪补偿测量装置、测量方法及使用其的海洋平台

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9446934B2 (en) Detecting, monitoring device of the hook angle and its crane
US20050103738A1 (en) Systems and methods for sway control
CN103488183A (zh) 移动控制方法、移动操作装置和用于操作移动体的移动的方法
US20190119078A1 (en) Crane, and Method for Controlling Such a Crane
CN101973489A (zh) 带有图像传感器的双起升桥吊控制系统及控制方法
CN108227902B (zh) 实现头戴显示设备与多维运动平台联动的运动控制方法
MX2008014308A (es) Sistema y proceso para controlar automaticamente el vuelo de alas motorizadas de superficie aerodinamica.
CN205396480U (zh) 船舶倾角检测装置及船舶
CN101603826A (zh) 一种倾角传感器及倾角控制系统
CN103921784A (zh) 一种全垫升气垫船的自动驾控系统及控制方法
CN108557648A (zh) 一种基于电容检测的双吊具桥吊摆角测量装置及测量方法
CN108862056B (zh) 一种波浪补偿船用a型门架基座
CN108692900A (zh) 多柔性铰接板旋转振动检测装置及方法
CN109263825A (zh) 一种应用于内河航道测量的主动式波浪补偿装置及方法
CN101659376A (zh) 消除龙门起重机货物摆动plc变频调速控制系统
CN109707682A (zh) 一种具有波浪补偿功能的船用医护床及波浪补偿方法
CN111422739A (zh) 一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法
CN105730647A (zh) 船舶航速控制方法、船舶倾角检测装置及船舶
CN107525534A (zh) 四点平台波浪补偿水平控制系统
CN115824154A (zh) 一种架桥机关键部位姿态监测系统及其应用方法
CN108748148A (zh) 一种智能攀爬机器人用智能电气控制系统及其控制方法
CN202953150U (zh) 一种船载激光成像稳瞄平台
JPH10128688A (ja) ロボットの非干渉化制御方法
CN102079481B (zh) 双起升双吊具场桥控制系统及其控制方法
CN104587663B (zh) 应用于颠簸环境的台球桌

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20171229

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication